SRAM的单粒子瞬态效应仿真分析
发布时间：2021-01-19 23:18
随着集成电路制造技术的不断进步与航天事业的持续发展,单粒子效应对集成电路造成的影响愈发严重。由于SRAM具有集成度高、速度快等特点,被广泛应用在集成电路中,而SRAM的单粒子翻转效应是导致航天发生故障的主要原因之一。此外,单粒子效应实验具有机时紧张、排队难、费用高等问题,因此研究SRAM的单粒子效应仿真方法并采用仿真方法来指导实验具有重要意义。论文首先从器件层面研究了130nm工艺下不同LET的高能粒子入射半导体器件敏感区域后产生的瞬态电流。采用Cogenda公司的VisualTCAD工具构建器件三维模型,在敏感区域入射不同LET值的高能粒子,分别获得从0.4到100之间26个不同LET的瞬态电流源模型。论文采用扫描分析的方法,对SRAM的关键信号进行单粒子瞬态效应敏感性分析。根据SRAM的工作机理,提取SRAM中的关键信号并分析其容易受到单粒子瞬态效应影响的敏感位置。针对每一个关键信号,在其敏感位置采用扫描的方法注入不同LET所对应的电流源,仿真不同LET对应的电流源引起的电路响应,最终获得能导致电路发生故障的最小LET值。分析结果表明,列译码器与灵敏放大器模块中的关键信号对单粒子瞬...
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高能粒子入射电离示意图
9应、单粒子翻转效应、单粒子锁定效应与单粒子多位翻转效应更受学者的关注。图2.2 常见单粒子效应分类图当单个高能粒子入射到反偏的PN结后，电荷收集机制会产生一个瞬态电流脉冲，该瞬态脉冲沿着逻辑电路或者模拟电路传播，形成单粒子瞬态效应，如图 2.3 所示。当单粒子瞬态效应满足一定条件[13][15][16]时会导致电路发生故障：（1）高能粒子入射到电路敏感节点。（2）单粒子瞬态脉冲沿着组合电路传播并到达锁存器或者存储单元。（3）瞬态脉冲的电流强度足够改变存储单元的逻辑状态。（4）瞬态脉冲恰好出现在锁存器的敏感窗口。图2.3 单粒子瞬态脉冲产生与传播示意图在满足条件（1），（2）和（4）时，瞬态脉冲在电路传播中会由于掩蔽效应与展宽效应的原因导致脉冲发生缩减、变宽或被过滤的情形。掩蔽效应主要分为 3 种，分别为逻辑掩蔽、电气掩蔽与锁存窗口掩蔽。逻辑掩蔽是指当逻辑门的一个输入端固定为一逻辑值后，其输出值不受其他输入逻辑的变化而改变的情况下，当单粒子瞬态脉冲恰好出现其他不受影响的输入端时，瞬态脉冲被过滤掉的一种效应。电气掩蔽效应是指由于逻辑门的输入负载、输出负载等不同电气特性导致瞬态脉冲经过逻辑门后其脉冲宽度会变窄
（3）瞬态脉冲的电流强度足够改变存储单元的逻辑状态。（4）瞬态脉冲恰好出现在锁存器的敏感窗口。图2.3 单粒子瞬态脉冲产生与传播示意图在满足条件（1），（2）和（4）时，瞬态脉冲在电路传播中会由于掩蔽效应与展宽效应的原因导致脉冲发生缩减、变宽或被过滤的情形。掩蔽效应主要分为 3 种，分别为逻辑掩蔽、电气掩蔽与锁存窗口掩蔽。逻辑掩蔽是指当逻辑门的一个输入端固定为一逻辑值后，其输出值不受其他输入逻辑的变化而改变的情况下，当单粒子瞬态脉冲恰好出现其他不受影响的输入端时，瞬态脉冲被过滤掉的一种效应。电气掩蔽效应是指由于逻辑门的输入负载、输出负载等不同电气特性导致瞬态脉冲经过逻辑门后其脉冲宽度会变窄，经过多个这样的逻辑门后，脉冲可能被消除的效应。锁存窗口掩蔽是指瞬态脉冲传播到锁存器但不在锁存器的锁存窗口期，导致瞬态脉冲没有被锁存而是被过滤的效应。图 2.4 为三种掩蔽效应的原理图[42]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于TCAD的SRAM单粒子效应研究[J]. 逯中岳,周婉婷. 半导体光电. 2016(03)
