高可靠反熔丝PROM的设计及器件辐照性能研究

发布时间：2020-11-16 23:50

　　 随着人类空间探索能力的不断发展,各种卫星、空间站、探测器越来越多的活动在广袤的宇宙空间中。各种人造卫星等设备的工作离不开集成电路的作用,存储器作为集成电路中的一种重要类型,广泛的应用在这些宇宙空间中的飞行器上。然而集成的电路会受到宇宙辐射的影响产生一系列辐射效应,使得集成电路的功能受到影响甚至失效。反熔丝PROM存储器是一种具有抗辐照能力的存储器,本文中设计的MTM型反熔丝PROM具有制作工艺与CMOS工艺兼容性好、可靠性高、具有抗辐照能力的特点。本文首先分析了反熔丝存储单元的类型并选择了MTM型反熔丝存储介质,并基于MTM型反熔丝设计了具有两个2T1C结构的存储单元。本文还设计并分析了反熔丝PROM的两个基本系统读取系统与编程系统中各个模块的电路原理以及工作过程,以确保电路功能的实现。对于PROM全电路及版图的功能进行了仿真,通过设置不同工艺角、温度、电源电压的仿真条件,验证了设计的电路和版图在芯片设计的工作条件范围内能够正确地实现功能。并通过仿真获得了电路的读取电阻阈值、读取时间、电荷泵电压上升时间等一系列电路参数,为后续测试做准备。本文还设计流片了耐压能力不同的环栅与直栅NMOS器件以及模块电路,并进行了测试。测试了环栅器件的性能与并与电路仿真模型进行了对比,获得了自定义器件的测试数据。测试了这些器件的耐压能力并对击穿电压进行了统计和分析。测试了模块电路的功能,并与仿真数据进行对比,验证了电路设计的合理性。对PROM中使用的抗辐照加固的方法进行了研究。对前期流片的器件进行了总剂量辐射实验,通过对比分析实验数据,定量研究了PROM中用到的环栅器件的抗总剂量效应性能。并进一步采用中带电压法对设计中用到的高压器件和低压器件的辐照效应进行了分析,并使用Sentaurus对实验数据进行了辅助分析。对高压器件和低压器件总剂量效应的差异进行了对比,并给出了产生这种差异的一种可能原因。本文对PROM的设计工作进行了全面介绍,介绍了PROM的设计原理,对PROM中使用的器件进行了前期流片,并进行了测试以及辐照实验评估,为后续PROM的设计改进工作提供依据。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN791
【部分图文】：

图 2-2 256K bit 反熔丝 PROM 版图设计元的设计 的过程中，由于 PROM 对于抗辐照性能的要求分，存储单元本身的抗辐照能力就显得尤为重要、高可靠、保密性、百分之百可测性、体积小、速成为了设计具有抗辐照能力的 PROM 存储器时，较为成熟的反熔丝器件有 ONO(Oxide Nitride Oetal)型反熔丝以及栅氧化层型反熔丝。熔丝丝，存储单元三层结构为氧化物、氮化物、氧化 型反熔丝单元从上到下依次为 N+非晶硅极板、硅极板，构成一个多层结构。制造工艺中，在硅

、耦合电容等，并加入到电路网表中进行的仿真。版图设计完成之后，得艺层次表示的电路文件。随着集成电路尺寸不断减小，密度不断增大，各数，如寄生电阻、寄生电容、耦合电容对电路性能的影响越来越大。后仿近实际情况的仿真。相比较前仿真加入了寄生及耦合等物理信息，但使用一致的。.4 读出系统的仿真结果与分析确认仿真方案后，针对完成设计的 PROM 版图，使用芯片后端设计工具 C图的网表进行提取。由于 PROM 采用了具有抗总剂量辐射能力的环栅器分环栅结构如 H 型环栅 MOS 器件在自动提取参数时会出现沟道长度和不准确的情况，对此，还需要通过修改网表的方式使得相应的器件获得正宽参数。仿真使用 FineSimPro 进行，该工具基于 Fast-SPICE，在仿真具有大量重电路时速度较快。将网表文件，激励文件，寄生参数文件，输入仿真工具具便能够输出仿真结果。读出波形如图 3-4 所示。

电子科技大学硕士学位论文PROM 仿真时序分为两部分，前一部分为 PROM 编程系统的初始化时序 10v 电压后为编程时序，PROM 编程系统中电荷泵开始工作，将高压传上。.3 编程系统的仿真结果与分析将编程初始化时序以及编程电压以 SPICE 激励文件的形式输入到仿真软ROM 全版图网表进行仿真，仿真时长设置为 5.5μs，得到仿真结果如图 3由于全版图网表仿真耗时过长因此在后仿阶段仿真时长设置多为微秒量级作中烧录器设置的 PE 编程高压脉冲时长为 1ms。
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本文编号：2886808