章勇华,黄文华,李 平,杨志强,任伟涛,朱占平

(西北核技术研究所,西安 710024)

集成电路(integrated circuit,IC)广泛应用于各行业电子设备和信息化系统中,高功率微波(high power microwave,HPM)系统、电磁脉冲弹(electromagnetic pulse bomb,EMP Bomb)的近距离辐射及雷击等产生的强电磁脉冲可通过设备的“前门”和“后门”耦合进入IC内部,造成IC扰乱和毁伤。IC长期以摩尔定律速度朝高集成度和低功耗方向发展,意味着其特征尺寸和特征电压越来越小,也表明其更容易被高功率微波等强电磁脉冲扰乱和损伤。[1]

关于高功率微波对集成电路的损伤和破坏,有很多研究人员开展了相关工作,认为高功率微波主要损伤电路内部的半导体器件,损伤机理为热效应损伤。其中,以Wunsch等[2]工作最具代表性,他们对近80种Si二极管及双极性晶体管开展了实验研究和分析,得到了半导体损伤脉冲功率密度阈值随脉冲宽度的变化关系,即Wunsch-Bell半经验关系式。文献[3]进一步研究认为,基于热量沉积和扩散的等效热阻容电路的充放热过程,是半导体器件失效的脉冲宽度效应机理,也是造成HPM 翻转/扰乱脉冲宽度效应的主要原因。文献[4-5]通过仿真和实验研究了PIN 限幅器及低噪声放大器(low noise amplier,LNA)等半导体器件的HPM 损伤功率密度阈值随脉冲宽度的变化关系,研究结果与Wunsch-Bell半经验关系式符合较好。

上述研究都是从高功率微波热效应角度,研究给出半导体器件的损伤机理和脉冲宽度效应规律,认为热二次击穿和电流二次击穿是半导体PN 结的两种主要损伤模式[6-7]。本文对……