[2]静态存储器中子单粒子翻转截面的预测模型[J]. 解磊,周婉婷. 太赫兹科学与电子信息学报. 2015(06)
[3]抗单粒子翻转效应的SRAM研究与设计[J]. 陈楠,魏廷存,魏晓敏,高武,郑然. 固体电子学研究与进展. 2013(05)
[4]宇航用SRAM存储器单粒子效应试验研究[J]. 曹晖,郑渊,刘伟鑫,吾勤之. 上海航天. 2013(03)
[5]90纳米CMOS双阱工艺下STI深度对电荷共享的影响[J]. 刘衡竹,刘凡宇,刘必慰,梁斌. 国防科技大学学报. 2011(02)
[6]90nm CMOS工艺下p+深阱掺杂浓度对电荷共享的影响[J]. 刘凡宇,刘衡竹,刘必慰,梁斌,陈建军. 物理学报. 2011(04)
[7]面向航天的SoC技术及其应用[J]. 周海洋,于立新,彭和平,赵元富. 航天标准化. 2011(01)
[8]诱发单粒子多位翻转的电荷分享研究[J]. 陈善强,师立勤. 核电子学与探测技术. 2011(02)
[9]亚微米特征工艺尺寸静态随机存储器单粒子效应实验研究[J]. 郭红霞,罗尹虹,姚志斌,张凤祁,张科营,何宝平,王园明. 原子能科学技术. 2010(12)
[10]TCAD技术及其在半导体工艺中的应用[J]. 尹胜连,冯彬. 半导体技术. 2008(06)
博士论文
[1]重离子辐照微纳级SRAM器件单粒子效应研究[D]. 王斌.中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所) 2017
[2]单粒子效应的脉冲激光试验研究[D]. 马英起.中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心） 2011
[3]集成电路单粒子效应建模与加固方法研究[D]. 刘必慰.国防科学技术大学 2009
硕士论文
[1]抗辐射SRAM的研究与设计[D]. 武书肖.电子科技大学 2017
[2]深亚微米下SET故障模拟技术的研究[D]. 叶世旺.电子科技大学 2014
[3]超深亚微米器件单粒子翻转率计算方法研究[D]. 邵隆.西安电子科技大学 2013
[4]单粒子效应电路模拟方法研究[D]. 刘征.国防科学技术大学 2006
本文编号：2987880
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高能粒子入射电离示意图
9应、单粒子翻转效应、单粒子锁定效应与单粒子多位翻转效应更受学者的关注。图2.2 常见单粒子效应分类图当单个高能粒子入射到反偏的PN结后，电荷收集机制会产生一个瞬态电流脉冲，该瞬态脉冲沿着逻辑电路或者模拟电路传播，形成单粒子瞬态效应，如图 2.3 所示。当单粒子瞬态效应满足一定条件[13][15][16]时会导致电路发生故障：（1）高能粒子入射到电路敏感节点。（2）单粒子瞬态脉冲沿着组合电路传播并到达锁存器或者存储单元。（3）瞬态脉冲的电流强度足够改变存储单元的逻辑状态。（4）瞬态脉冲恰好出现在锁存器的敏感窗口。图2.3 单粒子瞬态脉冲产生与传播示意图在满足条件（1），（2）和（4）时，瞬态脉冲在电路传播中会由于掩蔽效应与展宽效应的原因导致脉冲发生缩减、变宽或被过滤的情形。掩蔽效应主要分为 3 种，分别为逻辑掩蔽、电气掩蔽与锁存窗口掩蔽。逻辑掩蔽是指当逻辑门的一个输入端固定为一逻辑值后，其输出值不受其他输入逻辑的变化而改变的情况下，当单粒子瞬态脉冲恰好出现其他不受影响的输入端时，瞬态脉冲被过滤掉的一种效应。电气掩蔽效应是指由于逻辑门的输入负载、输出负载等不同电气特性导致瞬态脉冲经过逻辑门后其脉冲宽度会变窄
