数字集成电路中的老化预测传感器设计与研究

发布时间：2020-05-28 09:36

【摘要】：随着半导体制造工艺进入纳米级,集成电路的集成度与性能随之不断提升,由此引起的电路可靠性问题变得越来越严重,而老化效应是影响电路可靠性的重要原因之一,特别是针对负偏置温度不稳定性效应造成的电路老化失效。首先,论文介绍了电路老化预测的研究意义和背景,包括集成电路的发展历程和老化对电路可靠性的影响,以及国内外研究现状。另外详细分析了电路老化产生的物理机制,并介绍了老化检测和老化预测这两种老化防护措施的基本原理。然后分别介绍了三种经典的老化预测传感器,并对它们所实现的功能进行了详细的分析,同时也指出了每种传感器的不足之处。其次,为解决以往传感器功能比较单一等缺点,论文提出了一种抗老化消除浮空点并自锁存的老化预测传感器,其中延迟单元部分可编程且自身抗老化,稳定性检测器部分自锁存的同时又能够解决浮空点问题。该结构在保证能够进行老化预测的前提下,相比其它老化预测传感器功能更丰富,具有一定的优越性。另外,鉴于大多数的稳定性检测器结构不具备抵抗软错误的能力,对此论文还提出了一种低开销容软错误的稳定性检测器结构,一般的稳定性检测器结构以或非门作为输出部分,而本文提出采用C单元来代替或非门结构。其优点在于:在不影响检测器结构正常使用的情况下,能够对检测器中的关键节点进行防护,防止其发生软错误,进而提升了老化预测的精确性;并且整个结构仅用了很少的PMOS晶体管,大大的降低了其面积开销。最后,论文运用仿真工具对提出的两种结构进行仿真,实验结果验证了这两种结构都具有老化预测的功能,且第二种结构在一定程度上具有抵抗软错误的能力。同时分别将两种结构的面积和功耗开销与其它文献结构进行比较发现:本文提出的老化预测传感器结构面积开销相比经典ARSC结构降低了约21.43%;提出的容软错误稳定性检测器结构面积开销相比自锁存稳定性检测器结构降低了约31.6%;且这两种结构的功耗开销相比其它结构更低。
【图文】：

发展趋势,工艺节点,工艺尺寸,纳米级

图 1-1 集成电路晶体管数目的发展趋势Figure 1-1 The trend of the number of IC transistors图 1-2 集成电路晶体管工艺尺寸发展Figure 1-2 IC transistor process size development发展到纳米级，既提高了电路的性能，也降低了它业有了更近一步的发展，，但同时，随着其工艺节点

工艺尺寸,工艺节点,热载流子注入,集成电路设计

2Figure 1-2 IC transistor process size development发展到纳米级，既提高了电路的性能，也降低了它业有了更近一步的发展，但同时，随着其工艺节点引起了新的甚至更多的电路安全问题，集成电路可。工艺尺寸的不断缩减，除了给集成电路设计和制的是导致许多电路老化的负面机制产生，如：负偏 Temperature Instability, NBTI)[3][4]、热载流子注入
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN402;TP212

【参考文献】