空間微電子 第二卷 空間用集成電路設計

緒論1
第1章國產(chǎn)航天器選用進口基礎電子元器件時應考慮的問題7
1.1空間工程用電子設備元器件選型工作的共性問題7
1.2國外針對俄羅斯的元器件出口限制8
1.2.1美國對ECB的出口限制9
1.2.2歐洲和其他國家對ECB的出口限制12
1.2.3國際出口管制組織13
1.3國外工業(yè)ECB在俄羅斯火箭和航天科技中應用的特點14
1.4偽造微電子產(chǎn)品及其甄別方法21
1.4.1偽造電子元器件的分類21
1.4.2甄別偽造產(chǎn)品的有效方法22
1.4.3航天應用微電子產(chǎn)品的電學測試24
1.5俄羅斯航天器在選擇和應用國外處理器方面的特點29
1.5.1國外處理器在俄羅斯航天器中的應用情況29
1.5.2UT 699和GR 712微處理器的版本和鑒定30
1.5.3Leon 3FT系列UT 699和GR 712微處理器的架構(gòu)和硬件特性31
1.5.4微處理器Leon 3FT編程特點33
1.6航天和軍用抗輻射直流轉(zhuǎn)換器35
1.6.1總劑量效應(TID)35
1.6.2低劑量率輻照損傷敏感性增強效應(ELDRS)36
1.6.3單粒子效應（SEE）36
1.6.4最壞情況下的參數(shù)限制分析36
1.6.5MILPRF38534標準的 K級要求36
1.6.6無光耦混合型DCDC轉(zhuǎn)換器37
1.7生產(chǎn)空間系統(tǒng)機載設備用電子元器件工作部署的最佳實踐40
1.8面向空間應用的基礎電子元器件的加速可靠性試驗45
1.92009—2011年間俄羅斯購買微電路的測試結(jié)果分析49
參考文獻56
第2章亞微米級晶體管和肖特基二極管的工藝制程特點和基本結(jié)構(gòu)58
2.1關(guān)于亞微米級微電子學的術(shù)語58
2.2現(xiàn)代微電子技術(shù)發(fā)展趨勢與展望59
2.2.1微縮問題62
2.2.2現(xiàn)代亞微米技術(shù)：微處理器生產(chǎn)應用實例64
2.3亞微米MOS晶體管的特性69
2.3.1超大規(guī)模集成電路中MOS晶體管結(jié)構(gòu)69
2.3.2改善MOSFET性能的方法72
2.3.3絕緣體上硅結(jié)構(gòu)的MOS晶體管75
2.3.4雙柵、三柵和圓柱形柵晶體管79
2.3.5其他類型的晶體管結(jié)構(gòu)82
2.3.6模擬電路中晶體管特性85
2.4高溫環(huán)境下肖特基二極管構(gòu)造技術(shù)特點86
2.4.1肖特基二極管工作的物理機制86
2.4.2耐高溫肖特基二極管的設計技術(shù)特點89
2.4.3確保最小反向電流和最小正向電壓的方法93
2.4.4獲得最小正向電壓和最大反向電壓的方法94
2.5具有增強抗靜電放電能力的肖特基二極管結(jié)構(gòu)的設計技術(shù)特點98
參考文獻104
選定書目107
第3章微電子元器件的功耗最小化方法109
3.1微電子元器件功耗參數(shù)的主要變化趨勢109
3.2降低CMOS LSIC功耗等級的方法112
3.3CMOS LSIC中功耗的主要來源120
3.4低功耗CMOS LSIC邏輯設計方法124
3.4.1低功耗CMOS電路的基本邏輯綜合124
3.4.2確定CMOS微電路的功耗來源125
3.4.3基于微電路單元開關(guān)活動預測的優(yōu)化選項概率評估126
3.4.4設計低功耗CMOS VLSIC時基礎元器件的選擇128
3.4.5基于元器件庫的CMOS LSIC邏輯綜合130
3.4.6針對功耗的兩層邏輯電路優(yōu)化131
3.4.7工藝無關(guān)功能電路的基本門選擇132
3.4.8多輸入門組成的多層邏輯電路的優(yōu)化132
3.4.9由兩輸入門組成的多層邏輯電路的優(yōu)化134
3.4.10工藝映射136
3.4.11在邏輯和電路級估計所設計CMOS大規(guī)模集成電路的功耗137
3.4.12使用PSLS設計低功耗CMOS大規(guī)模集成電路的技術(shù)139
3.4.13PSLS軟件包架構(gòu)140
3.4.14軟件包PSLS的功能141
3.5現(xiàn)代接口LSIC的低功耗結(jié)構(gòu)特性143
3.5.1RS485接口收發(fā)器微電路143
3.5.2RS232接口收發(fā)器微電路147
3.5.3低電源電壓IC接口電壓比較器的設計和原理性技術(shù)特色160
