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HPM作用下CMOS反相器的扰乱机理研究

周俊飞  
【摘要】:由于现代电子设备周围的电磁环境越来越复杂,加之微电子技术的不断更新,半导体器件尺寸的持续缩小,导致电子设备中半导体器件对高功率微波也更加敏感。而在数字电路中,CMOS反相器作为基本单元门,凭借其低功耗、大噪声容限和高集成度等优势以及CMOS工艺的低成本和易设计性得到了极其广泛的应用,也成为了最容易受到高功率微波影响的典型器件之一。因此,研究高功率微波作用下CMOS反相器的扰乱效应很有必要。本文利用ISE-TCAD器件仿真软件建立了在0.5μm工艺下的硅基CMOS反相器的二维模型,用正弦信号注入反相器nMOS源极的方法来等效HPM通过“后门”路径耦合进入CMOS反相器中,并以此来研究HPM对CMOS反相器的扰乱效应。本文通过分析器件内部电流密度及温度等物理量的分布情况,从器件物理的角度对扰乱效应进行研究。本文讨论了微波参数和反相器的不同工作状态对CMOS反相器微波扰乱效应的影响,同时研究了扰乱过程中的热效应,主要结论如下:1、研究了不同电压幅值的正弦信号对CMOS反相器扰乱效应的影响。结果表明,微波信号电压幅值(功率)越大,CMOS反相器越容易发生扰乱效应。这是由于电压幅值越大,反相器中的闩锁机制越容易被触发。2、研究了不同频率的正弦信号对CMOS反相器扰乱效应的影响。结果表明,微波频率越低,CMOS反相器对微波扰乱越敏感。原因是微波频率越低,其负半周期时间越长,由p衬底和n+源之间的pn结正偏而形成的电流通路时间也越长,热量积累也越多,越容易导致内部发生闩锁效应,从而形成电源端与地之间的低阻通路。3、通过分析CMOS反相器发生扰乱过程中的热效应,研究了器件内部热点转移现象,发现内部热点位置从衬底p+区柱面移到pMOS沟道区。如果微波功率足够大,在第一热点处便可直接烧毁器件。如果第一热点处器件没有被损毁,第二热点处器件也有可能间接地被毁伤。4、研究了不同工作状态下CMOS反相器的扰乱效应。结果表明,反相器在高电平工作状态下,更容易受到高功率微波影响而发生扰乱。这是由于两个状态下pMOS和nMOS导通情况不同,从而对扰乱效应形成电流通路有不同的影响。


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