数字集成电路老化测试技术研究

发布时间：2017-05-01 13:08

  本文关键词：数字集成电路老化测试技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,随着云计算和大数据的到来,人们对集成电路的可靠性要求越来越高。再加上晶体管尺寸及栅氧厚度的不断缩小,由NBTI效应引起的老化已经成为影响集成电路可靠性的重要因素。国内外的部分学者已经对此进行了研究,为此也提出了很多电路老化监测结构。本文的主要工作如下：首先,介绍了集成电路老化的一些基本知识和引起集成电路老化的几种因素。并且详细介绍了两种老化测试技术,老化检测技术和老化预测技术,重点阐述了其结构框架图及工作原理,并将这两种老化测试技术进行了比较,简单分析了它们的优劣。其次,由于老化预测更具有广泛的应用价值,所以介绍了两种老化失效预测结构,分别是基于预测的稳定性校验电路结构和基于预测的先前采样电路结构,重点分析了这两种老化预测结构的基本框架和工作原理,并总结分析了这两种老化预测结构的不足之处。接着,针对两种老化预测结构的不足之处,提出了一种低开销可编程的老化感知触发器结构。在这种结构中,延迟单元被插入到时钟网络中,从此降低了延迟单元的老化。其创新点在于将延迟单元设计成为一个低开销可编程的延迟单元,这样一来一方面可动态调节延迟单元的延迟大小,一方面又可以节省一定的布线开销和面积开销,大大提高了老化预测的准确性。最后,使用电路仿真工具对本文提出的低开销可编程的老化感知触发器结构在不同工作条件下进行仿真,从而获得相关数据。并且通过实验对所设计的结构进行性能、功耗和面积等分析,并将分析结果与一些经典的参照结构进行对比。实验结果表明本文提出的低开销可编程老化感知触发器结构可以动态调节监测窗口的大小,在一定程度下可以监测不同程度的老化,大大提高了老化预测的准确性,而且这种结构拥有较低的布线开销、面积开销和功耗开销。
【关键词】：负偏置温度不稳定性 电路老化 触发器 可编程 延迟单元
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN431.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-18
• 1.1 研究的背景及意义11-14
• 1.1.1 集成电路的发展11-13
• 1.1.2 电路老化的影响13-14
• 1.2 国内外研究现状14-16
• 1.3 本文的主要工作16-17
• 1.3.1 课题来源16
• 1.3.2 研究内容及创新点16-17
• 1.4 论文组织结构17-18
• 2 电路老化的基本知识及仿真工具18-32
• 2.1 老化基本知识简述18-19
• 2.2 引起老化的因素19-22
• 2.3 老化测试技术22-27
• 2.3.1 老化检测技术22-24
• 2.3.2 老化预测技术24-26
• 2.3.3 两种老化测试技术的比较26-27
• 2.4 HSPICE仿真工具27-31
• 2.4.1 HSPICE使用流程28-29
• 2.4.2 HSPICE软件的运行29
• 2.4.3 HSPICE文件及书写规则29-30
• 2.4.4 HSPICE中几个重要语句30-31
• 2.5 本章小结31-32
• 3 老化失效预测结构设计32-41
• 3.1 老化失效预测的重要性及总体框架32-33
• 3.2 基于预测的稳定性校验电路结构33-38
• 3.2.1 总体框架及工作原理33-35
• 3.2.2 延迟单元设计35-36
• 3.2.3 稳定性校验器设计36-38
• 3.2.4 基于预测的稳定性校验结构的不足之处38
• 3.3 基于预测的先前采样电路结构38-40
• 3.3.1 总体框架及工作原理38-40
• 3.3.2 基于预测的先前采样电路结构的不足之处40
• 3.4 本章小结40-41
• 4 一种低开销可编程的老化感知触发器41-54
• 4.1 研究价值41
• 4.2 总体框架结构41-42
• 4.3 延迟单元的设计42-44
• 4.4 实验结果44-52
• 4.4.1 仿真结果分析44-47
• 4.4.2 抗老化性分析47-48
• 4.4.3 可编程性分析48
• 4.4.4 面积开销分析48-49
• 4.4.5 功耗开销分析49-51
• 4.4.6 有效保护带宽度51-52
• 4.5 本章小结52-54
• 5 结论54-56
• 5.1 总结54-55
• 5.2 展望55-56
• 参考文献56-60
• 致谢60-61
• 作者简介及读研期间主要科研成果61

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