3.5.4低功耗接口LSIC發(fā)送器單元電路的設計特點165
3.5.5等同于半導體帶隙寬度的溫度無關(guān)基準電壓源168
3.5.6溫度無關(guān)基準電壓源的設計選項169
3.5.7提高微電路抗熱電子效應能力的電路結(jié)構(gòu)方法171
參考文獻174
第4章輻射對亞微米集成電路影響的特點176
4.1輻射對亞微米CMOS集成電路影響的物理機理176
4.1.1MIC元器件輻照后的性能恢復180
4.1.2輻照條件對MIC元器件輻射容限的影響181
4.2輻照對雙極型模擬集成電路的影響184
4.2.1集成運算放大器的輻射效應185
4.2.2集成電壓比較器的輻射效應186
4.3保證集成電路抗輻射能力的主要方法187
4.4現(xiàn)代先進集成電路的抗輻射能力187
4.5推薦用于硅基微電路輻射效應實驗研究的元器件190
4.5.1CMOS集成電路基本邏輯單元190
4.5.2電可擦除可編程只讀存儲器元器件190
4.5.3CMOS邏輯集成電路191
4.5.4CMOS LSIC存儲器191
4.5.5基于SOI結(jié)構(gòu)的CMOS LSIC SRAM191
4.5.6BiCMOS LSIC192
4.6微電路輻照測試結(jié)構(gòu)及樣品研究的設備與方法192
4.7輻照后測試結(jié)構(gòu)電參數(shù)的測量方法195
4.7.1EEPROM參數(shù)調(diào)節(jié)方法195
4.8穿透性輻射對雙極晶體管結(jié)構(gòu)參數(shù)影響的實驗研究結(jié)果197
4.9電離輻射對雙極模擬集成電路參數(shù)影響的實驗研究200
4.10電離輻射對MOS晶體管參數(shù)及集成電路影響的實驗研究206
4.10.1γ輻射對MOS晶體管參數(shù)的影響206
4.10.2γ輻射對MOS電容器和MOS晶體管參數(shù)影響的實驗研究：
亞微米CMOS IC元器件 213
4.10.3γ輻射對EEPROM MOS單元參數(shù)影響的特性215
4.10.4穿透輻射對CMOS邏輯 IC參數(shù)影響的實驗研究217
4.10.5電離輻射對CMOS存儲器參數(shù)的影響221
4.10.6輻射對MOS/SOI結(jié)構(gòu)及基于該結(jié)構(gòu)的CMOS LSI RAM參數(shù)影響的
實驗研究226
4.10.7穿透輻射對BiCMOS邏輯 LSIC參數(shù)影響的實驗研究 232
4.11利用模擬方法研究BiCMOS微電路輻射效應的特點238
4.12太空因素對局部輻射效應影響機制的特點245
4.13中國制造抗輻射混合DC/DC轉(zhuǎn)換器的實驗研究250
參考文獻253
第5章預測及提高雙極和CMOS集成電路輻射容限的方法259
5.1CMOS大規(guī)模集成電路輻射容限的預測方法259
5.1.1MOS元器件輻射容限的計算試驗預測方法259
5.1.2CMOS集成電路基于輻射容限的預測(選擇)方法262
5.2用于評估雙極和BiCMOS元器件輻射容限的計算試驗方法265
5.3預測EEPROM MOS存儲單元輻射容限的計算試驗方法267
5.4提高集成電路抗穿透輻射能力的方法267
5.4.1提高CMOS和BiCMOS微電路輻射容限的結(jié)構(gòu)工藝方法267
5.4.2提高集成電路輻射容限的標準結(jié)構(gòu)和電路配置方法269
5.4.3提高CMOS LSIC抗輻射能力的新結(jié)構(gòu)和電路配置方法276
參考文獻279
第6章超高速微電子元器件及系統(tǒng)的設計問題分析280
6.1亞微米微電路工藝尺寸縮減的問題280
6.2用深亞微米規(guī)則設計硅集成微電路的趨勢和問題281
6.2.1硅亞微米IC設計的尺寸縮減趨勢和問題282
6.2.2亞微米集成電路的功耗問題285
6.2.3在設計階段監(jiān)控整個芯片區(qū)域的功耗分布288
6.3硅MOS晶體管結(jié)構(gòu)中的漏電流和靜態(tài)功耗290
6.3.1亞微米CMOS電路的功耗290
6.3.2亞微米硅MOS晶體管的電流分析292
6.3.3亞微米硅晶體管漏電流的物理原因294
6.3.4MOS晶體管的靜態(tài)功耗值分析297
6.3.5考慮靜態(tài)功耗的亞微米模擬IC的設計特點298
6.3.6考慮靜態(tài)功耗的亞微米模數(shù)集成電路設計的特點299
6.4典型結(jié)構(gòu)亞微米MOS晶體管的動態(tài)功耗301
