花修春，李小进，石艳玲

（华东师范大学信息科学技术学院，上海200241）

NBTI机制下运算放大器的性能退化分析及其可靠性设计*

花修春，李小进*，石艳玲

（华东师范大学信息科学技术学院，上海200241）

随着CMOS器件尺寸的不断缩小，集成电路设计阶段的可靠性问题变得愈加重要，NBTI效应作为重要的可靠性问题之一得到了大量的研究，并从电路级对其提出了改进。采用等效电路模型表征NBTI退化对模拟电路的影响，研究了两级运算放大器在NBTI效应影响下电路参数的退化，分析并确定了影响传统两级运算放大器性能的关键器件。在此基础上，对传统运放结构进行改进，引入反馈，使-3 dB带宽的退化量由27%降到了1%左右，从而减小NBTI退化对电路性能的影响。

模拟电路；可靠性；SPICE仿真；NBTI效应；可靠性设计

自摩尔定律诞生以来，半导体技术已经按照该规律发展了半个世纪。2013年国际半导体技术发展指导委员会（ITRS）预测，到2017年，器件特征尺寸将达到7 nm［1］。集成电路可靠性依赖于晶体管的工艺参数和工作条件，随着器件尺寸的缩小，电路集成度不断提高，沿MOSFET沟道与穿越沟道方向的电场强度不断增加，最终导致器件与电路性能参数随时间不断退化。该退化的引入机制之一为热载流子效应（HCI），主要表现为载流子有效迁移率μeff的降低；在P-MOSFET中称为负偏压温度不稳定性（NBTI），主要表现为阈值电压绝对值|ΔVth|的增加［2］，以及迁移率、漏电流和跨导的退化［3］。

NBTI效应发生于对P-MOSFET栅极施加负偏压条件下，该效应早在1966年由Yoshio Miura与Yasuo Matukura等人［4］提出。……