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本文利用标准的商业CMOS工艺,设计了一个1万门的抗辐射加固的CMOS门阵列,用以评估商业工艺线制造的电路的抗辐射水平。在研究中,我们将降低辐射效应的设计方法应用到门阵列设计中,获得了华晶上华半导体有限公司采用0.6μm的CMOS工艺生产的集成电路样片,具有100krad(Si)的抗总剂量辐射能力。 外太空辐射环境主要以三种方式影响CMOS器件:总剂量辐射效应(TID),单粒子翻转效应(SEU)和单粒子闩锁效应(SEL)。在本文设计中,采用双环保护结构,大大的降低了CMOS集成电路对单粒子闩锁效应的敏感性;对NMOS管采用环型栅结构代替传统的双边器件结构,消除了辐射感生边缘寄生晶体管漏电效应;采用附加晶体管的冗余锁存结构,减轻了单粒子翻转效应的影响。 为了测试最新设计的1万门CMOS门阵列的抗辐射水平,本文设计了一个CMOS集成电路测试样片。在室温下,对样片进行了100krad(Si)的总剂量辐照,采用60Co作为辐照源,辐照剂量率为16.4 rad(Si)/s,样片在辐照过程中加5V动态偏压。对辐照后的测试结果表明,没有样片发生功能失效,所有直流参数如输出高电平(VOH)、输出低电平(VoL)、输入高电平(VIH)、输入低电平(VIL)、输入漏电流(IIN)以及静态功耗电流(IDD)等都满足设计指标。