電子器件的電離輻射效應(yīng)——從存儲(chǔ)器到圖像傳感器
定 價(jià)：119 元
叢書名：國(guó)防電子信息技術(shù)叢書
- 作者：（意）Marta Bagatin（馬爾塔·巴吉安）, Simone Gerardin（ 西蒙尼·杰拉爾�。�
- 出版時(shí)間：2022/9/1
- ISBN：9787121442063
- 出 版 社：電子工業(yè)出版社
- 中圖法分類：TN6
- 頁(yè)碼：320
- 紙張：
- 版次：01
- 開本：16開
本書完整地涵蓋了先進(jìn)半導(dǎo)體的電離輻射效應(yīng)，深入探討了抗輻射加固技術(shù)。首先介紹輻射效應(yīng)的重要背景知識(shí)、物理機(jī)制、仿真輻射輸運(yùn)的蒙特卡羅技術(shù)和電子器件的輻射效應(yīng)。重點(diǎn)闡述以下內(nèi)容：商用數(shù)字集成電路的輻射效應(yīng)，包括微處理器、易失性存儲(chǔ)器（SRAM和DRAM）和快閃存儲(chǔ)器；數(shù)字電路、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）和混合模擬電路中的軟錯(cuò)誤效應(yīng)、總劑量效應(yīng)、位移損傷效應(yīng)和設(shè)計(jì)加固解決方案；纖維光學(xué)和成像器件（包括CMOS圖像傳感器和電荷耦合器件CCD）的輻射效應(yīng)。
Marta Bagatin 畢業(yè)于意大利帕多瓦大學(xué)，2006年獲得電子工程專業(yè)學(xué)士學(xué)位，2010年獲得信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)博士學(xué)位。她目前作為博士后，就職于意大利帕多瓦大學(xué)信息工程系。她的研究興趣主要是電子器件的輻射效應(yīng)和可靠性，特別關(guān)注非易失半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。在輻射效應(yīng)和可靠性領(lǐng)域，Marta以第一作者或共同作者身份在國(guó)際期刊上發(fā)表論文約40篇，在國(guó)際會(huì)議上發(fā)表論文約50篇，撰寫過兩部專著的部分章節(jié)。她還經(jīng)常作為核與空間輻射效應(yīng)會(huì)議（NSREC）以及器件與系統(tǒng)的輻射效應(yīng)會(huì)議（RADECS）等國(guó)際會(huì)議的委員，也是諸多學(xué)術(shù)期刊的審稿人。 Simone Gerardin 畢業(yè)于意大利帕多瓦大學(xué)，2003年獲得電子工程專業(yè)學(xué)士學(xué)位，2007年獲得電子和電信工程專業(yè)博士學(xué)位。他目前是意大利帕多瓦大學(xué)的助理教授。他的研究聚焦于先進(jìn)CMOS工藝中電離輻射引起的軟錯(cuò)誤和硬錯(cuò)誤，以及它們與器件老化和ESD的相互作用。Simone在國(guó)際期刊上以第一作者或共同作者身份發(fā)表論文超過60篇，發(fā)表會(huì)議論文60余篇，撰寫過三部專著的部分章節(jié)，在輻射效應(yīng)國(guó)際會(huì)議上做過兩次專題講座（Tutorial）。他目前是IEEE Transactions on Nuclear Science期刊副主編，作為諸多學(xué)術(shù)期刊的審稿人，還擔(dān)任輻射效應(yīng)領(lǐng)導(dǎo)小組的代表委員。
畢津順，博士生導(dǎo)師，貴州師范大學(xué)教授，中國(guó)科學(xué)院微電子研究所特聘研究員，中國(guó)科學(xué)院大學(xué)崗位教授。主要從事半導(dǎo)體器件和集成電路輻射效應(yīng)、抗輻射加固技術(shù)及應(yīng)用研究。主持國(guó)防創(chuàng)新項(xiàng)目、預(yù)研項(xiàng)目、自然基金重點(diǎn)項(xiàng)目和面上項(xiàng)目10余項(xiàng)，參與國(guó)家重大科技專項(xiàng)、國(guó)家自然基金創(chuàng)新研究群體項(xiàng)目、自然科學(xué)基金委–中國(guó)科學(xué)院大科學(xué)裝置科學(xué)研究聯(lián)合基金項(xiàng)目和中科院國(guó)際合作項(xiàng)目等20余項(xiàng)。已出版譯著兩部，發(fā)表各類學(xué)術(shù)論文180余篇，申請(qǐng)專利共計(jì)80余項(xiàng)。
