Analysis of total ionizing dose effects in CMOS analog circuits

Este trabalho apresenta um estudo sobre o comportamento de circuitos analógicos CMOS quando sujeitos aos efeitos de dose total ionizante. Os efeitos de dose total são resultado da interação entre a radiação ionizante e as camadas dielétricas dos dispositivos semicondutores, provocando o acúmulo de cargas nestas estruturas e a degradação dos parâmetros elétricos dos dispositivos. Com o objetivo de mensurar estes efeitos em circuitos analógicos CMOS, realizou-se um ensaio de irradiação, submetendo-os à incidência de radiação ionizante – proveniente de uma fonte 60Co – até a acumulação de 490 krad de dose. Como objeto de estudo, foram utilizadas sete referências de tensão, um regulador de tensão e uma fonte de corrente, fabricados em tecnologia CMOS de 130 nm (IBM CM8RF). Os resultados obtidos demonstram a degradação do desempenho destes circuitos em virtude dos efeitos de dose total, apontando também, diferentes níveis de sensibilidade entre as topologias utilizadas. Tais resultados obtidos podem ser utilizados para o estudo de técnicas de tolerância aos efeitos de dose total para as diferentes topologias analisadas.This work presents a study on the behavior of CMOS analog circuits when subjected to total ionizing dose effects. The effects of total dose are the result of interaction between the ionizing radiation and the dielectric layers of semiconductor devices, causing charge buildup in these structures and affecting electrical parameters of the devices. In order to measure these effects in CMOS analog circuits, an irradiation test was performed, subjecting these circuits to the incidence of ionizing radiation – from a 60Co source – up to 490 krad of dose. Several circuits were employed as object of this study, including seven voltage references, one voltage regulator, and one current source, all fabricated in a CMOS 130 nm technology (IBM CM8RF). The obtained results demonstrated a performance degradation of these circuits due to total dose effects, showing different levels of sensitivity for the employed topologies. These results can be used for the research on tolerance techniques for total dose effects in the different topologies analyzed