（3）瞬态脉冲的电流强度足够改变存储单元的逻辑状态。（4）瞬态脉冲恰好出现在锁存器的敏感窗口。图2.3 单粒子瞬态脉冲产生与传播示意图在满足条件（1），（2）和（4）时，瞬态脉冲在电路传播中会由于掩蔽效应与展宽效应的原因导致脉冲发生缩减、变宽或被过滤的情形。掩蔽效应主要分为 3 种，分别为逻辑掩蔽、电气掩蔽与锁存窗口掩蔽。逻辑掩蔽是指当逻辑门的一个输入端固定为一逻辑值后，其输出值不受其他输入逻辑的变化而改变的情况下，当单粒子瞬态脉冲恰好出现其他不受影响的输入端时，瞬态脉冲被过滤掉的一种效应。电气掩蔽效应是指由于逻辑门的输入负载、输出负载等不同电气特性导致瞬态脉冲经过逻辑门后其脉冲宽度会变窄，经过多个这样的逻辑门后，脉冲可能被消除的效应。锁存窗口掩蔽是指瞬态脉冲传播到锁存器但不在锁存器的锁存窗口期，导致瞬态脉冲没有被锁存而是被过滤的效应。图 2.4 为三种掩蔽效应的原理图[42]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于TCAD的SRAM单粒子效应研究[J]. 逯中岳,周婉婷. 半导体光电. 2016(03)
[2]静态存储器中子单粒子翻转截面的预测模型[J]. 解磊,周婉婷. 太赫兹科学与电子信息学报. 2015(06)
[3]抗单粒子翻转效应的SRAM研究与设计[J]. 陈楠,魏廷存,魏晓敏,高武,郑然. 固体电子学研究与进展. 2013(05)
[4]宇航用SRAM存储器单粒子效应试验研究[J]. 曹晖,郑渊,刘伟鑫,吾勤之. 上海航天. 2013(03)
[5]90纳米CMOS双阱工艺下STI深度对电荷共享的影响[J]. 刘衡竹,刘凡宇,刘必慰,梁斌. 国防科技大学学报. 2011(02)
[6]90nm CMOS工艺下p+深阱掺杂浓度对电荷共享的影响[J]. 刘凡宇,刘衡竹,刘必慰,梁斌,陈建军. 物理学报. 2011(04)
[7]面向航天的SoC技术及其应用[J]. 周海洋,于立新,彭和平,赵元富. 航天标准化. 2011(01)
[8]诱发单粒子多位翻转的电荷分享研究[J]. 陈善强,师立勤. 核电子学与探测技术. 2011(02)
[9]亚微米特征工艺尺寸静态随机存储器单粒子效应实验研究[J]. 郭红霞,罗尹虹,姚志斌,张凤祁,张科营,何宝平,王园明. 原子能科学技术. 2010(12)
[10]TCAD技术及其在半导体工艺中的应用[J]. 尹胜连,冯彬. 半导体技术. 2008(06)
博士论文
[1]重离子辐照微纳级SRAM器件单粒子效应研究[D]. 王斌.中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所) 2017
[2]单粒子效应的脉冲激光试验研究[D]. 马英起.中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心） 2011
[3]集成电路单粒子效应建模与加固方法研究[D]. 刘必慰.国防科学技术大学 2009
硕士论文
[1]抗辐射SRAM的研究与设计[D]. 武书肖.电子科技大学 2017
[2]深亚微米下SET故障模拟技术的研究[D]. 叶世旺.电子科技大学 2014
[3]超深亚微米器件单粒子翻转率计算方法研究[D]. 邵隆.西安电子科技大学 2013
[4]单粒子效应电路模拟方法研究[D]. 刘征.国防科学技术大学 2006
本文编号：2987880
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