不同特征尺寸SRAM质子单粒子效应实验研究
发布时间：2020-12-16 12:22
利用中国原子能科学研究院100 MeV质子回旋加速器开展了一系列不同特征尺寸双数据速率(DDR)静态随机存储器(SRAM)单粒子效应实验研究。获得了不同能量、不同入射角度下3款SRAM的单粒子翻转(SEU)截面曲线。分析了入射质子能量及角度对不同特征尺寸SRAM的SEU饱和截面的影响和效应规律,并利用蒙特卡罗方法对65 nm SRAM SEU特性进行了模拟。研究结果表明:随特征尺寸的减小,SEU饱和截面会出现不同程度的降低,但降低程度会由于多单元翻转(MCU)的增多而变缓;随入射角度的增加,MCU规模及数量的增加导致器件截面增大;3款SRAM所采用的位交错技术并不能有效抑制多位翻转(MBU)的发生。
【文章来源】：原子能科学技术. 2020年06期 北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
100 MeV质子回旋加速器
2.1 质子辐照实验结果图2为垂直入射下不同特征尺寸SRAM SEU截面随质子能量的变化。国内外研究结果[15-18]表明,3种不同特征尺寸SRAM在入射质子能量大于50 MeV时,SEU截面均已达到饱和,且饱和截面与图2中所示截面量级一致,因此认为在实验测试的能量点下,3种SRAM的SEU截面即为其饱和截面。由图2可知,150 nm SRAM饱和截面约为90 nm SRAM的7倍,90 nm SRAM与65 nm SRAM饱和截面较相近,仅相差3%～6%。根据摩尔定律,对于每个连续的技术节点,基本存储单元的面积会减小为上一代的二分之一,这种尺寸上的减小会使得临界电荷Qcrit和灵敏体积SV减小。SV的减小将会导致SEU饱和截面的降低,因此150 nm SRAM饱和截面与90 nm SRAM饱和截面存在差异。
同款90 nm和65 nm SRAM重离子辐照所得SEU截面表明,90 nm SRAM饱和截面为65 nm SRAM的2倍[9],与质子辐照测试结果所表现的趋势出现了较大的差异。这种现象的产生主要是由于质子与重离子引起纳米级SRAM SEU机制的不同。从灵敏体积中能量沉积的角度考虑,质子次级粒子的影响范围大于重离子的范围,导致质子辐照时产生更多或更大规模的多单元翻转(MCU)。不同质子入射角度对不同特征尺寸SRAM SEU敏感性的影响如图3～5所示。3种不同特征尺寸的SRAM在质子倾角入射的情况下饱和截面均出现了不同程度的增大。可看出,SRAM特征尺寸越小,质子倾角入射对其影响越大。器件特征尺寸越小,在质子倾角入射时能影响更多相邻的存储单元,发生MCU的概率越大,且其规模和复杂程度也会增大,因此会出现饱和截面持续增长的情况。传统的质子单粒子效应研究中仅考虑垂直入射下的SEU截面,会对器件的翻转率造成不同程度的低估,且随着器件特征尺寸的减小,这种翻转率低估的现象还有可能越来越严重。
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国原子能科学研究院100 MeV质子单粒子效应辐照装置试验能力研究[J]. 张付强,郭刚,刘建成,陈启明. 原子能科学技术. 2018(11)
[2]Impact of energy straggle on proton-induced single event upset test in a 65-nm SRAM cell[J]. 叶兵,刘杰,王铁山,刘天奇,罗捷,王斌,殷亚楠,姬庆刚,胡培培,孙友梅,侯明东. Chinese Physics B. 2017(08)
[3]14MeV中子引发SRAM器件单粒子效应实验研究[J]. 范辉,郭刚,沈东军,刘建成,陈红涛,赵芳,陈泉,何安林,史淑廷,惠宁,蔡莉,王贵良. 原子能科学技术. 2015(01)
[4]纳米DDR SRAM器件重离子单粒子效应试验研究[J]. 罗尹虹,张凤祁,郭红霞,周辉,王燕萍,张科营. 强激光与粒子束. 2013(10)
[5]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)
本文编号：2920143
【文章来源】：原子能科学技术. 2020年06期 北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
100 MeV质子回旋加速器
2.1 质子辐照实验结果图2为垂直入射下不同特征尺寸SRAM SEU截面随质子能量的变化。国内外研究结果[15-18]表明,3种不同特征尺寸SRAM在入射质子能量大于50 MeV时,SEU截面均已达到饱和,且饱和截面与图2中所示截面量级一致,因此认为在实验测试的能量点下,3种SRAM的SEU截面即为其饱和截面。由图2可知,150 nm SRAM饱和截面约为90 nm SRAM的7倍,90 nm SRAM与65 nm SRAM饱和截面较相近,仅相差3%～6%。根据摩尔定律,对于每个连续的技术节点,基本存储单元的面积会减小为上一代的二分之一,这种尺寸上的减小会使得临界电荷Qcrit和灵敏体积SV减小。SV的减小将会导致SEU饱和截面的降低,因此150 nm SRAM饱和截面与90 nm SRAM饱和截面存在差异。
同款90 nm和65 nm SRAM重离子辐照所得SEU截面表明,90 nm SRAM饱和截面为65 nm SRAM的2倍[9],与质子辐照测试结果所表现的趋势出现了较大的差异。这种现象的产生主要是由于质子与重离子引起纳米级SRAM SEU机制的不同。从灵敏体积中能量沉积的角度考虑,质子次级粒子的影响范围大于重离子的范围,导致质子辐照时产生更多或更大规模的多单元翻转(MCU)。不同质子入射角度对不同特征尺寸SRAM SEU敏感性的影响如图3～5所示。3种不同特征尺寸的SRAM在质子倾角入射的情况下饱和截面均出现了不同程度的增大。可看出,SRAM特征尺寸越小,质子倾角入射对其影响越大。器件特征尺寸越小,在质子倾角入射时能影响更多相邻的存储单元,发生MCU的概率越大,且其规模和复杂程度也会增大,因此会出现饱和截面持续增长的情况。传统的质子单粒子效应研究中仅考虑垂直入射下的SEU截面,会对器件的翻转率造成不同程度的低估,且随着器件特征尺寸的减小,这种翻转率低估的现象还有可能越来越严重。
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国原子能科学研究院100 MeV质子单粒子效应辐照装置试验能力研究[J]. 张付强,郭刚,刘建成,陈启明. 原子能科学技术. 2018(11)
[2]Impact of energy straggle on proton-induced single event upset test in a 65-nm SRAM cell[J]. 叶兵,刘杰,王铁山,刘天奇,罗捷,王斌,殷亚楠,姬庆刚,胡培培,孙友梅,侯明东. Chinese Physics B. 2017(08)
[3]14MeV中子引发SRAM器件单粒子效应实验研究[J]. 范辉,郭刚,沈东军,刘建成,陈红涛,赵芳,陈泉,何安林,史淑廷,惠宁,蔡莉,王贵良. 原子能科学技术. 2015(01)
[4]纳米DDR SRAM器件重离子单粒子效应试验研究[J]. 罗尹虹,张凤祁,郭红霞,周辉,王燕萍,张科营. 强激光与粒子束. 2013(10)
[5]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)
本文编号：2920143
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