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第2 卷 第4 期 信 息 与 电 子 工 程 Vo1 2 No 4 2004 年12 月 INFORMATION AND ELECTRONIC ENGINEERING Dec 2004 对辐射感应闭锁窗口现象的解释 1 2 1 2 许献国 杨怀民 胡建栋 1.中国工程物理研究院 电子工程研究所 四川 绵阳 621900 2.北京邮电大学 电信学院 北京 100087 摘 要 中 大规模CMOS 器件受到瞬态辐射时 出现了闭锁单窗口 多窗口现象 为了 获得闭锁窗口的出现原因 借助对窗口现象的有关参考文献的研究 利用计算机电路模拟软件 分析了CMOS 器件多个闭锁路径之间的相互作用 在此基础上 提出了解释窗口现象的 三径 闭锁模型 应指出的是 该闭锁模型还需要试验上的进一步验证与支持 关键词 核电子学 三径 闭锁模型 计算机模拟 闭锁窗口 闭锁路径 CMOS 器件 中图分类号 TL8 文献标识码 A 文章编号1672-2892(2004)04-0314-04 1 引言 体硅CMOS 器件制作时产生的寄生PNPN 四层结构 在异常电触发和瞬态辐射触发情况下 能够由高阻 阻塞态进入低阻闭锁态[1,2] 闭锁态引起附加的闭锁电流 会影响器件对输入信号的响应 该电流足够大时还 将烧毁器件 处于闭锁态的器件 当电源电流小于闭锁维持电流或电压小于闭锁维持电压时 能够退出闭锁 在研究器件的闭锁特性时 发现了所谓的闭锁单窗口 多窗口现象[3-11] 统称为闭锁窗口现象 不同文献对窗 [4,10] 口的定义有所不同 这里给出明确定义 以利于表述和交流 闭锁单窗口现象指在辐射剂量率处于某个闭 区间时器件闭锁 剂量率小于区间下限或大于区间上限时 器件却不闭锁 多窗口现象指存在多个这样的闭锁 区间 彼此互不重叠 其中最后一个区间可能是右半开区间 我们可以称这个右半开闭锁区间为 半窗口 这样 所有表现出闭锁特性的器件至少具有 半窗口 大量工作用于研究和解释闭锁窗口现象 获得了不同程度的成功 文章首先对CMOS 器件的闭锁窗口现 象进行了总结 接着提出了解释窗口现象的 三径 闭锁模型 用它可以更好地理解中 大规模器件的瞬态辐 射触发闭锁特性 2 闭锁的电路模型及闭锁路径 人们很早就发现了辐射感应光电流对 CMOS 器件逻辑状态的改变[12] 剂量率较高时光电流还能激活 [1] CMOS 器件的寄生PNPN 四层结构 类似于可控硅— SCR 结构 使器件进入低阻闭锁态 虽然关于闭锁机 理 闭锁电路模型和闭锁条件研究已经很深入了 但为了更好理解闭锁窗口现象 再讨论一下有关内容是必要 的 2.1 闭锁的电路模型 VDD VDD P 阱CMOS 器件的典型集总电路闭锁模型如图 1 以反相器为例 [2,13] 图1(a) 中给出的主闭锁路径形 成从电源到地的通路 可由瞬态辐射触发 图 1(b) 中 衬 衬 的输入/输出闭锁路径由输入或输出端上的过压信号 阱 阱 所触发 衬 衬 图1 所示的寄生双晶体管结构 即寄生PNPN 四 阱 阱 层结构 保持闭锁要满足三个条件[1,2] (a)NPN 管和 PNP 管的共发射极电流增益乘积b b