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电路级栅氧短路故障的动态电流测试分析

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第39卷 第1期 电 子 科 技 大 学 学 报 V ol.39 No.12010年1月 Journalof University of Electronic Science and Technology of China Jan. 2010 ·自动化技术·电路级栅氧短路故障的动态电流测试分析姜书艳1，罗 毅1，罗 刚2，谢永乐1(1. 电子科技大学自动化工程学院 成都 610054; 2. 成都电子机械高等专科学校机械工程系 成都 610031)【摘要】栅氧短路故障对于集成电路的稳定性有着重要的影响，故障行为会在不产生逻辑错误的情况下导致参数失效。

该文使用了一种电路级的故障模型模拟栅氧短路故障，研究了栅氧缺陷对与非门电路的影响，选取了适合于电流测试的测试矢量，对未发生逻辑错误的故障电路的动态电流进行分析。

在实验中采用了TSMC 0.18 μm CMOS 工艺，仿真结果显示通过分析电源通路上的动态电流可以检测有潜隐性故障的器件。

与电压测试方法相比，动态电流测试能更好地对栅氧短路缺陷进行诊断。

关 键 词 故障模型; 缺陷测试; 动态电流测试; 故障模拟中图分类号 TM93 文献标识码 A doi:10.3969/j.issn.1001-0548.2010.01.015Analysis of Dynamic Supply Current Testingfor Gate Oxide Shorts Circuit LevelJIANG Shu-yan 1, LUO Yi 1, LUO Gang 2, and XIE Yong-le 1(1. School of Automation Engineering, University of Electronic Science and Technology of China Chengdu 610054;2. Department of Mechanical Engineering, Chengdu Electromechanical College Chengdu 610031)Abstract Gate oxide short is one of the key issue to the reliability of integrated circuit (IC), it can result in parametric failure without any logic error. In this paper, the behavior of a CMOS NAND gate with this gate oxide shorts is investigated base on dynamic supply current (IDDT) testing in circuit level. Some appropriate test patterns are selected to simulate and analyze the dynamic supply current of the gate oxide short circuit in TSMC 0.18 μm technology without any logic fault. The simulate results demonstrate that it is possible to detect the defective devices by analyzing the IDDT on the power supply path. Compared with the voltage test, IDDT testing can detect the gate oxide shorts more effectively.Key words defect model; fault detection; IDDT testing; defect simulation收稿日期： 2008 − 07 − 08；修回日期：2009 −10 − 07基金项目：国家自然科学基金(60971036)；国家863项目(2008AA01Z104)作者简介：姜书艳(1969 − )，女，副教授，主要从事超大规模集成电路(VLSI)测试、电子系统的故障诊断与预测、可信电子系统等方面的研究.在集成电路制造过程中会产生栅极氧化层缺陷，这种缺陷对电路的集成度和稳定性有着很重要的影响。

栅氧击穿会导致电路在功能和参数上的失效，产生延迟效应，影响电路的动态特性。

栅氧故障很难在电路中传播，因此通过功能测试将故障检测出来很困难。

而基于电流的测试不需要将故障效应传播到一个观测点，只需依据故障模型进行故障模拟，然后测量由供电电源供给的电流。

对于故障效应的观测就是对电流的度量，因此很适合检测栅氧故障。

本文应用电流测试的方法检测栅氧的击穿故障，以求发现将会最终导致严重栅氧故障的缺陷电路。

栅氧击穿可以分为三个阶段：缺陷生成、软击穿(soft breakdown, SBD)和硬击穿(hard breakdown, HBD)。

硬击穿电流的增长基本上与时间成指数关系，同时也与施加的瞬间电应力成指数关系。

在相同的电应力下，栅氧厚度越小将越快地历经这三个阶段，最终导致硬击穿，即栅氧短路。

在缺陷生成期，栅极电流I g 很小，在这个阶段存在缺陷的晶体管不会影响电路的正常工作。

处于软击穿阶段时，存在从栅极到沟道的渗透通道。

当栅极电流I g 增大到不再低于10 μA 时，就进入了硬击穿阶段。

文献[1]研究的数据表明，典型的软击穿状态存在的时间大约不大于40 000 s 。

1 故障模型文献[2]对于栅氧击穿的测试数据表明，在反相器中，存在栅氧缺陷的NMOS 将在输出产生弱的低电 子 科 技 大 学 学 报 第39卷62电平，存在栅氧缺陷的PMOS 将在输出产生弱的高电平。

