基于65NM体硅CMOS工艺SRAM 6管单元抗辐射加固技术的研究

发布时间：2017-04-20 13:13

  本文关键词：基于65NM体硅CMOS工艺SRAM 6管单元抗辐射加固技术的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：航天事业的迅速发展,使得太空中辐射对航天器件的损害效应越来越受到人们的关注。即便在地球附近也会存在能量极高的粒子,这些高能量的粒子可能会引起存储单元中数值的翻转,这种错误被称为单粒子翻转(SEU, Single Event Upset)。研究表明,随着CMOS工艺特征尺寸的缩减,SRAM单元软错误发生几率持续增加。传统的SOI工艺加固设计成本高,而电路加固设计占用很大的面积开销。为解决这个问题,本文从版图加固的角度,研究基于SMIC 65nm体硅CMOS工艺的抗辐射SRAM 6管单元的设计与实现,课题的主要工作如下：首先介绍了单粒子效应产生的机制,并对单粒子效应的定量计算、模型建立、仿真方法进行探讨。然后讲述SRAM6管工作原理和分析单粒子对其影响的机理。采用Synopsys Sentaurus TCAD工具,对MOSFET进行建模,根据SMIC 65nm MOSFET尺寸及I/V特性进行工艺校准；对反相器进行建模,研究版图间距对反相器抗单粒子效应的影响；给出加固后的反相器模型,对加固后的反相器进行TCAD仿真分析,将其与未加固的反相器进行比较,结果表明采用的保护环和保护漏加固技术效果明显。最后,在MOSFET和反相器模型基础上,对SRAM 6管单元进行3D TCAD建模,详细研究版图间距和版图结构对SRAM 6管单元抗SEU效应的影响。在反相器加固技术的基础上,提出对SRAM 6管单元采用保护环及保护漏的加固技术,采用混合仿真快速验证加固效果。考虑耦合效应,给出SRAM 6管单元TCAD加固后模型,TCAD仿真实验结果显示与未加固的模型相比抗辐射效果明显。本文提出的版图方案具备稳定性和面积开销两方面的优势,这对于SRAM抗单粒子翻转的设计具有重要参考价值。
【关键词】：静态随机存取存储器 单粒子翻转 计算机辅助工艺技术 版图加固
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V446;TP333
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 研究背景及意义8-11
• 1.1.1 辐射环境来源8-9
• 1.1.2 辐射效应种类9-11
• 1.2 国内外研究现状11-16
• 1.2.1 工艺设计12-13
• 1.2.2 电路设计13-14
• 1.2.3 算法设计14-15
• 1.2.4 版图设计15-16
• 1.3 本文的研究工作16-17
• 1.4 章节安排17-18
• 第二章 单粒子效应概述18-25
• 2.1 单粒子效应种类18-21
• 2.1.1 单粒子翻转效应18-19
• 2.1.2 单粒子闩锁效应19-20
• 2.1.3 单粒子多位翻转效应20
• 2.1.4 单粒子功能中断20-21
• 2.2 单粒子效应的定量计算21-22
• 2.3 单粒子效应模拟方法22-24
• 2.3.1 器件建模仿真22-23
• 2.3.2 电路建模仿真23
• 2.3.3 单粒子翻转的器件/电路混合仿真23-24
• 2.3.4 单粒子翻转的TCAD仿真24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 SRAM存储单元抗辐射加固设计25-49
• 3.1 传统SRAM6管设计26-28
• 3.1.1 电路结构与原理26-27
• 3.1.2 单粒子效应对6管单元的影响27-28
• 3.2 MOSFET模型建立28-37
• 3.2.1 Synopsys Sentaurus TCAD软件28-32
• 3.2.2 MOSFET TCAD模型及工艺校准32-37
• 3.3 反相器建模及加固模型研究37-42
• 3.3.1 版图间距对反相器SET特性的影响37-40
• 3.3.2 反相器加固TCAD模型及仿真40-42
• 3.4 SRAM 6管版图加固42-48
• 3.4.1 两种版图Q节点轰击后的电压变化42-44
• 3.4.2 版图间距对单粒子效应的影响44-45
• 3.4.3 SRAM 6管加固模型混合仿真45-46
• 3.4.4 SRAM 6管单元加固模型TCAD仿真46-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第四章 总结与展望49-52
• 4.1 研究工作总结49-50
• 4.2 工作展望50-52
• 参考文献52-56
• 致谢56

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