基于SMIC 0.13μm商用工艺线的1KB抗辐照加固SRAM设计
发布时间：2021-01-03 06:27
航天工程是对进入、探索、开发和利用地外天体的活动的总称。航天工程对我国的科学研究、国防建设、国民经济、文化教育等各个领域都有着积极促进作用,在实现中华民族伟大复兴道路上有着重大价值与意义。随着科学技术的快速发展,电子化、数字化已经为当代社会发展创造了更多的可能性,成为了当代社会的常态。进入21世纪,电子战、信息战已经成为当代军事的主要方式之一,但是随着航天工程数字化的发展,诸多问题也展现出来,其中最为致命的问题之一就是在外太空中电子系统的辐照效应问题。在外太空的强辐照环境中,由于半导体辐照效应的存在,系统的数据安全受到了极大威胁。常规电路在强辐照环境下可能会存在数据错误、误码率升高、功耗上升、系统崩溃甚至烧毁的问题。因此,集成电路抗辐照技术也成为了当下在微电子领域和航天工程领域都备受关注的研究难点。SRAM存储器也同样面临着辐照效应问题。SRAM存储器对宇宙辐照极为敏感,在辐照环境下会产生电学性能退化甚至数据翻转,直接威胁到电子系统的数据安全。本文从半导体辐照效应入手,从SRAM电路中的组合逻辑、时序逻辑以及存储单元的角度对SRAM的抗辐照技术进行了探索。存储单元层面,本文介绍了DIC...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
地球辐射带（范艾伦辐射带）
电子科技大学硕士学位论文6由于地磁场的存在，电子、质子等轻粒子以及一部分较大质量的带正电的粒子有可能受到影响而被俘获，在地球周围形成一层地球辐射带。地球辐射带可以根据到地表的距离的不同，分为外辐射带和内辐射带。高度分布在6000千米到12000千米之间的辐射带通常被称为内辐射带，高度分布在18000千米到60000千米左右的辐射带通常被称为外辐射带。内辐射带主要分布在地球磁纬度±40o之间，主要由能量超过30MeV的电子和能量超过50MeV的电子构成。由于距离地表较近，故而内辐射带受太阳活动的影响程度较小[2]。外辐射带分布的范围较广，往往能够延伸至地球磁纬度50o到60o之间。外辐射带通常由高能质子和电子以及少量的带正电荷的高能重离子构成。由于距离地表较远，外辐射带往往会很大程度上受到太阳活动的影响，因此外辐射带的辐射强度变化范围和位置变化范围往往也会比内辐射带大很多。目前，在外辐射带内工作的人造卫星主要包括半同步卫星和同步卫星。图2-2国际空间站外部MDMSDRAM单粒子翻转累积[3]2.1.2太阳辐射太阳辐射同样也是航天器所需要面临的辐照环境之一。太阳辐射主要是指太阳耀斑爆发时发出的高能带电粒子，这些带电粒子所携带的能量分布范围十分广泛，可以从10MeV到10GeV不等。太阳耀斑的爆发规律性不强，平均发生频率为每隔一个月到一年左右发生一次，每次持续时间大概在几个小时到几天之间。太阳射线大部分时候以质子为主，其次是α粒子和少量电子。太阳耀斑爆发时，质子通量可达到每秒109cm2。由于太阳射线具有极高能量，强度密度都很大，对集成电路模块的破坏性极大。
第二章辐照效应基本理论7图2-3太阳活动的周期性[4]2.1.3宇宙射线太阳系以外的空间是宇宙射线的主要来源。宇宙射线通常由原子序数从1到92的各种元素粒子组成，其中的重元素高能粒子所携带的能量可以从数十兆电子伏特一直到几百、上千兆电子伏特。宇宙射线中，重离子约占1%，α粒子约占14%，质子约占85%。这些粒子穿过集成电路中的半导体材料时，会引起半导体材料的电离，进而引发单粒子效应。通常情况下，宇宙射线的通量远小于太阳辐射。2.1.4核辐射环境集成电路产品主要需要面临的核辐射环境为核反应堆。在核辐射环境中，威胁集成电路正常工作的主要为γ射线辐照效应与快中子辐照效应。与宇宙空间中的辐照相比，核辐射最大的不同点是辐射的计量和通量都比宇宙空间辐射环境高出很多。在核电站设计寿命为40年的前提下，核电站中一级和次级屏蔽间的集成电路模块在正常工作状态下，受到的总剂量辐照可达到106Gy，中子的累计注入量可以达到1014cm2。2.1.5天然辐照环境1979年，一篇由在Intel工作的员工发布的文章造成了大的轰动，他发现当DRAM集成度由16K到64K发展时，由单粒子引发的软错误率显著提升[5]。问题的缘由在之后被发现，当时Intel公司的一个封装厂正好建在了一个废弃铀矿的下游，放射污染物污染了陶瓷封装材料[6]。在封装好的器件中，源于铀、钍等放射性元素的α粒子会引起逻辑电路中的软误差，特别是对于现在按比例缩小的器件，即