目 錄
第1章 電子器件輻射效應(yīng)介紹 1
1.1 引言 1
1.2 輻射效應(yīng) 1
1.2.1 空間 1
1.2.2 地球環(huán)境 3
1.2.3 人造輻射 4
1.3 電離總劑量效應(yīng) 4
1.3.1 金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET) 6
1.3.2 雙極器件 8
1.4 位移損傷 10
1.5 單粒子效應(yīng) 12
SRAM中的單粒子翻轉(zhuǎn) 14
1.6 小結(jié) 16
參考文獻(xiàn) 16
第2章 輻射效應(yīng)的蒙特卡羅仿真 18
2.1 引言 18
2.2 蒙特卡羅方法簡(jiǎn)史 18
2.3 蒙特卡羅方法的定義 20
2.4 蒙特卡羅方法模擬半導(dǎo)體器件輻射效應(yīng)的研究 20
2.4.1 單粒子效應(yīng) 21
2.4.2 總劑量效應(yīng) 22
2.4.3 位移損傷劑量效應(yīng) 23
2.5 輻射輸運(yùn)的蒙特卡羅仿真 24
2.5.1 蒙特卡羅方法輻射輸運(yùn)和相互作用的定義 24
2.5.2 需要考慮的粒子和相互作用 24
2.5.3 電子輸運(yùn)：簡(jiǎn)史和截止能量 25
2.5.4 方差減小技術(shù) 27
2.5.5 輻射輸運(yùn)蒙特卡羅仿真應(yīng)用總結(jié) 28
2.6 蒙特卡羅工具示例 28
2.6.1 蒙特卡羅N粒子輸運(yùn)碼 28
2.6.2 Geant4 29
2.6.3 FLUKA 29
2.6.4 粒子和重離子輸運(yùn)碼系統(tǒng)(PHITS) 29
2.7 小結(jié) 29
參考文獻(xiàn) 30
第3章 10 nm級(jí)CMOS工藝制程SRAM多翻轉(zhuǎn)的完整指南 35
3.1 引言 35
3.2 實(shí)驗(yàn)裝置 36
3.2.1 計(jì)數(shù)多翻轉(zhuǎn)的測(cè)試算法的重要性 36
3.2.2 測(cè)試設(shè)施 37
3.2.3 測(cè)試器件 38
3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 39
3.3.1 MCU與輻射源的關(guān)系 40
3.3.2 MCU和阱工藝的關(guān)系：三阱的采用 40
3.3.3 MCU與重離子實(shí)驗(yàn)中入射角的關(guān)系 42
3.3.4 MCU與工藝特征尺寸的關(guān)系 42
3.3.5 MCU與設(shè)計(jì)的關(guān)系：阱接觸密度 43
3.3.6 MCU與電源電壓的關(guān)系 43
3.3.7 MCU與溫度的關(guān)系 44
3.3.8 MCU與位單元架構(gòu)的關(guān)系 44
3.3.9 MCU與測(cè)試位置(LANSCE和TRIUMF)的關(guān)系 46
3.3.10 MCU與襯底的關(guān)系：體硅和絕緣體上硅 47
3.3.11 MCU與測(cè)試數(shù)據(jù)的關(guān)系 47
3.4 MCU發(fā)生的3D TCAD建模 47
3.4.1 有三阱工藝中的雙極效應(yīng) 49
3.4.2 針對(duì)先進(jìn)工藝優(yōu)化敏感區(qū)域 51
3.5 一般性結(jié)論：影響MCU敏感度因素的排序 54
3.5.1 SEE敏感區(qū)域版圖 55
附錄3A 55
參考文獻(xiàn) 56
第4章 動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器中的輻射效應(yīng) 60
4.1 引言 60
4.2 動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器基礎(chǔ) 61
4.2.1 工作原理 61
4.2.2 動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器的類型 63
