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拓扑与电路 ★ 5.0

CMOS反相器在红外激光脉冲下瞬态电流的理论模型及其在FDSOI技术中导致位翻转的研究

Theoretical Model of Transient Current in CMOS Inverter Under IR Laser Pulse Responsible of Bitflip in FDSOI Technology

作者 L. Pichon · L. Le Brizoual · H. Djeha · E. Ferrucho Alvarez · L. Claudepierre · J. L. Autran
期刊 IEEE Transactions on Electron Devices
出版日期 2025年2月
技术分类 拓扑与电路
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 MOS晶体管 激光瞬态光电流 理论模型 故障注入 FDSOI技术
语言:

中文摘要

提出了一种激光照射下MOS晶体管中感应瞬态光电流的理论模型,用于预估引发位翻转所需激光的入射功率面密度。该模型基于激光与半导体材料(硅)相互作用的物理效应,考虑了激光特性、硅的物理性质以及几何和工艺参数。结果凸显了体积效应,较厚的有源层会产生更多的电子 - 空穴对,从而使光电流水平更高,这使得这些结构对脉冲红外激光的故障注入更为敏感,特别是对于传统体CMOS技术和基于鳍式场效应晶体管(FINFET)的全耗尽绝缘体上硅(FDSOI)技术而言。这个理论模型与基于光电晶体管的电气模型相结合,是一种很好的预测工具,可作为技术计算机辅助设计(TCAD)模拟的补充,用于先进FDSOI硅技术的脆弱性分析研究,并能够对与该技术相关的物理现象进行参数分析,以便为复杂电子系统的激光故障注入脆弱性实验研究做好准备。

English Abstract

A theoretical model of the induced transient photocurrent in MOS transistor under laser illumination is proposed to predict an estimation of the incident power surface density of the laser required to create a bitflip. This model based on the physical effect of the laser interaction with the semiconductor material (silicon) takes into account the laser characteristics, the physical properties of the silicon, and the geometrical and technological parameters. The results highlight the volume effects, with a higher photocurrent level due to a higher total electron/hole pair generation for a thicker active layer, making the structures more sensitive to fault injection by pulsed IR laser, particularly for conventional bulk CMOS technologies and for FDSOI technologies based on FINFETs. This theoretical model combined with electrical model based on phototransistor is a good predictive tool in complements with TCAD simulations for studies of vulnerability analysis in advanced FDSOI silicon technologies and enables parametric analysis of physical phenomena related to the technology, in order to anticipate experimental studies of the vulnerability by laser fault injection of complex electronic systems.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这篇关于CMOS逆变器在红外激光脉冲下瞬态电流理论模型的研究,对我们的光伏逆变器和储能系统的功率半导体安全性具有重要警示意义。

该研究揭示了激光诱导光电流可能导致FDSOI技术中的位翻转现象,这直接关系到我们产品中功率控制芯片的可靠性。研究发现,较厚有源层会产生更高的光电流水平,使传统体硅CMOS和基于FinFET的FDSOI技术对激光故障注入更为敏感。对于阳光电源而言,这意味着我们在选择逆变器和储能变流器的控制芯片时,需要重新评估不同半导体工艺的抗干扰能力,特别是在大型光伏电站和储能电站等强电磁环境下的应用场景。

该理论模型的预测工具属性为我们提供了技术机遇:一方面,可以在产品设计阶段提前进行脆弱性分析,通过TCAD仿真优化芯片选型和电路防护设计,降低因光电效应引起的误触发风险;另一方面,这为开发更高可靠性的功率电子系统提供了理论依据,有助于提升产品在极端工况下的稳定性。

然而,技术挑战在于该研究尚处于理论建模阶段,从学术模型到工程应用仍有距离。阳光电源需要关注的是如何将这些理论成果转化为实际的抗干扰设计规范,并在芯片封装、PCB布局和系统级防护等多层面建立综合防护体系。特别是随着我们向1500V高压系统和大功率储能领域拓展,半导体器件的光电敏感性问题将更加凸显,需要前瞻性地布局相关防护技术研究。