金属氧化物半导体晶体管中多节点电荷收集试验表征方法

本发明涉及微电子学，具体而言，涉及金属氧化物半导体晶体管中多节点电荷收集试验表征方法。

背景技术：

1、在微电子学领域，金属氧化物半导体晶体管是非常常见的器件之一。在金属氧化物半导体晶体管中，多节点电荷收集是一个重要的问题。电离电子-空穴对会受到漂移和扩散的影响，一旦电离的电子-空穴对到达晶体管，它们就会被晶体管收集，并在电路节点中产生瞬态电流。瞬态电流在微电子电路中引起误差，会对整个芯片、系统，甚至是航天器造成灾难性的后果。因此，研究微电子电路中的辐射损伤是有必要的。目前，已经有许多方法来研究多节点电荷收集。然而，确定多节点电荷收集的主导机制仍然是一个挑战。因此我们对此做出改进，提出金属氧化物半导体晶体管中多节点电荷收集试验表征方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对目前存在的背景技术提出的问题。为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：金属氧化物半导体晶体管中多节点电荷收集试验表征方法，包括以下步骤：

2、步骤一、准备普通的p通道mos(pmos)晶体管阵列和具有源浮空结构的pmos晶体管阵列，并将具有源浮空结构的pmos晶体管阵列与普通dff触发器的主级锁存器相连；

3、步骤二、采用基于晶体管阵列的离子敏感区域测量(taisam)结构来区分由于漂移-扩散和寄生双极放大效应而引起的电荷收集；将相应数量的触发器进行串联；

4、步骤三、通过比较两种阵列在重离子作用下的照射，分析两种阵列的电荷收集特性；其受到高能粒子辐照后，dff存储数据的变化；

5、步骤四、根据实验结果，确定多节点电荷收集的主导机制，并根据实验结果确认let阈值。

6、作为本发明优选的技术方案，所述晶体管阵列中的晶体管为金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)。

7、作为本发明优选的技术方案，所述晶体管阵列的源浮空结构是通过连接具有源浮空结构的pmos晶体管阵列与普通dff触发器的主级锁存器实现的。

8、作为本发明优选的技术方案，pmos晶体管阵列可以更换为nmos晶体管，用于测量nmos晶体管的多节点电荷收集的试验表征方法。

9、作为本发明优选的技术方案，所述离子敏感区域测量(taisam)结构是通过串联相应数量的触发器实现的，具体的步骤包括：

10、s1.将pmos晶体管阵列：将一个具有源浮空结构的pmos晶体管阵列；这个阵列中的每个晶体管都有一个源极和一个漏极；

11、s2.连接pmos晶体管阵列与dff触发器：将设计好的pmos晶体管阵列与普通dff触发器的主级锁存器连接起来；连接过程中，将pmos晶体管阵列的源极与dff触发器的控制端相连；

12、s3.控制源浮空：通过控制dff触发器的时钟信号，控制pmos晶体管阵列的源极是否浮空；当时钟信号为高电平时，源极浮空，晶体管的源漏电流变小；当时钟信号为低电平时，源极不浮空，晶体管的源漏电流正常；

13、s4.实现源浮空功能：通过控制dff触发器的时钟信号，在需要时使pmos晶体管阵列的源极浮空，从而实现源浮空结构的功能。

14、作为本发明优选的技术方案，s4.实现源浮空功能的具体步骤包括：

15、s41通过控制dff触发器的时钟信号，控制pmos晶体管阵列的源极是否浮空；当时钟信号为高电平时，源极浮空，晶体管的源漏电流变小；当时钟信号为低电平时，源极不浮空，晶体管的源漏电流正常；

16、s42根据需要设置dff触发器的时钟信号，以控制pmos晶体管阵列的源极是否浮空；当需要源浮空时，将时钟信号设为高电平，使源极浮空；当不需要时，将时钟信号设为低电平，使源极不浮空。

17、作为本发明优选的技术方案，通过理论分析和模型推导，研究多节点电荷收集的机制；根据电荷传输和扩散的原理，建立数学模型，分析电荷在不同节点之间的传输和收集情况，从而确定主导机制；使用电磁仿真工具对电路进行数值仿真；通过在仿真中引入和改变不同的参数，电压、电流、尺寸，观察电路的响应和特性变化；根据仿真结果，推断多节点电荷收集的机制。

18、作为本发明优选的技术方案，所述let值是根据实验结果和电路应用需求选择的。

19、作为本发明优选的技术方案，根据实验结果和电路应用需求选择的具体步骤为：步骤一通过实验或者相关文献的研究，收集不同辐射条件下的let值数据；这些数据来自实际测试、模拟计算或者相关文献报告来源，对收集到的let值数据进行分析和比较；

20、步骤二比较不同辐射条件下的let值，了解不同辐射能量对电路的影响程度；同时，也需要结合电路的应用需求，考虑辐射对电路性能和可靠性的影响，以确定合适的let值。

21、作为本发明优选的技术方案，步骤三根据分析结果，评估不同let值对电路性能和可靠性的风险；辐射水平较高，需要选择较低的let值，以减小辐射对电路的影响；辐射水平较低或者电路对辐射的容忍度较高，选择较高的let值，以提高电路的性能，在选择了合适的let值后，进行实验验证，以确保电路在实际应用中的可靠性和性能。