等价的电路故障模型取决于晶体管的类型，栅不再与沟道隔离，最终短路。

文献[3]对栅氧短路故障进行研究，提出了晶体管栅氧短路即硬击穿阶段的故障模型，以及用于静态电流测试的测试矢量。

文献[4]提出了非线性的栅氧短路模型。

最近文献[5]提出了新的栅氧缺陷的电路故障模型，如图1所示。

GG图1 栅氧缺陷的电路故障模型该模型的优点在于能更好地描述栅氧缺陷的演变过程，较好地模拟了软击穿过程中元件的特性。

检测处于软击穿阶段的元件有助于发现潜在的栅氧缺陷。

2 实 验本文对与非门电路中存在的软击穿缺陷进行了分析，实验电路图如图2所示。

图中，A 、B 为输入信号，分别经过两个非门后作为与非门的输入，与非门的输出再经过两个非门后输出。

BAV cc图2 仿真实验电路图图2中的与非门中存在栅氧短路产生的漏电流，在栅极和漏极间、栅极和源极间形成了压控电流源，同时在源极和漏极间也存在压控电流源。

测试矢量选择方法：对认为可能存在缺陷的元件建立一条或多条从电源到地之间低阻抗的路径。

假设M 1～M 4中只有一个存在缺陷，该元件的工作状态处于软击穿阶段。

在输入端施加“11”到“01”的激励，这样M 2的状态将不发生改变，可排除M 2对电路的影响。

M 1由截止状态变为导通状态。

电路在达到稳态前形成从电源到M 1到M 5的对地通道，电源通过该路径对与非门的负载进行充电，使与非门的输出由低电平转变到高电平。

在这个过程中，假设M 1存在缺陷，则会增加一个从电源经M 1至M 7到地的路径，对瞬态电流产生影响。

可以通过对该电流的特征分析，判断M 1处于何种状态和是否存在缺陷。

在输入端施加“01”到“11”的激励，则M 1由导通状态变为截止状态，M 3由截止状态变为导通状态。

电路在达到稳态前形成从与非门负载到M 3到M4的对地通道，负载通过这个路径对进行放电，使与非门的输出由高电平转变到低电平。

在这个过程中，假设M 3存在缺陷，则会增加一个M6经M 3至M 4到地的路径，对瞬态电流产生影响。

可以通过对该电流的特征分析，判断M 3处于何种状态和是否存在缺陷。

类似地，在输入端施加“11”到“10”的激励和“10”到“11”的激励，可分别检测M 2和M 4。

图3所示为存在缺陷的元件原理图。

I g DS图3 存在缺陷的元件原理图在本文实验中，使用HSPICE 对电路进行模拟，电路元件采用MOSIS 提供的TSMC 0.18 μm CMOS 工艺参数[6]和HSPICE Level 49 VERSION 3.1模型参数。

正常电路的输入和输出波形如图4所示。

输入A输入B输出U /VU /VU /V1.51.00.52468t /ns24682468t /nst /ns2101.51.00.50图4 正常电路的输入输出波形图在输入端施加“11”到“01”的激励时得到的M 1动态电流波形如图5所示。

第1期 姜书艳 等: 电路级栅氧短路故障的动态电流测试分析 634.0t /ns4.2 4.4BD2BD1缺陷0 −200−400 −600−800I /μA图5 M 1存在缺陷时的瞬态电流波形图图中实线为无缺陷电路的电源电流，BD1、BD2为存在不同程度缺陷的电路的电源电流。

图中4种情况电路的逻辑功能均正常。

在输入端施加“01”到“11”的激励时得到的M 3动态电流波形如图6所示。

t /nsBD2BD1缺陷I /μA6.2 6.4−500图6 M 3存在缺陷时的瞬态电流波形图图中实线为无缺陷电路的电源电流，BD1、BD2为存在不同程度缺陷的电路的电源电流。

图中4种情况电路的逻辑功能均正常。

根据图5得到的M 1 PMOS 栅氧故障对电路的影响如表1所示。

根据图6得到的M 3 NMOS 栅氧故障对电路的影响如表2所示。

存在缺陷的电路不会引起逻辑错误，但表现在供电端出现异常的瞬态信号。

电源的瞬态电流信号反映了元件对于输入矢量变换的响应[7-9]。

产生缺陷导致瞬态电流的波形失真，波形的宽度含有电路传播延迟的特征。

所以动态电流测试兼具静态电流测试和延迟测试的优点[10]。

以表2为例，假设M 3存在栅氧缺陷。

在输入端施加(01, 11)的测试矢量，在“缺陷(fault free)”状态设定的参数下可以认为M 3不存在栅氧缺陷。

改变二极管饱和电流的值和电阻的值使M 3处于“BD1”、“BD2”状态。

此时M 3处于软击穿阶段，电路的输出产生了延迟，但没有影响电路的逻辑功能。

当故障在M 5之后的电路中传播时，将使M 3产生的弱的低电平变为强的低电平，在输出端观测延迟不明显，不容易判断是否存在故障。

在“BD2”状态下，从表1中可以看到，存在缺陷的电路中的瞬态电流上升沿对于正常电路有80 ps的延迟，峰值达到了−795 μA ，与正常电路有较大的差异。

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一份MOS型晶体管栅氧短路缺陷的详细分析：在电路级的测试意义

