抗单粒子翻转加固SRAM单元设计及512Mbit存储器实现
发布时间：2021-08-28 10:39
在空间应用中,航天器和人造卫星中的体积和能源有限,集成电路芯片以其体积小,功能强,重量轻等优点得到了广泛应用。而芯片在空间环境中,会受到多种高能粒子的冲击而发生错误,从而对航天设备的正常运行产生隐患。静态随机存取存储器SRAM作为高速缓存的重要组成部分,在一块芯片中有着举足轻重的地位。当受到高能粒子冲击时,容易发生单粒子翻转使存储内容发生改变,所以需要对SRAM存储器进行抗辐射加固设计。本文使用cadence spectre软件,采用SMIC 65nm工艺对一款高性能抗SEU加固SRAM存储单元——HP10T单元进行研究,并且基于此单元进行存储器设计。首先,对SRAM存储器在空间环境运行中可能发生的辐射效应进行阐述,分析SRAM存储器进行抗SEU加固设计的必要性。然后,介绍SRAM存储器进行抗SEU加固的方法,并选择电路级加固为主进行存储单元研究。接下来,分析标准6T SRAM单元发生SEU的机理,结合一款RHPD-12T单元,进行HP10T单元的研究及其仿真验证和比较分析。最后,进行512Mbit SRAM存储器的结构设计和时序设计。在上述工作完成后,进行SRAM存储器的外围电路设计...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
空间环境中的辐射来源[1]7（1）GCRGCR主要由质子和α粒子两类高能粒子组成，来自银河系（不
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-图1-2SEU分类SEL在CMOS器件中比较常见，其原理如图1-3所示[3]，由CMOS器件的结构形成一个NPN型三极管和一个PNP型三极管，其中前者为纵向，后者为横向，两者与器件的寄生电阻形成一种名为寄生可控硅的结构，能够使电流信号正反馈放大。其中，三极管A的基极、集电极和发射极分别对应P阱、NMOS管的源和衬底，三极管B的基级、集电极和发射极分别对应衬底、P阱和PMOS管的源。单个高能粒子作用产生的大量电子空穴对在电场作用下形成的微弱电流，在正反馈的放大作用下不断增强。当这一电流过大时，会导致器件中局部的温度过高，从而使芯片被烧毁。图1-3SEL原理图[3]（2）总剂量效应半导体器件在空间中运行时，长期受到辐射影响，由高能粒子影响而在MOS器件的氧化层产生大量的电子-空穴对。但是在MOS器件工作时，栅与衬底之间存在电场会使产生的载流子发生漂移运动，在这个过程中，载流子不会全部成对复合消失，少量电子因为其迁移率较高而会被很快移走，而少量空穴因为其迁移率相对较低而会逐渐积累。在长期辐射环境下，MOS器件会因为氧化层中正电荷的积累而使性能被破坏，发生阈值电压Vth的漂移，其中NMOS
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-图1-2SEU分类SEL在CMOS器件中比较常见，其原理如图1-3所示[3]，由CMOS器件的结构形成一个NPN型三极管和一个PNP型三极管，其中前者为纵向，后者为横向，两者与器件的寄生电阻形成一种名为寄生可控硅的结构，能够使电流信号正反馈放大。其中，三极管A的基极、集电极和发射极分别对应P阱、NMOS管的源和衬底，三极管B的基级、集电极和发射极分别对应衬底、P阱和PMOS管的源。单个高能粒子作用产生的大量电子空穴对在电场作用下形成的微弱电流，在正反馈的放大作用下不断增强。当这一电流过大时，会导致器件中局部的温度过高，从而使芯片被烧毁。图1-3SEL原理图[3]（2）总剂量效应半导体器件在空间中运行时，长期受到辐射影响，由高能粒子影响而在MOS器件的氧化层产生大量的电子-空穴对。但是在MOS器件工作时，栅与衬底之间存在电场会使产生的载流子发生漂移运动，在这个过程中，载流子不会全部成对复合消失，少量电子因为其迁移率较高而会被很快移走，而少量空穴因为其迁移率相对较低而会逐渐积累。在长期辐射环境下，MOS器件会因为氧化层中正电荷的积累而使性能被破坏，发生阈值电压Vth的漂移，其中NMOS
【参考文献】：
期刊论文
[1]双立互锁单元单粒子效应加固方法研究[J]. 俞剑. 计算机工程. 2013(03)
[2]存储技术的现状与未来[J]. 廖专崇,黄俊义. 电子产品世界. 2004(Z1)
[3]大规模集成电路总剂量效应测试方法初探[J]. 贺朝会,耿斌,何宝平,姚育娟,李永宏,彭宏论,林东生,周辉,陈雨生. 物理学报. 2004(01)