4.3 輻照效應(yīng) 63
4.3.1 單粒子效應(yīng)(SEE) 63
4.3.2 總劑量效應(yīng) 70
4.4 小結(jié) 72
參考文獻(xiàn) 72
第5章 閃存中的輻射效應(yīng) 76
5.1 引言 76
5.2 浮柵技術(shù) 76
5.3 浮柵單元的輻照效應(yīng) 78
5.3.1 總劑量輻照引起的位錯(cuò)誤 79
5.3.2 單粒子效應(yīng)引起的位錯(cuò)誤 80
5.4 外圍電路中的輻照效應(yīng) 83
5.4.1 電離總劑量效應(yīng) 84
5.4.2 單粒子效應(yīng) 84
5.5 小結(jié) 85
參考文獻(xiàn) 86
第6章 微處理器的輻射效應(yīng) 91
6.1 引言 91
6.1.1 軟錯(cuò)誤機(jī)制與作用電路 91
6.1.2 章節(jié)概述與結(jié)構(gòu) 92
6.2 微處理器結(jié)構(gòu) 94
6.2.1 流水線、隨機(jī)狀態(tài)和結(jié)構(gòu)狀態(tài) 94
6.2.2 時(shí)鐘分布和I/O 97
6.2.3 SoC電路 98
6.3 微處理器常見輻射效應(yīng) 98
6.4 微處理器中的單粒子效應(yīng) 99
6.4.1 緩存中的單粒子效應(yīng) 99
6.4.2 寄存器中的單粒子效應(yīng) 104
6.4.3 流水線和執(zhí)行單元中的單粒子效應(yīng) 105
6.4.4 頻率相關(guān)性 107
6.4.5 溫度效應(yīng) 109
6.5 專題討論 110
6.5.1 SEE測(cè)試中的激勵(lì)源設(shè)計(jì) 110
6.5.2 利用最敏感組件探測(cè)SEE 110
6.5.3 片上網(wǎng)絡(luò)和通信 111
6.5.4 微處理器中的多位翻轉(zhuǎn)(MBU)和角度效應(yīng) 112
6.5.5 加固微處理器的輻射響應(yīng)行為 113
6.5.6 復(fù)雜系統(tǒng)的測(cè)試 114
6.5.7 評(píng)估系統(tǒng)響應(yīng) 114
6.6 小結(jié) 115
參考文獻(xiàn) 115
第7章 鎖存器和觸發(fā)器的軟錯(cuò)誤加固設(shè)計(jì) 119
7.1 引言 119
7.1.1 未加固的鎖存器和觸發(fā)器 119
7.1.2 單粒子翻轉(zhuǎn)的機(jī)制 121
7.1.3 工藝加固 123
7.2 鎖存器和觸發(fā)器的軟錯(cuò)誤電路加固設(shè)計(jì)技術(shù) 124
7.2.1 電路冗余技術(shù) 124
7.2.2 時(shí)間冗余技術(shù) 126
7.2.3 綜合加固策略 127
7.2.4 延遲單元電路 133
7.2.5 分類和比較 135
7.3 電路級(jí)加固分析技術(shù) 136
7.3.1 電路仿真建模 136
7.3.2 多節(jié)點(diǎn)電荷收集(MNCC)的加固技術(shù) 138
7.4 小結(jié) 148
參考文獻(xiàn) 149
第8章 利用三模冗余電路保證SRAM型FPGA加固效果 152
8.1 引言 152
8.2 FPGA中單粒子翻轉(zhuǎn)(SEU)和多單元翻轉(zhuǎn)(MCU)數(shù)據(jù)概述 153
8.3 受TMR保護(hù)的FPGA電路 157
8.3.1 電路設(shè)計(jì)問題 157
8.3.2 條件約束問題 158
8.3.3 電路結(jié)構(gòu)問題 158
8.4 跨域錯(cuò)誤(DCE) 159
8.4.1 測(cè)試方法和設(shè)置 159
8.4.2 錯(cuò)誤注入和加速器測(cè)試結(jié)果 161
8.4.3 結(jié)果與討論 162
8.4.4 DCE的概率 165
8.5 SBU與MCU的探測(cè)及設(shè)計(jì)難題 166
8.5.1 相關(guān)工作 167
8.5.2 STARC概述 168
8.5.3 案例研究：面積約束下優(yōu)化可靠性 170
8.6 小結(jié) 171
參考文獻(xiàn) 171