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一份MOS 型晶体管栅氧短路缺陷的详细分析：在电路级的测试意义概述研究CMOS 电路中栅氧短路缺陷的性质在于识别决定一个有缺陷器件的行为的最为相关的系数。

缺陷的电学模型是在与实验对比中发展起来的。

根据其位置与晶体管类型，栅氧短路的有电阻，二极管，寄生金属氧化物半导体场效应晶体管或者寄生双极结型晶体管。

我们也研究在电路级检测栅氧短路的必要条件，为一种高效的自动测试向量生成的方法提供依据。

1 引言栅氧化层特性的表征是监控任何CMOS 工艺的质量和可靠性的一个关键因素。

虽然不同的技术已经发展到准确地确定其电气性能，并预测其寿命，但对表征栅氧化层击穿后的MOS 器件的行为给予了较少的关注。

高效率的测试技术的开发，在检测电路级栅氧短路缺陷，需要在器件级对栅氧短路缺陷引起的物理性质的准确认识。

为了推导出将在CAD 环境中使用的高效电学模型及提高对GOS 检测的覆盖面，这种分析是需要的。

本作提供了有GOS 缺陷的MOS 型晶体管的的新的实验数据，并将它与以前公布的数据进行了比较。

为确定最相关的参数给出了缺陷引起的设备的行为的一种解释。

发展了一种电学模型并与实验结果进行比较。

分析保证对缺陷的检测的条件也考虑到了在电路级的测试要求。

2 器件级分析Hawkins and Soden 表明，有栅氧短路缺陷的MOS 晶体管的行为取决于缺陷的所在位置和晶体管的类型。

栅到漏/源的可被建模成涉及到的终端之间的外部连接。

该缺陷根据短路端子的相对掺杂可以被建模为一个具有电流/电压特点的连接。

如果这两端是相同类型的掺杂的，节是欧姆的，但是当掺杂是相反则成整顿的特性。

当缺陷在栅极与衬底之间出现时，MOSFET 的结构发生变化。

这种器件的特点是众所周知的，但没有得到很好的理解.在这篇论文中，我们的焦点在于这些情况。

我们的测量是通过两组不同的设备获得的。

一组晶体管受到电压压力支配，直到栅氧化层破裂发生。

这些器件对应于“真实”的缺陷，并将被称为压力诱发缺陷的器件（SIDD ）。

初中物理电路故障及动态电路分析解题技巧和经典题型(含详细答案)

初中物理电路故障及动态电路分析解题技巧和经典题型(含详细答案)

初中物理电路故障及动态电路分析解题技巧和经典题型(含详细答案)初中物理电路故障及动态电路分析1、先根据题给条件确定故障是断路还是短路：两灯串联时，如果只有一个灯不亮，则此灯一定是短路了，如果两灯都不亮，则电路一定是断路了；两灯并联，如果只有一灯不亮，则一定是这条支路断路，如果两灯都不亮，则一定是干路断路。

在并联电路中，故障不能是短路，因为如果短路，则电源会烧坏。

2、根据第一步再判断哪部分断路或短路。

例1：L1与L2串联在电路中，电压表测L2两端电压，开关闭合后，发现两灯都不亮，电压表有示数，则故障原因是什么？解：你先画一个电路图：两灯都不亮，则一定是断路。

电压表有示数，说明电压表两个接线柱跟电源两极相连接，这部分导线没断，那么只有L1断路了。

例2、L1与L2串联，电压表V1测L1电压，V2，V2示数很大，则L1短路而L2正常；B、若V1=0而V2示数很大，说明L2都断路。

测L2电压。

闭合开关后，两灯都不亮。

则下列说法正确的是：A、若V1=0 解：可能你会错选A。

其实答案为B。

首先根据题给条件：两灯都不亮，则电路是断路，A肯定不正确。

当L2断路时，此时V2相当于连接到了电源两极上，它测量的是电源电压，因此示数很大。

而此时L1由于测有电流通过，因此两端没有电压，因此V1的示数为零。

首先要分析串并联，这个一般的比较简单，一条通路串联，多条并联。

如果碰上了电压表电流表就把电压表当开路，电流表当导线。

这个是例１：在图２（甲）所示电路中，三盏灯是如何连接的，开关闭合后，电流表测量的是哪部分的电流？做法：先标出电源的正负极，再沿着从正极到负极的方向，用自己习惯的方法（箭头、粗细线、彩线），描绘各处的电流走向，标在电路图上，如图２（乙）。

