基于65nm CMOS工艺集成电路标准单元单粒子效应加固技术研究
发布时间：2021-04-06 00:37
我国航天航空事业正在飞速发展,航天器对于高性能且具有抗辐射能力的集成电路（integrated circuits,简称ICs）的需求十分迫切。随着半导体工艺的不断进步,器件尺寸不断减小,节点电容和工作电压不断降低,时钟频率不断上升,单粒子效应（Single Event Effect,简称SEE）已逐渐成为空间集成电路发生软错误的主要原因。因此,在纳米工艺下对SEE的研究十分重要。本文针对65nm CMOS体硅工艺,研究了单管受到粒子轰击时的SEE的物理机理,并对加固技术的优缺点进行了分析,然后结合电路设计和版图设计,提出了反相器链、锁存器和SRAM单元加固结构。本文主要取得了如下几个方面的研究成果:（1）研究了N阱掺杂浓度发生变化时对单粒子瞬态（Single Event Transient,简称SET）效应的影响,发现在适当范围内增加N阱的掺杂浓度,可以减弱PMOS管受到粒子轰击后产生的双极放大效应,从而增强PMOS管的抗辐射能力,这为工艺加固提供了一定的理论依据。对于针对单管进行加固的隔离技术,当截止的PMOS受到粒子轰击,使用隔离技术可以有效地抑制双极放大效应,在PMOS漏极产生的...
【文章来源】：安徽大学安徽省 211工程院校
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２太空中的辐射环境??Ｆｉｇ．?１．２?Ｔｈｅ?ｒａｄｉａｔｉｏｎ?ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ?ｉｎ?ｓｐａｃｅ??
电路中的存储状态发生改变，逻辑电平出现翻转，但是器件或者电路本身??没有发生毁坏，常见的软错误有ＳＥＴ，?ＳＥＵ等。各种单粒子效应的类型和错误??机制如图１．３所示。??？单粒子烧毁??（Ｓｉｎｇｌｅ?Ｅｖｅｎｔ?Ｂｕｒｎｏｕｔ，?ＳＥＢ）??？单粒子栅穿???—（Ｓｉｎｇｌｅ?Ｅｖｅｎｔ?Ｇａｔｅ?Ｒｕｐｔｕｒｅ，?ＳＥＧＲ）??＇?Ｃ硬错误）一?？单粒子位移损伤??（Ｓｉｎｇｌｅ?Ｐａｒｔｉｃｌｅ?Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ?Ｄａｍａｇｅ＊?ＳＰＤＩ））??＾?？单粒子位硬错误??／?＼?（Ｓｉｎｇｌｅ?Ｈａｒｄ?Ｅｒｒｏｒ，?ＳＨＥ）??粒＼?「???＾?－?？单粒子功能中断??效?（Ｓｉｎｇｌｅ?Ｅｖｅｎｔ?Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ?ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ，?ＳＥＦＩ）??＼应?？单粒子翻转??＼?Ｊ?（Ｓｉｎｇｌｅ?Ｅｖｅｎｔ?Ｕｐｓｅｔ，?ＳＥＵ）??？?单粒子闩锁??（Ｓｉｎｇｌｅ?Ｅｖｅｎｔ?Ｌａｔｃｈｕｐ，ＳＥＬ）??－＊单粒子多位翻转????（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ?Ｂｉｔ?Ｕｐｓｅｔ，?ＭＢＵ）??？?单粒子扰动??（Ｓｉｎｇｌｅ?Ｅｖｅｎｔ?Ｄｉｓｔｕｒｂ?？?ＳＥＤ）??？单粒子快速反向??（Ｓｉｎｇｌｅ?Ｅｖｅｎｔ?Ｓｎａｐｂａｃｋ
