随着现代社会的进步和发展,以集成电路为核心的各种电子设备与系统得到了越来越广泛的应用,然而日趋复杂的电磁环境对特征尺寸不断缩小的集成电路的影响越来越大,现已成为微电子学可靠性领域的一大研究热点。强电磁脉冲极易通过电子系统的“前门”和“后门”耦合入其内部,诱发电子系统产生强烈的非线性效应,从而造成电子系统的暂时或者永久性的功能退化与损伤,甚至造成电子系统内部元器件的烧毁。其中,高功率微波(High Power Microwave,HPM)和快上升沿的方波脉冲就属于强电磁脉冲中较为典型的两类。随着半导体器件特征尺寸的缩小和微电子电路规模的增大,电子系统受到强电磁脉冲的干扰和损伤的几率也随之增加,因此研究强电磁脉冲对半导体器件及集成电路的干扰和损伤效应机理是电子系统的强电磁脉冲效应的基础。本文从现代数字集成电路应用最为基础和广泛的CMOS级联反相器入手,从数值计算仿真和试验两方面研究CMOS级联反相器的干扰和损伤效应的机理,主要的研究内容和成果主要包括以下几个方面:1.采用半导体器件和工艺仿真软件Sentaurus-TCAD建立了0.35μm N阱工艺下CMOS级联反相器的三维器件模型并通过静态和瞬态电压特性验证了模型的正确性。考虑到半导体器件的自热效应、迁移率和载流子产生与复合等模型,采用数值计算仿真方法对HPM作用下CMOS级联反相器内部瞬态的电热过程进行仿真,得到了HPM作用下器件内部的热损伤效应、烧毁阈值变化规律和HPM频率及脉宽对温度的影响。结果表明:在HPM负半周期,强场下NMOS的源极和衬底形成的结区曲率半径较小处形成的正向电流所产生的焦耳热是使器件内部温度上升的主要原因;器件内部峰值温度和产热与HPM频率成负相关、与HPM脉宽成正相关。另外,器件的损伤功率阈值随着HPM脉宽的增大而减小,损伤能量阈值随脉宽的增大而增大,所得规律与文献报道的试验结果较为吻合。2.采用CD4069UBCN型号的反相器芯片为核心设计CMOS级联反相器印制电路板作为试验样品进行电磁脉冲损伤效应试验,得到了不同参数的电磁脉冲作用条件下CMOS级联反相器的损伤阈值和损伤规律。结果表明:强电磁脉冲在超过试验样品的损伤阈值之后会导致其功能发生退化和损伤,并且强电磁脉冲的电压峰值越大,对样品功能的影响越大;不同试验条件下试验样品的损伤阈值不同,但是在试验条件相同的情况下试验样品的损伤阈值相同,并且无累积效应的影响;试验样品在受到强电磁脉冲效应的影响下后一级反相器比第一级反相器的损伤程度更高。本文所提出的CMOS级联反相器的高功率微波的损伤效应及机理、失效阈值变化相关规律和电磁脉冲损伤效应试验结果对微电子器件、微电路及系统的强电磁脉冲效应结果的预估及加固防护提供了理论和试验依据,具备一定的参考价值。