title: Analysis of radiation effects in CMOS technology at high Total Ionizing Dose (TID)
title: Ανάλυση της επίδρασης ακτινοβολίας σε τεχνολογία CMOS σε υψηλού επιπέδου συνολική ιονίζουσα δόση  (TID)
Creators: name: Ζωγραφος Αποστολος
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2017

description: In the last decade a number of applications in environments with high ionizing radiation have been developed worldwide. Applications span medical technology equipment to space applications and high energy physics experiments such as the Large Hadron Collider (LHC). These have brought many significant scientific achievements that can impact the evolution of mankind. To enable further
development, the optimization of electronics in these applications is of great importance.
It could be said that this constitutes the springboard of many studies and experiments about high ionizing radiation impact in CMOS technology, which is prevalent in electronic circuit design.
This thesis, which attempts to contribute to this field, is related to research by CERN, the European organization of Nuclear Research. It is based on experimental data acquired at CERN, comprising measured electrical characteristics of MOSFETs exposed to X-rays up to very high Total Ionizing Dose (TID). Specific methods for the extraction of electrical parameters of different transistor geometries and under increasing levels of TID have been implemented. These parameters are important for both digital and analog integrated circuit design. A simple modelling approach is proposed to evaluate the high dose effects for different geometries and levels of TID. Evaluations show different impact of high TID on nMOS and pMOS devices. This research provides new insight into geometry-related TID effects in the examined CMOS technology, and the developed models and parameters are shown to be suitable for estimating geometry-dependent TID effects.
description: Την τελευταία δεκαετία, έχουν αναπτυχθεί παγκοσμίως ένα πλήθος από εφαρμογές που λειτουργούν σε συνθήκες υψηλού επιπέδου ιονίζουζας ακτινοβολίας. Οι περιοχές εφαρμογών εκτείνονται από βιοϊατρικό εξοπλισμό μέχρι διαστημικές εφαρμογές και πειράματα φυσικής υψηλής ενέργειας, όπως ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (Large Hadron Collider - LHC). Αυτές οι εφαρμογές έχουν επιφέρει πολλά επιστημονικά επιτεύγματα, τα οποία μπορούν να έχουν ση-
μαντικές επιπτώσεις στην εξέλιξη της ανθρωπότητας. Για την επιδίωξη περεταίρω ανάπτυξης αυτών καθώς και καινούριων εφαρμογών, η βελτίωση των ηλεκτρονικών σε τέτοιες συνθήκες είναι μείζονος σημασίας.
Το παραπάνω αποτελεί το εφαλτήριο πολλών ερευνών και πειραμάτων σχετικά με την επίδραση υψηλής ιονίζουσας ακτινοβολίας σε τεχνολογία CMOS, η οποία είναι η κυρίαρχη στη σχεδίαση ηλεκτρονικών κυκλωμάτων.
Η παρούσα διπλωματική, η οποία επιδιώκει να συμβάλει σε αυτό το πεδίο, χετίζεται με την έρευνα του CERN, τον Ευρωπαϊκό Οργανισμού Πυρηνικών Ερευνών. Βασίζεται σε δεδομένα που προκύπτουν από πειράματα που διεξάγονται στο CERN, τα οποία περιλαμβάνουν μετρήσεις ηλεκτρικών χαρακτηριστικών MOSFET, τα οποία εκτίθενται σε ακτίνες Χ (X rays) σε πολύ υψηλή συνολική ιονίζουσα δόση (Total Ionizing Dose - TID). Υλοποιούνται συγκεκριμένες μέθοδοι για την εξαγωγή ηλεκτρικών παραμέτρων τρανζίστορ διαφορετικών γεωμετριών και κάτω από την επίδραση αυξανόμενων επιπέδων συνολικής ιονίζουσας δόσης. Οι εξεταζόμενοι παράμετροι είναι σημαντικοί για ψηφιακή καθώς και αναλογική σχεδίαση ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Μία προσέγγιση με απλό μοντέλο προτείνεται για την εκτίμηση των επιπτώσεων της υψηλής ακτινοβολίας σε συνάρτηση με την γεωμετρία και το επίπεδο TID. Οι εκτιμήσεις δείχνουν διαφορετική επίδραση της υψηλής ακτινοβολίας σε τρανζίστορ τύπου nMOS και pMOS. Αυτή η έρευνα προ-
σφέρει καινούρια στοιχεία σχετικά την επίδραση της ακτινοβολίας στην εξέταση διαφορετικών γεωμετριών της εν λόγω τεχνολογίας. Τα μοντέλα και οι παράμετροί τους αποτιμούνται χρήσιμα στην εκτίμηση της ιονίζουσας ακτινοβολίας σε διαφορετικές γεωμετρίες και επίπεδα TID.