单粒子效应于１９７０年首次被发现，自此太空中、军用乃至商用的电子线路??中的单粒子效应日益受到人们的重视ｔ１５］。半导体材料受到高能粒子轰击后，会??发生电离辐射，电离辐射将以两种方式产生电荷，图１．４显示了电离辐射的详细??过程ｔｌ６］。??第一是直接电离，由高能粒子直接电离产生电荷，这主要由重离子诱发产生。??重离子是指其核电荷数大于或等于２的离子。??在带电粒子轰击半导体材料并且穿过半导体材料的过程中，其能量逐渐损??失，并且沿着其运动轨迹会电离出电子－空穴对。高能粒子在半导体材料中运动??轨迹的长短称为入射深度。通过将粒子轰击的目标材料的密度进行归一化，用线??性能量传输（Ｌｉｎｅａｒ?Ｅｎｅｒｇｙ?Ｔｒａｎｓｆｅｒ，简称ＬＥＴ）表示带电粒子在穿过半导体材??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]The effect of P+ deep well doping on SET pulse propagation[J]. QIN JunRui*,CHEN ShuMing,LIU BiWei,LIU FanYu & CHEN JianJun School of Computer Science,National University of Defense Technology,Changsha 410073,China. Science China（Technological Sciences）. 2012(03)
[2]基于RHBD技术的深亚微米抗辐射SRAM电路的研究[J]. 王一奇,赵发展,刘梦新,吕荫学,赵博华,韩郑生. 半导体技术. 2012(01)
[3]空间辐射环境概述[J]. 李桃生,陈军,王志强. 辐射防护通讯. 2008(02)
[4]模拟电路的单粒子瞬时效应[J]. 陈盘训,周开明. 核技术. 2006(03)
[5]单粒子效应对卫星空间运行可靠性影响[J]. 王长河. 半导体情报. 1998(01)
博士论文
[1]SRAM存储器抗单粒子翻转加固设计技术研究[D]. 郭靖.哈尔滨工业大学 2015
[2]微纳级SRAM器件单粒子效应理论模拟研究[D]. 耿超.中国科学院研究生院（近代物理研究所） 2014
[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]基于体硅CMOS工艺的SRAM单元SEU加固研究[D]. 陈子洋.安徽大学 2018
[2]65nm体硅CMOS工艺下SRAM单元抗辐照加固方法研究[D]. 肖松松.安徽大学 2018
[3]SRAM存储单元抗单粒子翻转研究[D]. 丁朋辉.安徽大学 2017
[4]基于65NM体硅CMOS工艺SRAM 6管单元抗辐射加固技术的研究[D]. 李国庆.安徽大学 2016
[5]纳米集成电路单粒子瞬变中电荷收集机理及加固方法研究[D]. 林子壬.国防科学技术大学 2013
[6]三模冗余系统中的同步研究[D]. 袁果.西南交通大学 2008
本文编号：3120409
【文章来源】：安徽大学安徽省 211工程院校
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２太空中的辐射环境??Ｆｉｇ．?１．２?Ｔｈｅ?ｒａｄｉａｔｉｏｎ?ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ?ｉｎ?ｓｐａｃｅ??
