抗辐射模拟CMOS集成电路研究与设计

为研究宇宙辐射环境中航天器里的模拟互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)集成电路性能和各种效应,并在辐射效应所产生机制的基础上,从设计和工艺方面提出了模拟CMOS集成电路主要抗辐射加固设计方法.在宇宙环境中,卫星中的模拟CMOS集成电路存在CMOS半导体元器件阈值电压偏离、线性跨导减小、衬底的漏电流增加和转角1/f噪声幅值增加.所以提出了3种对模拟CMOS集成电路进行抗辐射加固的方法:1)抗辐射模拟CMOS集成电路的设计;2)抗辐射集成电路版图设计;3)单晶半导体硅膜(Silicon on Insulator,SOI)抗辐射工艺与加固设计.根据上面的设计方法研制了抗辐射加固模拟CMOS集成电路,可以取得较好的抗辐射效果.     

金属聚合物复合材料的电树枝生长模拟

为了研究金属聚合物复合材料的击穿特性,在WZ模型的基础上建立了在绝缘聚合物介质中填充不同体积浓度的理想金属粒子的逾渗模型。利用计算机对放电通道的发展进行仿真,并对得到的仿真图形进行比较,研究了金属颗粒的体积浓度、下极板施加的电压、放电通道内的阈值电压和树点发展的概率指数对放电通道发展的影响。结果表明,金属粒子体积浓度越大,则放电树枝分枝越多。因此,填充金属颗粒可以明显地增强绝缘介质的导电性,其中逾渗阈值为0.6。下极板施加的电压越大,放电通道内的阈值电压和树点发展的概率指数越小,则放电树枝分枝越多,同时放电树枝生长过程中的积累损伤越大,该规律与实际放电情况相符合。     

等离子体点火器设计及其放电特性研究

基于等离子体放电理论,设计了3种不同形式的等离子体点火器:环形等离子体点火器、碟形等离子体点火器和圆柱等离子体点火器。对于不同的等离子体点火器,研究了在电源激励形式、电压、气体压力变化时的点火器放电特性,并将等离子体点火器与普通火花塞点火器的点火进行了对比分析。结果表明:设计的3种等离子体点火器能够有效地产生等离子体放电流注;随着放电环境的空气气压的逐渐升高,等离子体点火器的临界放电电压不断增大;在低气压时,击穿阈值电压随气压增加呈线性上升,基本符合帕邢定律的放电公式,在高气压时 ,放电阈值电压会偏离帕邢定律。     

一种高压直采ADC的抗总剂量辐照设计

由于γ射线对SiO2的电离作用，会引起MOS管阈值电压负漂移和二极管死区漏电变化，负漂移和漏电变化程度随MOS管栅氧厚度增加而加大。这样在设计高压直采ADC时，实现稳定基准和低漏电开关是个难点，通常的解决方法是优化电路参数裕量和版图，但很少考虑MOS管的反型和二极管的死区漏电。重点研究了MOS器件阈值和二极管死区漏电流变化对器件参数影响的机理，并提出一种不同电源电压MOS管结合设计思路，同时考虑了减小二极管死区漏电的影响。最后，通过使用不同电源电压MOS管设计和二极管死区漏电流分析，高压ADC在50krad（Si）总剂量条件下仍能达到设计要求。