25
Ιουν

Παρουσίαση μεταπτυχιακής εργασίας κ. Νικολάου Αριστείδη - Σχολή ΗΜΜΥ
Κατηγορία: Παρουσίαση Μεταπτυχιακής Εργασίας   ΗΜΜΥ  
ΤοποθεσίαΛ - Κτίριο Επιστημών/ΗΜΜΥ, 137Π-39,-38, Πολυτεχνειούπολη
Ώρα25/06/2018 11:00 - 13:00

Περιγραφή:
ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών

ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ

ΑΡΙΣΤΕΙΔΗ ΝΙΚΟΛΑΟΥ

με θέμα

Χαρακτηρισμός και Μοντελοποίηση Φαινομένων Ακτινοβολίας και
Θορύβου Χαμηλής Συχνότητας σε Συμβατική Τεχνολογία CMOS
Characterization and Modeling of High Total Ionizing Dose Effects and
Low Frequency Noise in Standard CMOS Technology

Δευτέρα 25 Ιουνίου 2018, 11 π.μ.
137Π39, Κτίριο Επιστημών, Πολυτεχνειούπολη

Εξεταστική Επιτροπή
Αναπληρωτής Καθηγητής Matthias Bucher (επιβλέπων)
Καθηγητής Κώστας Μπάλας
Καθηγητής Κωνσταντίνος Καλαϊτζάκης


Περίληψη

Στα ολοκληρωμένα κυκλώματα (ICs) που υλοποιούνται με MOS τρανζίστορ, οξείδια και άλλα μονωτικά υλικά αποτελούν κύρια συστατικά της δομής αυτών. Ηλεκτρονικά που λειτουργούν σε “σκληρά” περιβάλλοντα ακτινοβολίας, όπως στο διάστημα ή σε επιταχυντές σωματιδίων υψηλής ενέργειας, αναμένεται να παρουσιάσουν σημαντική συγκέντρωση φορτίων λόγω ιοντίζουσας ακτινοβολίας, τόσο εντός των οξειδίων όσο και στη διεπαφή αυτών με τα ημιαγώγιμα υλικά, γεγονός που θα επιφέρει σημαντική μείωση στην απόδοση αυτών, ακόμα και πλήρη αστοχία λειτουργίας. Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (HL-LHC, High-Luminosity Large Hadron Collider) στο CERN (Eυρωπαϊκό Κέντρο Πυρηνικών Έρευνών της Γενεύης), αναμένεται να αυξήσει την φωτεινότητά του περίπου κατά 10 φορές. Συνέπεια αυτού είναι ότι τα ηλεκτρονικά που βρίσκονται πιο κοντά στα σημεία πρόσκρουσης των σωματιδίων θα εκτεθούν σε επίπεδα ακτινοβολίας κοντά στο 1 Grad. Ενώ η χρήση εξελιγμένων τεχνολογιών CMOS με λεπτά οξείδια αποτελεί ένα πλεονέκτημα στην αντιμετώπιση της ακτινοβολίας, τεχνικές μόνωσης όπως STI που χρησιμοποιούνται ευρέως, εντείνουν το πρόβλημα κυρίως μέσω της ανάπτυξης ρευμάτων διαρροής. Επιπλέον η χρήση MOS τρανζίστορ μικρών διαστάσεων συντελεί ουσιαστικά στην εκτίναξη των φαινομένων μείωσης της απόδοσης λόγω επίδρασης ακτινοβολίας. Η χρήση τρανζίστορ συμβατικής τεχνολογίας αλλά διαφορετικής διάταξης, γνωστά και ως Enclosed Gate (EG) MOSFETs, δείχνει να αποτελεί μια σημαντική λύση για των περιορισμό των παραπάνω φαινομένων.
Ο θόρυβος εμφανίζεται σε όλες τις ημιαγώγιμες διατάξεις και γίνεται αντιληπτός σαν τυχαίες μικρές διακυμάνσεις του ρεύματος ή της τάσης. O θόρυβος χαμηλής συχνότητας έχει αντίκτυπο σε εφαρμογές όπως; CMOS image sensors, μνήμες SRAM ή flash και συναντάται ακόμα και σε εφαρμογές υψηλής συχνότητας (RF), εξαιτίας της μετατροπής του σε θόρυβο φάσης, όπως σε ταλαντωτές τάσης (VCOs). Ο θόρυβος χαμηλής συχνότητας διαχωρίζεται σε θόρυβο τυχαίων τηλεγραφικών σημάτων (RTS) και σε 1/f ή flicker θόρυβο και συνδέεται με τον μηχανισμό παγίδευσης/ελευθέρωσης ευκίνητων φορέων στη διεπαφή του οξειδίου του πυριτίου με τον ημιαγωγό. Η μέση τιμή και η μεταβλητότητα του 1/f θορύβου εξαρτώνται τόσο απο τις συνθήκες πόλωσης όσο και από τις διαστάσεις του τρανζίστορ.
Η παρούσα εργασία εστιάζει στον χαρακτηρισμό και στην μοντελοποίηση της επίδρασης ιοντίζουσας ακτινοβολίας και θορύβου χαμηλής συχνότητας σε τρανζίστορ συμβατικής τεχνολογίας CMOS, 65 nm και 180 nm αντίστοιχα, με συμβατική (ST) και Enclosed Gate (EG) διάταξη. Τα πειραματικά δεδομένα σχετικά με την επίδραση ακτινοβολίας προκύπτουν απο πειράματα που διεξάγονται στο CERN. Τα φαινόμενα ακτινοβολίας και θορύβου χαμηλής συχνότητας, μοντελοποιούνται βάση του φυσικομαθηματικού μοντέλου φορτίων λειτουργίας των MOSFET, γεγονός που προσφέρει μια βαθύτερη κατανόηση τις επίδρασης των δύο φαινομένων σε επίπεδο διάταξης όσο και μέγιστη ακρίβεια στην πρόβλεψη αυτών.
Τα τρανζίστορ με Enclosed Gate (EG) διάταξη βρέθηκαν να παρουσιάζουν σημαντικά πλεονεκτήματα σε σχέση με τα συμβατικά στην λειτουργία τους κατόπιν έκθεσής τους σε υψηλές δόσεις ακτινοβολίας (High TID). Οι βασικές τους αναλογικές παράμετροι παρουσιάζονται σαφώς βελτιωμένες τόσο πριν όσο και μετά την διαδικασία έκθεσης, σε σύγκριση με αυτές των συμβατικών τρανζίστορ. Ένα αναλυτικό μοντέλο προσφέρει σαφείς ενδείξεις ως προς τους μηχανισμούς επίδρασης της ακτινοβολίας στις διατάξεις. Όσο αναφορά τη μελέτη θορύβου, τα τρανζίστορ EG διάταξης παρουσιάζουν βελτιωμένη μέση τιμή θορύβου χαμηλής συχνότητας χαμηλότερη κατά 2 με 3 φορές, κυρίως σε ασθενή αναστροφή, εν σύγκριση με τα συμβατικά τις ίδιας τεχνολογίας, ενώ η διασπορά θορύβου είναι εμφανώς βελτιωμένη.


© Πολυτεχνείο Κρήτης 2012