Radiation Effects and Soft Errors in Integrated Circuits and Electronic Devices pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:World Scientific Publishing Co Pte Ltd

作者:Schrimpf, R. D. 编

出品人:

页数:348

译者:

出版时间:2004-8

价格:$ 172.89

装帧:HRD

isbn号码:9789812389404

丛书系列:

图书标签:

• Radiation effects
• Soft errors
• Integrated circuits
• Electronic devices
• Semiconductor devices
• Reliability
• Failure analysis
• Radiation hardening
• Testing
• Microelectronics

好的，以下是一份根据您的要求撰写的图书简介，该书名为《半导体器件中的辐射效应与软错误》。 --- 图书名称：《半导体器件中的辐射效应与软错误》 图书简介 本书深入探讨了在现代集成电路和电子设备中，由高能粒子辐射（如宇宙射线、太阳粒子事件和地球磁场中的次级粒子）所引起的物理现象、潜在的器件失效机制以及随之产生的软错误（Single Event Effects, SEE）。随着半导体制造工艺的不断演进，特征尺寸的持续微缩，器件的敏感度日益增加，使得辐射效应已成为影响电子系统，特别是航空航天、医疗设备、自动驾驶汽车以及高性能计算领域可靠性的关键挑战。 本书的构建旨在为电子工程师、材料科学家、物理学家以及系统设计者提供一个全面而深入的理论框架与实践指导。我们摒弃了对其他特定主题（如材料科学中的传统缺陷分析、光学电子学或经典的电磁兼容性问题）的详尽讨论，而专注于精确描绘辐射粒子如何与半导体材料相互作用，并最终导致电路功能异常的过程。 第一部分：辐射环境与粒子物理基础 本部分首先建立了理解辐射效应所需的物理学基础。我们详尽分析了影响电子设备的主要辐射源，包括银河宇宙射线（GCRs）、太阳高能粒子（SEPs）和地球同步轨道及低地球轨道的带电粒子。对于每种粒子类型，我们阐述了其能量谱、通量特性及其在不同运行环境（如地球表面、高空、深空）中的分布差异。 核心内容聚焦于粒子在半导体材料中的能量损失机制。这包括电离能损失（Bethe-Bloch公式的应用）、核反应截面分析以及次级粒子（如中子、阿尔法粒子）的产生。我们详细比较了不同的能量沉积模型，并解释了如何通过量化“线性能量转移”（LET）值来预测特定工艺节点下器件的敏感度。对LET的精确计算是后续分析软错误阈值的基础。 第二部分：辐射粒子与半导体相互作用的微观机制 本部分将理论物理与器件结构紧密结合，剖析辐射粒子在半导体内部产生电荷的过程。重点阐述了“单一事件效应”（SEE）的生成机理。 1. 电荷产生与收集： 深入分析了离子化电离（Ionization）过程，以及在PN结、MOS电容器和晶体管沟道区中，产生的电子-空穴对如何被内部电场分离和收集。我们展示了如何利用瞬态电流脉冲模型（如脉冲响应函数）来描述电荷收集的动态过程，并讨论了载流子扩散、漂移和瞬态电荷中和对最终输出信号的影响。 2. 多重效应分析： 除了最基本的单一事件翻转（SEU），本书还详细覆盖了更具破坏性的效应，如单一事件闩锁（SEL）、单一事件锁定（SET）和单一事件击穿（SEB）。对于闩锁效应，我们构建了器件级模型，分析了寄生PNP晶体管的触发条件、饱和电压及其恢复机制，强调了其对电源管理的严重挑战。对于SET，我们探讨了其在数字逻辑门和组合电路中引发的时序错误。 第三部分：关键器件与工艺节点的敏感性分析 本部分将理论知识应用于现代集成电路的实际组件中，重点关注对辐射最敏感的结构。 1. 存储器单元的辐射响应： 详细考察了SRAM、DRAM以及新兴的非易失性存储器（如MRAM、RRAM）在辐射环境下的行为。对于SRAM，我们通过分析存储节点电容与收集电荷的耦合比，建立了SEU的判据，并探讨了不同存储单元布局（如交叉耦合反相器）对软错误容忍度的影响。 2. 晶体管级效应： 专注于MOSFETs，特别是先进的FinFET和UTSOI结构。我们分析了沟道材料掺杂浓度、氧化层厚度和栅极介质对电荷收集效率的调节作用。特别关注了薄膜SOI器件中“浮体效应”（Floating Body Effects）如何与辐射诱导的电荷积累相互作用，可能导致阈值电压的暂时性漂移。 3. 混合信号与模拟电路的脆弱性： 讨论了辐射对低噪声放大器（LNA）、模数转换器（ADC）和锁相环（PLL）等模拟或混合信号电路的影响。这部分侧重于分析瞬态电流脉冲如何转化为系统级的性能降级（如相位噪声增加、信噪比（SNR）下降）而非简单的逻辑错误。 第四部分：辐射防护与系统级缓解策略 本部分着重于工程实践，介绍当前工业界和设计界用于提高系统抗辐射能力的先进技术。 1. 硬件冗余与容错架构： 系统地介绍了“错误检测与纠正”（EDAC）技术，特别是三模冗余（TMR）在逻辑电路中的应用。本书详细对比了不同TMR实现方式的功耗开销与可靠性增益，并探讨了基于投票机制的错误屏蔽策略。 2. 工艺与布局级的硬化技术（Hardening）： 深入分析了基于器件物理的抗辐射设计技术。这包括使用更厚的氧化层、增加衬底隔离（如深N阱或SOI技术）、优化晶体管尺寸以增大瞬态电荷的饱和阈值，以及通过布局技术增加电荷中和路径。对于闩锁效应，我们讨论了保护环的设计和器件间距优化。 3. 软件与系统级的监测与恢复： 讨论了时间冗余、时序分析以及“健壮性编程”在软错误缓解中的作用。这包括建立动态错误注入和验证流程，确保系统能够在检测到软错误后快速恢复到稳定状态，避免级联故障。 总结 《半导体器件中的辐射效应与软错误》为读者提供了一个从基础物理到前沿工程应用的完整蓝图。全书重点在于精确建模和有效缓解辐射对微电子系统性能和可靠性构成的威胁，确保高可靠性电子产品在严苛环境下的持续、正确运行。本书不涉及传统电子学中的电路理论基础、标准CMOS器件结构的一般性描述，亦不涵盖了核反应堆内部的辐射屏蔽材料学研究，而是专注于电子设备层面的辐射诱发失效分析。 ---

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