22、作为本发明优选的技术方案，通过实际测试和测量，直接观察和验证电路中的多节点电荷收集机制；使用测试设备和测量仪器，电子显微镜、荧光探针，对电路进行实时观察和测量，从而确定主导机制；电路出现故障，通过故障分析来确定多节点电荷收集的主导机制；通过对故障的排除和分析，找到电路中影响电荷传输和收集的关键环节，从而确定主导机制。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果：

24、在本发明的方案中：本发明的方法采用基于晶体管阵列的离子敏感区域测量(taisam)结构来区分由于漂移-扩散和寄生双极放大效应而引起的电荷收集。通过比较普通的p沟道mos(pmos)晶体管阵列和具有源浮空结构的pmos晶体管阵列在重离子作用下的照射，分析两种阵列的电荷收集特性。实验结果显示，在低线性能量转移(let)条件下，漂移扩散机制主导了多节点电荷收集。而在高let时，寄生双极放大效应成为主导机制。此外，我们还提出了一个简单的方程式来确定改变主导机制的临界let值。计算结果与实验结果一致；通过准确地确定多节点电荷收集的主导机制，为电路设计提供了重要的指导。其次，我们提出了一个简单的方程式来确定改变主导机制的临界let值，为电路设计提供了更加实用的参考。最后，我们的方法基于taisam结构，可以在微电子工艺中实现。

技术特征：

1.一种金属氧化物半导体晶体管中多节点电荷收集试验表征方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的金属氧化物半导体晶体管中多节点电荷收集试验表征方法，其特征在于，所述晶体管阵列中的晶体管为金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)。

3.根据权利要求2所述的金属氧化物半导体晶体管中多节点电荷收集试验表征方法，其特征在于，所述晶体管阵列的源浮空结构是通过连接具有源浮空结构的pmos晶体管阵列与普通dff触发器的主级锁存器实现的。

4.根据权利要求3所述的金属氧化物半导体晶体管中多节点电荷收集试验表征方法，其特征在于，所述离子敏感区域测量(taisam)结构是通过串联相应数量的触发器实现的，具体的步骤包括：

5.根据权利要求4所述的金属氧化物半导体晶体管中多节点电荷收集试验表征方法，其特征在于，s4.实现源浮空功能的具体步骤包括：

6.根据权利要求5所述的金属氧化物半导体晶体管中多节点电荷收集试验表征方法，其特征在于，通过理论分析和模型推导，研究多节点电荷收集的机制；根据电荷传输和扩散的原理，建立数学模型，分析电荷在不同节点之间的传输和收集情况，从而确定主导机制；使用电磁仿真工具对电路进行数值仿真；通过在仿真中引入和改变不同的参数，电压、电流、尺寸，观察电路的响应和特性变化；根据仿真结果，推断多节点电荷收集的机制。

7.根据权利要求6所述的金属氧化物半导体晶体管中多节点电荷收集试验表征方法，其特征在于，所述let值是根据实验结果和电路应用需求选择的。

8.根据权利要求7所述的金属氧化物半导体晶体管中多节点电荷收集试验表征方法，其特征在于，根据实验结果和电路应用需求选择的具体步骤为：步骤一通过实验或者相关文献的研究，收集不同辐射条件下的let值数据；这些数据来自实际测试、模拟计算或者相关文献报告来源，对收集到的let值数据进行分析和比较；

9.根据权利要求8所述的金属氧化物半导体晶体管中多节点电荷收集试验表征方法，其特征在于，步骤三根据分析结果，评估不同let值对电路性能和可靠性的风险；辐射水平较高，需要选择较低的let值，以减小辐射对电路的影响；辐射水平较低或者电路对辐射的容忍度较高，选择较高的let值，以提高电路的性能，在选择了合适的let值后，进行实验验证，以确保电路在实际应用中的可靠性和性能。

10.根据权利要求9所述的金属氧化物半导体晶体管中多节点电荷收集试验表征方法，其特征在于，通过实际测试和测量，直接观察和验证电路中的多节点电荷收集机制；使用测试设备和测量仪器，电子显微镜、荧光探针，对电路进行实时观察和测量，从而确定主导机制；电路出现故障，通过故障分析来确定多节点电荷收集的主导机制；通过对故障的排除和分析，找到电路中影响电荷传输和收集的关键环节，从而确定主导机制。

技术总结
本发明提供了金属氧化物半导体晶体管中多节点电荷收集试验表征方法，在微电子学领域，金属氧化物半导体晶体管是非常常见的器件。在金属氧化物半导体晶体管中，电离电子‑空穴对会受到漂移和扩散的影响，电离的电子‑空穴对到达晶体管，就会被晶体管收集，并在电路节点中产生瞬态电流。瞬态电流在微电子电路中引起误差，通过比较普通的p沟道MOS(PMOS)晶体管阵列和具有源浮空结构的PMOS晶体管阵列在重离子作用下的照射，分析两种阵列的电荷收集特性。通过本发明的方法，我们可以准确地确定多节点电荷收集的主导机制，为电路设计提供了重要的指导。我们的方法可以在微电子工艺中实现。因此，本发明的方法具有很高的实用价值。

技术研发人员：宋睿强,郭阳,池雅庆,吴振宇,梁斌,陈建军
受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16