【参考文献】：
期刊论文
[1]保护环对130nm体硅PMOS抗单粒子瞬态特性的影响[J]. 曹琛,王俊峰,岳红菊,唐威,吴龙胜. 微电子学与计算机. 2012(12)
硕士论文
[1]一种谷值电流控制的DC/DC BUCK变换器的研究与设计[D]. 王影.电子科技大学 2017
[2]80C196KC单片机中子和γ综合电离辐射效应研究[D]. 徐天容.中国工程物理研究院 2005
本文编号：2954489
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
地球辐射带（范艾伦辐射带）
电子科技大学硕士学位论文6由于地磁场的存在，电子、质子等轻粒子以及一部分较大质量的带正电的粒子有可能受到影响而被俘获，在地球周围形成一层地球辐射带。地球辐射带可以根据到地表的距离的不同，分为外辐射带和内辐射带。高度分布在6000千米到12000千米之间的辐射带通常被称为内辐射带，高度分布在18000千米到60000千米左右的辐射带通常被称为外辐射带。内辐射带主要分布在地球磁纬度±40o之间，主要由能量超过30MeV的电子和能量超过50MeV的电子构成。由于距离地表较近，故而内辐射带受太阳活动的影响程度较小[2]。外辐射带分布的范围较广，往往能够延伸至地球磁纬度50o到60o之间。外辐射带通常由高能质子和电子以及少量的带正电荷的高能重离子构成。由于距离地表较远，外辐射带往往会很大程度上受到太阳活动的影响，因此外辐射带的辐射强度变化范围和位置变化范围往往也会比内辐射带大很多。目前，在外辐射带内工作的人造卫星主要包括半同步卫星和同步卫星。图2-2国际空间站外部MDMSDRAM单粒子翻转累积[3]2.1.2太阳辐射太阳辐射同样也是航天器所需要面临的辐照环境之一。太阳辐射主要是指太阳耀斑爆发时发出的高能带电粒子，这些带电粒子所携带的能量分布范围十分广泛，可以从10MeV到10GeV不等。太阳耀斑的爆发规律性不强，平均发生频率为每隔一个月到一年左右发生一次，每次持续时间大概在几个小时到几天之间。太阳射线大部分时候以质子为主，其次是α粒子和少量电子。太阳耀斑爆发时，质子通量可达到每秒109cm2。由于太阳射线具有极高能量，强度密度都很大，对集成电路模块的破坏性极大。
第二章辐照效应基本理论7图2-3太阳活动的周期性[4]2.1.3宇宙射线太阳系以外的空间是宇宙射线的主要来源。宇宙射线通常由原子序数从1到92的各种元素粒子组成，其中的重元素高能粒子所携带的能量可以从数十兆电子伏特一直到几百、上千兆电子伏特。宇宙射线中，重离子约占1%，α粒子约占14%，质子约占85%。这些粒子穿过集成电路中的半导体材料时，会引起半导体材料的电离，进而引发单粒子效应。通常情况下，宇宙射线的通量远小于太阳辐射。2.1.4核辐射环境集成电路产品主要需要面临的核辐射环境为核反应堆。在核辐射环境中，威胁集成电路正常工作的主要为γ射线辐照效应与快中子辐照效应。与宇宙空间中的辐照相比，核辐射最大的不同点是辐射的计量和通量都比宇宙空间辐射环境高出很多。在核电站设计寿命为40年的前提下，核电站中一级和次级屏蔽间的集成电路模块在正常工作状态下，受到的总剂量辐照可达到106Gy，中子的累计注入量可以达到1014cm2。2.1.5天然辐照环境1979年，一篇由在Intel工作的员工发布的文章造成了大的轰动，他发现当DRAM集成度由16K到64K发展时，由单粒子引发的软错误率显著提升[5]。问题的缘由在之后被发现，当时Intel公司的一个封装厂正好建在了一个废弃铀矿的下游，放射污染物污染了陶瓷封装材料[6]。在封装好的器件中，源于铀、钍等放射性元素的α粒子会引起逻辑电路中的软误差，特别是对于现在按比例缩小的器件，即
【参考文献】：
期刊论文
[1]保护环对130nm体硅PMOS抗单粒子瞬态特性的影响[J]. 曹琛,王俊峰,岳红菊,唐威,吴龙胜. 微电子学与计算机. 2012(12)
硕士论文
[1]一种谷值电流控制的DC/DC BUCK变换器的研究与设计[D]. 王影.电子科技大学 2017
[2]80C196KC单片机中子和γ综合电离辐射效应研究[D]. 徐天容.中国工程物理研究院 2005
本文编号：2954489
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