• شماره ركورد
    31806
  • پديد آورنده

    علي خشنود

  • عنوان
    مدل‌سازي و شبيه‌سازي اثر تابش يونيزان بر ايجاد تله‌هاي رابط Si/SiO2 در فن‌آوري CMOS و جبران‌سازي آن با مدار خودتنظيم‌گر
  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • رشته تحصيلي
    مهندسي برق - افزاره هاي ميكرو و نانوالكترونيك
  • سال تحصيل
    1400
  • تاريخ دفاع
    1403/07/14
  • استاد راهنما
    دكتر جواد ياوندحسني
  • استاد مشاور
    /
  • دانشكده
    مهندسي برق
  • چكيده
    در محيط‌هاي فضايي و يا موارد پزشكي مانند پرتو درماني و دستگاه‌هاي تصويربرداري X-ray، تابش يونيزان به طور گسترده وجود دارد و مي‌تواند اثر‌هاي مخربي بر تجهيزات الكترونيكي، از جمله تغييرات قابل توجه در مشخصات افزاره‌هاي مبتني بر فن‌آوري CMOS داشته باشد. اين تابش در اكسيد گيت حفره توليد مي‌كند كه تعدادي از اين حفره ها به دليل وجود نقص‌هاي داراي هيدروژن، پروتون آزاد مي‌كنند؛ اين پروتون‌ها منجر به فعال‌سازي پيوند‌هاي آويزان Si-H شده و تله‌هاي رابط ايجاد مي‌كنند. ولتاژ آستانه افزاره به دليل بار‌هاي به دام افتاده در اكسيد گيت و بار‌هاي ناشي از تله‌هاي رابط Si/SiO2 دچار تغييرات مي‌شود. در اين پايان نامه به مدل‌سازي اثر تشعشع يونيزان بر ايجاد اين تله‌هاي رابط و چگالي حالت‌هاي انرژي آن‌ها به صورت غيرخطي در نوار انرژي پرداخته ايم. در مدل‌سازي، بهره‌گيري از تكنيك DCIV در تعيين چگالي حالت‌هاي انرژي تله‌هاي رابط و با لحاظ اثر‌هاي تونل‌زني كوانتومي و انتشار حرارتي در كاهش پروتون‌هاي نزديك به سطح قبل از واكنش شيميايي با هيدروژن‌هاي پيوند Si-H، منجر به افزايش دقت گرديده است. همچنين، جهت افزايش سرعت شبيه‌سازي، تابع ميانگين نمايي كاهشي (EAD) پيشنهاد شده است. درنظر گرفتن مكانيزم تونل‌زني به كمك تله توانسته است دقت مدل را در دوز‌هاي تشعشع بالا، افزايش دهد. اين مدل به ضريب تشخيص(R2) 0٫9993 و همچنين نرماليزه شده خطاي ريشه ميانگين مربعات (N-RMSE) 0٫0095 و خطاي ميانگين مطلق (N-MAE) 0٫0085 نسبت به داده‌هاي اندازه‌گيري با تابش منبع كبالت-60 و TID تا 7٫8 مگاراد دست يافته است. همچنين، اين مدل نسبت به يكي از مدل‌هاي قبلي، با داده‌هاي اندازه‌گيري يكسان، به ترتيب %80٫86 و %79٫58 بهبود در كاهش RMSE و MAE داشته است. جهت جبران تغييرات ولتاژ آستانه، مداري خودتنظيم‌گر با مكانيزمي مبتني بر تكنيك باياس بدنه براي ترانزيستور‌هاي NMOS و PMOS پيشنهاد شده، كه توانسته است بيش از %97 خطاي ناشي از اين تغييرات را در فن‌آوري 0٫18 ميكرومتر CMOS، جبران كند. جهت شبيه‌سازي‌ مداري، يك نرم‌افزار طراحي شده و يك كتابخانه در اين فن‌آوري توسعه داده شده است.
  • تاريخ ورود اطلاعات
    1403/10/11
  • عنوان به انگليسي
    Modeling and Simulation of Ionizing Radiation Effects on the Generation of Si/SiO2 Interface Traps in CMOS Technology and Its Compensation using a Self-Regulating Circuit
  • تاريخ بهره برداري
    10/5/2025 12:00:00 AM
  • دانشجوي وارد كننده اطلاعات

    علي خشنود

  • چكيده به لاتين
    Ionizing radiation is preva‎lent in space environments and medical applications such as radiotherapy and X-ray imaging devices and can have detrimental effects on electronic equipment, including significant alterations in the characteristics of CMOS-based devices. This radiation generates holes in the gate oxide, some of which release protons due to hydrogen-containing defects. These protons activate dangling Si-H bonds, leading to the formation of interface traps. The device's threshold voltage shifts due to trapped charges in the gate oxide and charges resulting from Si/SiO2 interface traps. In this thesis, a model of ionizing radiation effects on the generation of interface traps and their energy state density is developed, modeled nonlinearly across the energy band. The modeling incorporates the DCIV technique to determine the energy state density of interface traps and accounts for quantum tunneling and thermal emission effects, which reduce protons near the interface before they chemically react with Si-H bonds, thereby improving model accuracy. Additionally, considering the mechanism of trap-assisted tunneling enhances the model's precision at higher radiation doses. The model achieves an R² of 0.9993, and normalized root mean square error (N-RMSE) of 0.0095 and normalized mean absolute error (N-MAE) of 0.0085 compared to measurements obtained from the IRF620 transistor under irradiation with total ionizing doses (TID) up to 7.8 Mrad (SiO2) by a Cobalt-60 source. Moreover, the model demonstrates an 80.86% and 79.58% improvement in reducing RMSE and MAE, respectively, compared to a previous model with the same measured data. To compensate for threshold voltage shifts, a self-regulating circuit utilizing a body-bias technique for NMOS and PMOS transistors is proposed, which successfully compensates for over 97% of the errors induced by these changes in 0.18 µm CMOS technology. Additionally, simulation software was designed, and a library for this technology was developed.
  • كليدواژه هاي فارسي
    تابش يونيزان , تله‌هاي رابط , فن‌آوري CMOS , تونل‌زني كوانتومي , باياس بدنه
  • كليدواژه هاي لاتين
    Ionizing Radiation , Interface Traps , CMOS Technology , Quantum Tunneling , Body Bias
  • Author
    Ali Khoshnoud
  • SuperVisor
    Dr. Javad Yavandhasani