分析：从图２（乙）中可以看出，点ａ是最初的电流分支点，点ｂ是最后的电流会合点。

电流共有三条路径，分别通过三盏灯，所以三盏灯是并联的。

通过电流表的电流只通过灯Ｌ1，所以电流表测量的是通过灯Ｌ1的电流。

电路测试分析知识点总结

电路测试分析知识点总结

电路测试分析知识点总结一、电路测试的基本原理1. 电路测试的基本原理电路测试的基本原理是通过测试仪器对电路进行各种参数的测量，如电压、电流、阻抗等，从而了解电路的性能。

电路测试的核心是基于电路的基本特性和理论来进行的，如欧姆定律、基尔霍夫定律、戴维南定律等。

通过对这些基本定律的理解和运用，可以帮助工程师准确地进行电路测试分析。

2. 电路测试的准确性和可靠性电路测试的准确性和可靠性是电子工程中一个非常重要的问题。

在电路测试中，测试仪器的准确性和稳定性对测试结果有着直接的影响。

因此，在进行电路测试之前，工程师需要对测试仪器进行校准和检验，确保测试结果的准确性和可靠性。

3. 电路测试的安全性在进行电路测试时，工程师需要注意电路测试的安全性。

在测试过程中，可能会涉及到高压、高温等危险因素，因此需要采取相应的安全措施，如戴绝缘手套、使用绝缘测试仪器等，确保测试过程的安全。

二、电路测试的方法1. 电路测试的常用仪器电路测试的常用仪器有万用表、示波器、信号发生器、逻辑分析仪等。

这些仪器可以帮助工程师对电路的各种参数进行测量和测试，从而了解电路的性能。

在进行电路测试时，工程师需要选择适当的测试仪器来进行测试分析，确保测试的准确性和可靠性。

2. 电路测试的应用范围电路测试的应用范围非常广泛，涉及到电子产品的各个方面。

在电子产品的开发和制造过程中，需要对电路进行各种参数的测试和分析，以确保产品的性能和稳定性。

因此，电路测试的应用范围涵盖了电子工程的各个领域，如通信、嵌入式系统、自动化控制等。

3. 电路测试的方法电路测试的方法包括静态测试和动态测试。

静态测试是指对电路的稳态特性进行测试，如电压、电流、阻抗等的测量；动态测试是指对电路的动态特性进行测试，如信号的频率、相位、时间等的测量。

在进行电路测试时，工程师需要根据测试的需要选择适当的测试方法，确保测试的有效性和实用性。

三、电路测试的常见故障分析1. 电路测试的常见故障在进行电路测试时，可能会遇到各种故障问题，如断路、短路、失控等。

高中物理必修三 新教材学习笔记 第12章 专题强化9 闭合电路的动态分析 含有电容器的电路 故障分析

高中物理必修三 新教材学习笔记 第12章 专题强化9 闭合电路的动态分析 含有电容器的电路 故障分析

专题强化9闭合电路的动态分析含有电容器的电路故障分析[学习目标] 1.会应用闭合电路的欧姆定律分析闭合电路的动态问题(重难点)。

2.会分析含有电容器的电路问题(重难点)。

3.会结合闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律分析电路故障(难点)。

一、闭合电路的动态分析在如图所示的电路中，当滑动变阻器的滑片P向右滑动时，回路的总电流、路端电压如何变化？通过R1、R2和滑动变阻器的电流如何变化，它们两端的电压如何变化？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________闭合电路动态问题的分析方法1．程序法：遵循“局部—整体—局部”的思路，按以下步骤分析(如图)：2．结论法——“串反并同”“串反”：是指某一电阻增大时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小；某一电阻减小时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大。

“并同”：是指某一电阻增大时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大；某一电阻减小时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小。

3．极限法因滑动变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将滑动变阻器的滑片分别滑至两个极端，使其电阻最大或电阻为零，画等效电路图分析各电学量的变化情况。

例1如图所示电路中，当开关S闭合，滑动变阻器的滑片P从a端向b端滑动时，以下判断正确的是( )A ．电压表示数变大，通过灯L 1的电流变大，灯L 2变亮B ．电压表示数变小，通过灯L 1的电流变小，灯L 2变暗C ．电压表示数变大，通过灯L 2的电流变小，灯L 1变亮D ．电压表示数变小，通过灯L 2的电流变大，灯L 1变暗针对训练1 如图所示，E 为内阻不能忽略的电源，R 1、R 2、R 3为定值电阻，S 0、S 为开关，与分别为理想电压表与电流表。