电路中的存储状态发生改变，逻辑电平出现翻转，但是器件或者电路本身??没有发生毁坏，常见的软错误有ＳＥＴ，?ＳＥＵ等。各种单粒子效应的类型和错误??机制如图１．３所示。??？单粒子烧毁??（Ｓｉｎｇｌｅ?Ｅｖｅｎｔ?Ｂｕｒｎｏｕｔ，?ＳＥＢ）??？单粒子栅穿???—（Ｓｉｎｇｌｅ?Ｅｖｅｎｔ?Ｇａｔｅ?Ｒｕｐｔｕｒｅ，?ＳＥＧＲ）??＇?Ｃ硬错误）一?？单粒子位移损伤??（Ｓｉｎｇｌｅ?Ｐａｒｔｉｃｌｅ?Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ?Ｄａｍａｇｅ＊?ＳＰＤＩ））??＾?？单粒子位硬错误??／?＼?（Ｓｉｎｇｌｅ?Ｈａｒｄ?Ｅｒｒｏｒ，?ＳＨＥ）??粒＼?「???＾?－?？单粒子功能中断??效?（Ｓｉｎｇｌｅ?Ｅｖｅｎｔ?Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ?ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ，?ＳＥＦＩ）??＼应?？单粒子翻转??＼?Ｊ?（Ｓｉｎｇｌｅ?Ｅｖｅｎｔ?Ｕｐｓｅｔ，?ＳＥＵ）??？?单粒子闩锁??（Ｓｉｎｇｌｅ?Ｅｖｅｎｔ?Ｌａｔｃｈｕｐ，ＳＥＬ）??－＊单粒子多位翻转????（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ?Ｂｉｔ?Ｕｐｓｅｔ，?ＭＢＵ）??？?单粒子扰动??（Ｓｉｎｇｌｅ?Ｅｖｅｎｔ?Ｄｉｓｔｕｒｂ?？?ＳＥＤ）??？单粒子快速反向??（Ｓｉｎｇｌｅ?Ｅｖｅｎｔ?Ｓｎａｐｂａｃｋ
单粒子效应于１９７０年首次被发现，自此太空中、军用乃至商用的电子线路??中的单粒子效应日益受到人们的重视ｔ１５］。半导体材料受到高能粒子轰击后，会??发生电离辐射，电离辐射将以两种方式产生电荷，图１．４显示了电离辐射的详细??过程ｔｌ６］。??第一是直接电离，由高能粒子直接电离产生电荷，这主要由重离子诱发产生。??重离子是指其核电荷数大于或等于２的离子。??在带电粒子轰击半导体材料并且穿过半导体材料的过程中，其能量逐渐损??失，并且沿着其运动轨迹会电离出电子－空穴对。高能粒子在半导体材料中运动??轨迹的长短称为入射深度。通过将粒子轰击的目标材料的密度进行归一化，用线??性能量传输（Ｌｉｎｅａｒ?Ｅｎｅｒｇｙ?Ｔｒａｎｓｆｅｒ，简称ＬＥＴ）表示带电粒子在穿过半导体材??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]The effect of P+ deep well doping on SET pulse propagation[J]. QIN JunRui*,CHEN ShuMing,LIU BiWei,LIU FanYu & CHEN JianJun School of Computer Science,National University of Defense Technology,Changsha 410073,China. Science China（Technological Sciences）. 2012(03)
[2]基于RHBD技术的深亚微米抗辐射SRAM电路的研究[J]. 王一奇,赵发展,刘梦新,吕荫学,赵博华,韩郑生. 半导体技术. 2012(01)
[3]空间辐射环境概述[J]. 李桃生,陈军,王志强. 辐射防护通讯. 2008(02)
[4]模拟电路的单粒子瞬时效应[J]. 陈盘训,周开明. 核技术. 2006(03)
[5]单粒子效应对卫星空间运行可靠性影响[J]. 王长河. 半导体情报. 1998(01)
博士论文
[1]SRAM存储器抗单粒子翻转加固设计技术研究[D]. 郭靖.哈尔滨工业大学 2015
[2]微纳级SRAM器件单粒子效应理论模拟研究[D]. 耿超.中国科学院研究生院（近代物理研究所） 2014
[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]基于体硅CMOS工艺的SRAM单元SEU加固研究[D]. 陈子洋.安徽大学 2018
[2]65nm体硅CMOS工艺下SRAM单元抗辐照加固方法研究[D]. 肖松松.安徽大学 2018
[3]SRAM存储单元抗单粒子翻转研究[D]. 丁朋辉.安徽大学 2017
[4]基于65NM体硅CMOS工艺SRAM 6管单元抗辐射加固技术的研究[D]. 李国庆.安徽大学 2016
[5]纳米集成电路单粒子瞬变中电荷收集机理及加固方法研究[D]. 林子壬.国防科学技术大学 2013
[6]三模冗余系统中的同步研究[D]. 袁果.西南交通大学 2008
本文编号：3120409
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