集成电路在高剂量率辐射环境下会产生很强的瞬时光电流,造成存储电路翻转、逻辑和模拟电路强烈扰动,对于CMOS电路则会出现闩锁等问题。当特征尺寸进入到纳米尺度后,器件的瞬时剂量率辐射响应是怎样的,出现哪些新的机制,这些都是瞬时剂量率辐射效应加固的重要依据。由辐射所产生的光电流是造成电信号的扰动、翻转,甚至导致电路烧毁的直接原因。高能射线所引起的电路响应是目前应用在此环境下的电路产生软/硬错误的主要来源。器件的制造工艺、电路结构、偏置设置等随着应用环境变化而产生改变。研究这些因素对由辐射产生光电流的影响,将对抗辐照集成电路的设计提供理论依据。此外,由于体硅器件在目前集成电路中的广泛使用,充分考虑瞬时辐射对此类器件的影响,对体硅集成电路的抗辐射加固电路设计具有重要的指导意义。本课题作为某抗核辐射项目的主要研究内容之一,研究了0.18微米和65纳米体硅工艺器件和电路的剂量率辐射响应,总结出在不同条件下影响电路状态的光电流的变化情况。本文主要研究成果总结如下:(1)建立了瞬时剂量率仿真平台。利用TCAD软件进行0.18微米和65纳米工艺三维器件的结构建立和I/V特性的工艺校准,实现了对单元电路瞬时剂量率辐射效应的器件级建模,为瞬时剂量率辐射效应的仿真提供三维模型的支持。(2)揭示了影响光电流大小的因素、机制和机理。设计不同的仿真结构,通过仿真发现寄生双极效应是影响小尺寸器件瞬时光电流大小的主要因素,提出针对此研究结果的加固方法。总结了阱掺杂、阱面积、阱接触等因素对剂量率辐射效应的影响。(3)仿真发现了内核反相器在受到瞬时辐射后,其电源电压的恢复时间较IO反相器的电源电压恢复时间长。建立了0.18微米内核和IO工艺反相器的的全三维器件模型,并进行了功能验证以及剂量率仿真。得到是由于不同的掺杂浓度影响了寄生双极效应的开启时间,从而导致内核工艺反相器的电源电压需要更长的时间恢复的结论。(4)通过实验获取了复杂电路的辐射响应,验证了仿真的正确性。对0.18微米工艺4Mbit SRAM电路进行了不同剂量率的辐照实验,重点关注了内核电源电压和IO电源电压的辐射响应,得到了电源电压的恢复情况:包括两个过程,即辐射引起的瞬时光电流造成的扰动的恢复过程和光电流消失后电路状态的建立过程。