基于六管存储单元的高可靠性SRAM设计

发布时间：2017-05-17 05:11

  本文关键词：基于六管存储单元的高可靠性SRAM设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着微电子技术的不断发展,集成电路包括存储器芯片呈现出高集成度、快速、低功耗的发展趋势。静态随机读写存储器(SRAM)也得到了长足的发展,在计算机、通信等高速数据交换系统中得到广泛应用。同时,芯片需要适应的工作环境如磁场、辐射等条件越来越复杂,对电路可靠性要求随之提高。因此,对高可靠性SRAM的深入研究开发,建立具有自主知识产权的芯片单元库,推动我国的集成电路产业的发展,提升综合国力,具有深远的意义。本文首先研究介绍了SRAM的总体结构、工作原理和主要的存储单元电路,对各主要单元电路结构进行了分析总结,根据其优缺点进行比较选出适合本课题需求的六管结构。接着对SOI(Silicon-On-Insulator)技术在工艺和应用的不同层面进行了介绍,通过工艺流程和材料的控制更好地提升抗噪性能、满足芯片的高可靠性要求。然后重点介绍了本课题的SOI SRAM设计中各个主要模块以及整体芯片的版图设计,结合航天应用中的要求,主要在抗辐照和单粒子效应等方面进行了优化考量。在方案的设计实现过程中,除了对高可靠性和高性能等方面重点关注外,还将诸如芯片尺寸、功耗、设计复用、拓展等因素进行了综合比较,极大限度地进行优化改良,使得设计更好地达到预期目标。在文中对如何进行模块和版图设计进行了总结,提出了较多适用于优化设计的观点和思路,并最终得到验证。在最后的仿真验证过程中,通过关键路径和激励信号的生成,在三种不同工作条件下进行了严格的后仿真工作。之后对芯片的ESD测试和抗辐照测试等进行了测试,通过对芯片进行测试,得到本设计地址取数时间为12.416ns,静态功耗为50.54μA,动态功耗为36.45mA,ESD耐压达到3000V,抗单粒子翻转率大于37MeV·cm2/mg,抗总计量辐射能力大于1.5x103Gy(Si),这些结果均满足规范要求,从而保证芯片一次流片成功。通过本课题的研发,设计出了满足高可靠性、高性能要求的SRAM芯片,形成了自有知识产权的单元电路库,为今后进一步的研发拓展奠定了基础,积累了经验。
【关键词】：静态随机读写存储器 SOI 高可靠性 高性能
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 课题来源及研究意义9
• 1.2 SRAM国内外研究现状9-12
• 1.3 课题的研究内容12
• 1.4 论文主要结构12-13
• 第2章 SRAM的基本结构和工作原理13-25
• 2.1 存储器分类13
• 2.2 SRAM的总体结构13-14
• 2.3 SRAM的工作原理14-17
• 2.4 SRAM典型存储单元结构17-24
• 2.4.1 四管单元电路18
• 2.4.2 五管单元电路18-19
• 2.4.3 七管单元电路19-20
• 2.4.4 八管单元电路20-21
• 2.4.5 九管单元电路21
• 2.4.6 十管单元电路21-22
• 2.4.7 十一管单元电路22-23
• 2.4.8 十二管单元电路23-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第3章 SOI技术及其应用25-35
• 3.1 SOI技术背景25-26
• 3.2 SOI制备工艺26-29
• 3.2.1 注氧隔离的SIMOX技术26-27
• 3.2.2 键合再减薄的BESOI技术27
• 3.2.3 Smart Cut技术和ELTRAN技术27-29
• 3.3 SOI工艺技术研究和发展方向29-30
• 3.3.1 改变SOI材料的基底29
• 3.3.2 改变SOI结构的绝缘埋层材料29-30
• 3.3.3 改变SOI结构的半导体材料30
• 3.4 SOI器件类型及应用30-34
• 3.4.1 SOI技术器件类型31-32
• 3.4.2 SOI器件的应用32-34
• 3.5 本章小结34-35
• 第4章 SOI SRAM设计35-51
• 4.1 SOI SRAM的总体结构35-36
• 4.2 SOI SRAM单元设计36-37
• 4.3 译码电路37-41
• 4.3.1 地址分配38-39
• 4.3.2 行译码39-41
• 4.3.3 列译码41
• 4.4 灵敏放大电路41-42
• 4.5 预充电路42-43
• 4.6 ATD电路43-45
• 4.7 ESD保护电路45-46
• 4.8 版图设计46-49
• 4.8.1 版图的布局47
• 4.8.2 版图的设计47-49
• 4.8.3 版图的验证49
• 4.9 本章小结49-51
• 第5章 SOI SRAM的总体仿真及验证51-61
• 5.1 总体仿真51-58
• 5.1.1 关键路径的选取51-52
• 5.1.2 仿真激励52-54
• 5.1.3 仿真结果54-58
• 5.2 流片验证及测试结果58-60
• 5.3 ESD水平及抗辐照验证60
• 5.4 本章小结60-61
• 结论61-63
• 参考文献63-67
• 致谢67-69
• 个人简历、在学期间发表的论文与研究成果69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 赵璋,文羽中;日趋成熟的SOI技术[J];电子工业专用设备;2001年01期

2 林成鲁，，周祖尧，林梓鑫，李金华;SIMOX技术的研究进展[J];微电子学与计算机;1995年02期

  本文关键词：基于六管存储单元的高可靠性SRAM设计，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：372612