[4]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]基于错误纠正码的抗单粒子翻转存储器加固设计研究[D]. 柳姗姗.哈尔滨工业大学 2017
硕士论文
[1]基于65nm体硅CMOS工艺的SRAM单元抗辐照加固研究[D]. 贾余勇.安徽大学 2019
[2]阻变存储器的辐射效应与加固技术的研究[D]. 段远.北京交通大学 2017
[3]近阈值8管存储器设计[D]. 于雨情.哈尔滨工业大学 2016
本文编号：3368363
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
空间环境中的辐射来源[1]7（1）GCRGCR主要由质子和α粒子两类高能粒子组成，来自银河系（不
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-图1-2SEU分类SEL在CMOS器件中比较常见，其原理如图1-3所示[3]，由CMOS器件的结构形成一个NPN型三极管和一个PNP型三极管，其中前者为纵向，后者为横向，两者与器件的寄生电阻形成一种名为寄生可控硅的结构，能够使电流信号正反馈放大。其中，三极管A的基极、集电极和发射极分别对应P阱、NMOS管的源和衬底，三极管B的基级、集电极和发射极分别对应衬底、P阱和PMOS管的源。单个高能粒子作用产生的大量电子空穴对在电场作用下形成的微弱电流，在正反馈的放大作用下不断增强。当这一电流过大时，会导致器件中局部的温度过高，从而使芯片被烧毁。图1-3SEL原理图[3]（2）总剂量效应半导体器件在空间中运行时，长期受到辐射影响，由高能粒子影响而在MOS器件的氧化层产生大量的电子-空穴对。但是在MOS器件工作时，栅与衬底之间存在电场会使产生的载流子发生漂移运动，在这个过程中，载流子不会全部成对复合消失，少量电子因为其迁移率较高而会被很快移走，而少量空穴因为其迁移率相对较低而会逐渐积累。在长期辐射环境下，MOS器件会因为氧化层中正电荷的积累而使性能被破坏，发生阈值电压Vth的漂移，其中NMOS
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-图1-2SEU分类SEL在CMOS器件中比较常见，其原理如图1-3所示[3]，由CMOS器件的结构形成一个NPN型三极管和一个PNP型三极管，其中前者为纵向，后者为横向，两者与器件的寄生电阻形成一种名为寄生可控硅的结构，能够使电流信号正反馈放大。其中，三极管A的基极、集电极和发射极分别对应P阱、NMOS管的源和衬底，三极管B的基级、集电极和发射极分别对应衬底、P阱和PMOS管的源。单个高能粒子作用产生的大量电子空穴对在电场作用下形成的微弱电流，在正反馈的放大作用下不断增强。当这一电流过大时，会导致器件中局部的温度过高，从而使芯片被烧毁。图1-3SEL原理图[3]（2）总剂量效应半导体器件在空间中运行时，长期受到辐射影响，由高能粒子影响而在MOS器件的氧化层产生大量的电子-空穴对。但是在MOS器件工作时，栅与衬底之间存在电场会使产生的载流子发生漂移运动，在这个过程中，载流子不会全部成对复合消失，少量电子因为其迁移率较高而会被很快移走，而少量空穴因为其迁移率相对较低而会逐渐积累。在长期辐射环境下，MOS器件会因为氧化层中正电荷的积累而使性能被破坏，发生阈值电压Vth的漂移，其中NMOS
【参考文献】：
期刊论文
[1]双立互锁单元单粒子效应加固方法研究[J]. 俞剑. 计算机工程. 2013(03)
[2]存储技术的现状与未来[J]. 廖专崇,黄俊义. 电子产品世界. 2004(Z1)
[3]大规模集成电路总剂量效应测试方法初探[J]. 贺朝会,耿斌,何宝平,姚育娟,李永宏,彭宏论,林东生,周辉,陈雨生. 物理学报. 2004(01)
[4]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]基于错误纠正码的抗单粒子翻转存储器加固设计研究[D]. 柳姗姗.哈尔滨工业大学 2017
硕士论文
[1]基于65nm体硅CMOS工艺的SRAM单元抗辐照加固研究[D]. 贾余勇.安徽大学 2019
[2]阻变存储器的辐射效应与加固技术的研究[D]. 段远.北京交通大学 2017
[3]近阈值8管存储器设计[D]. 于雨情.哈尔滨工业大学 2016
本文编号：3368363
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