6.4.1有參考延遲值的亞微米數(shù)字集成電路302
6.4.2互連信號分布延遲302
6.4.3降低開關(guān)功耗的方法302
6.4.4漏電流引起的動態(tài)功耗分析與計算304
6.4.5硅微電路動態(tài)功耗分析306
6.5溫度和工藝參數(shù)散布對硅亞微米集成電路特性的影響308
6.5.1漏電流與溫度的關(guān)系308
6.5.2工藝參數(shù)散布與漏電流的關(guān)系313
6.6深亞微米設計原則下模擬集成電路版圖設計的特點318
6.6.1電源電壓降低的影響318
6.6.2工藝尺寸的縮減和互連線上的信號分布延遲319
6.7結(jié)論及建議320
參考文獻322
第7章基于SOS和SOI結(jié)構(gòu)的空間應用微電路設計325
7.1基于SOI結(jié)構(gòu)的抗輻射CMOS LSI電路326
7.2電離輻射對硅和二氧化硅的影響332
7.2.1硅在輻射下的輻射效應333
7.2.2Si/SiO2界面區(qū)域的特性334
7.2.3電離輻射對電介質(zhì)層的影響337
7.2.4絕緣體上硅結(jié)構(gòu)埋層介質(zhì)內(nèi)的輻射過程339
7.2.5不同方法得到的SOI結(jié)構(gòu)的輻射特性的比較341
7.3MOS/SOI晶體管在電離輻射條件下的物理現(xiàn)象342
7.3.1電離輻射342
7.3.2總劑量效應346
7.3.3脈沖輻射效應348
7.4基于SOI結(jié)構(gòu)的CMOS LSIC元器件樣品的實驗研究結(jié)果350
7.4.1測試樣品的組成350
7.4.2實驗流程351
7.4.3實驗結(jié)果353
參考文獻375
第8章片上系統(tǒng)和系統(tǒng)級封裝382
8.1芯片封裝技術(shù)發(fā)展的總體趨勢382
8.2芯片封裝的BGA技術(shù)385
8.3電路板芯片安裝技術(shù)386
8.4多芯片模塊和印制電路板388
8.5空間用微電子元器件封裝技術(shù)發(fā)展的主要趨勢391
8.5.1封裝引線間距的下降趨勢391
8.6電路板上SHF電路封裝技術(shù)的特性399
8.7空間相關(guān)應用的TSV芯片組裝技術(shù)404
8.8使用倒裝芯片技術(shù)的3D產(chǎn)品封裝的特點408
8.9粘接劑和焊膏在3D組裝過程中的應用特征409
8.10軍用空間微電子元器件的系統(tǒng)級封裝電子單元412
8.11自動設計工具的特點：系統(tǒng)級封裝415
8.11.1射頻模塊設計417
8.12在設計用于SIP的ULSIC時需考慮的深亞微米技術(shù)特點417
8.13SIP對衛(wèi)星系統(tǒng)研制概念演變的影響421
8.14用于SIP的已知良好芯片的選擇和應用特點424
8.15帶有集成輻射防護屏的封裝設計427
8.16MEMS技術(shù)的SHF應用431
8.16.1射頻MEMS/CMOS元器件的實現(xiàn)特點431
8.16.2射頻MEMS開關(guān)436
8.16.3可變電容值的射頻MEMS電容439
8.16.4集成MEMS/CMOS諧振器440
8.16.5MEMS技術(shù)在雷達裝置系統(tǒng)集成任務中的應用443
8.17金和鋁在功率微波晶體管組裝技術(shù)中的應用特點449
參考文獻454
第9章批量生產(chǎn)中剔除帶有潛在缺陷硅基微電路的方法457
9.1標稱工作模式下集成電路參數(shù)控制問題的構(gòu)想457
9.2雙極集成微電路輸出參數(shù)敏感度系數(shù)的測定方法458
9.3基于工作范圍邊界分析的潛在缺陷微電路檢測461
9.4基于集成微電路試驗測試結(jié)果的可靠性指標數(shù)值評估465
9.5潛在缺陷對雙極IC的基礎統(tǒng)計參數(shù)值的影響機理研究467
9.6對CMOS微電路加速應力試驗結(jié)果的數(shù)學處理模型分析468
9.7在大規(guī)模制造中檢測和剔除潛在不可靠電路的主要方法471
9.7.1通過靜電放電確定潛在不可靠元器件的方法471
9.7.2一種微電路元器件老化試驗改進方法472
9.7.3基于臨界電源電壓參數(shù)檢驗高可靠集成電路的方法473
9.7.4通過動態(tài)電流損耗剔除潛在不可靠微電路的方法474
9.7.5降低電源電壓的方法476
參考文獻480
關(guān)于作者481