第9章 模擬與混合信號(hào)集成電路的單粒子加固技術(shù) 175
9.1 引言 175
9.2 電荷收集減少 176
9.2.1 襯底工程 176
9.2.2 版圖加固技術(shù) 177
9.3 臨界電荷減少 182
9.3.1 冗余技術(shù) 182
9.3.2 平均技術(shù)(模擬冗余技術(shù)) 183
9.3.3 電阻去耦技術(shù) 183
9.3.4 電阻電容(RC)濾波技術(shù) 185
9.3.5 帶寬、增益、工作速度和電流驅(qū)動(dòng)能力的優(yōu)化技術(shù) 186
9.3.6 差錯(cuò)貢獻(xiàn)窗口減小 188
9.3.7 高阻抗節(jié)點(diǎn)減少 190
9.3.8 電荷共享加固技術(shù) 190
9.3.9 節(jié)點(diǎn)分離加固技術(shù) 192
9.4 小結(jié) 195
參考文獻(xiàn) 196
第10章 混合工藝像素、時(shí)間不變前端電路CMOS 單片傳感器：電離總劑量效應(yīng)和
體損傷研究 202
10.1 引言 202
10.2 帶電粒子追蹤用CMOS單片傳感器 203
10.3 130 nm三阱CMOS工藝N型深阱單片有源像素傳感器 203
10.3.1 被試器件和輻照過程描述 204
10.3.2 電離總劑量效應(yīng) 205
10.4 180 nm CMOS工藝四阱單片有源像素傳感器 211
10.4.1 被試器件和輻照過程描述 211
10.4.2 電離總劑量效應(yīng) 212
10.5 混合工藝像素單片有源傳感器的位移損傷 216
10.6 小結(jié) 220
致謝 220
參考文獻(xiàn) 220
第11章 CMOS圖像傳感器輻射效應(yīng) 223
11.1 引言 223
11.1.1 背景 223
11.1.2 APS、CIS和單片有源像素傳感器(MAPS) 223
11.1.3 輻射效應(yīng)基本知識(shí) 224
11.2 CMOS圖像傳感器(CIS)介紹 224
11.2.1 CMOS圖像傳感器(CIS)技術(shù)綜述 224
11.2.2 與輻射效應(yīng)相關(guān)的重要CIS概念 228
11.3 單粒子效應(yīng) 233
11.4 外圍電路的累積輻射效應(yīng) 234
11.5 像素的累積輻射效應(yīng) 235
11.5.1 電離總劑量效應(yīng) 235
11.5.2 位移損傷效應(yīng) 241
11.6 小結(jié) 245
參考文獻(xiàn) 245
第12章 CCD器件的自然輻射效應(yīng) 256
12.1 引言 256
12.2 CCD器件的單粒子效應(yīng) 256
12.2.1 CCD器件的輻射效應(yīng) 256
12.2.2 CCD輻射探測(cè)儀 257
12.3 CCD自然輻射效應(yīng)：案例分析 259
12.3.1 實(shí)驗(yàn)裝置 260
12.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 260
12.3.3 模擬和仿真 264
12.3.4 航空高度的仿真驗(yàn)證 266
12.4 小結(jié) 269
致謝 269
參考文獻(xiàn) 269
第13章 光纖和光纖傳感器的輻射效應(yīng) 273
13.1 引言 273
13.2 光纖主要輻射效應(yīng) 273
13.2.1 輻射誘生點(diǎn)缺陷和結(jié)構(gòu)變化 274
13.2.2 輻射誘生衰減(RIA) 275
13.2.3 輻射誘生發(fā)射(RIE) 275
13.2.4 壓縮和輻射誘發(fā)折射率變化 276
13.3 影響光纖輻射響應(yīng)的內(nèi)部與外部參數(shù) 276
13.3.1 光纖有關(guān)的參數(shù) 276
13.3.2 外部參數(shù) 278
13.4 主要應(yīng)用和挑戰(zhàn) 279
13.4.1 對(duì)于光纖 279
13.4.2 對(duì)于光纖傳感器 280
13.5 從零到系統(tǒng)級(jí)的多尺度仿真：最新進(jìn)展 282
13.6 小結(jié) 284
參考文獻(xiàn) 284
縮略語(yǔ) 293
書單推薦
