铁电存储器的辐射效应研究与加固设计

发布时间：2017-07-15 18:08

  本文关键词：铁电存储器的辐射效应研究与加固设计

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【摘要】：铁电存储器(FRAM)是一种利用铁电效应进行存储的RAM结构的器件,它将铁电薄膜技术与半导体工艺相结合。作为先进半导体存储器的一种,铁电存储器具有:高速,低功耗,非易失性,抗辐照等特点,已经被应用于IC卡、嵌入式微处理器,RFID,空间技术等领域。在航空航天领域,FRAM所表现的抗辐照性能也受到各国研究者的高度重视。本文的主要工作有以下几点:(1)研究了铁电薄膜的极化原理、读写单元结构及时序,确定应用2T2C结构来提高设计的可靠性。同时研究了铁电存储器的电路组成,各个模块的作用、原理以及电路结构。(2)由于铁电薄膜外围电路由CMOS器件组成,因此本文运用器件仿真完成了NMOS晶体管的器件建模,仿真其I-V特性,以及单粒子入射后漏极电流大小。并研究了不同入射点、粒子能量以及入射时间对关态NMOS晶体管漏极电流大小的影响。(3)研究了单粒子翻转,单粒子闩锁和的原理,并提出了相应的抗辐照加固措施,运用电路仿真对单粒子翻转加固措施进行验证。同时研究了总剂量效应的原理并提出抗总剂量效应加固措施。(4)基于华润上华(CSMC)0.5μm CMOS工艺库并结合电子科技大学铁电薄膜制备工艺,完成了一款512bit并行抗辐照铁电存储器的电路设计与版图设计,对完成的设计进行仿真验证。
【关键词】：辐照效应 单粒子效应 总剂量效应 抗辐照加固 抗辐照铁电存储器
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 半导体存储器介绍9-11
• 1.2 铁电存储器的优点及应用11-12
• 1.3 辐照环境以及抗辐照加固方法介绍12-14
• 1.3.1 空间环境介绍12-13
• 1.3.2 单粒子效应及其影响13
• 1.3.3 总剂量效应介绍及其影响13-14
• 1.3.4 抗辐照加固技术14
• 1.4 铁电存储器国内外研究状况14-16
• 1.4.1 国外研究现状14-16
• 1.4.2 国内研究现状16
• 1.5 本文主要研究内容16-18
• 第二章 铁电存储器相关理论研究18-27
• 2.1 铁电材料及铁电效应18
• 2.2 FRAM读写原理18-21
• 2.2.1 FRAM存储单元结构18-20
• 2.2.2 2T-2C存储单元读写时序20-21
• 2.3 FRAM模块设计21-26
• 2.3.1 阵列设计21-22
• 2.3.2 地址通路设计22-24
• 2.3.3 数据通路设计24-25
• 2.3.4 电荷泵25-26
• 2.3.5 时序控制单元26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 辐照效应研究与抗辐照加固27-44
• 3.1 SEU辐照效应研究27-36
• 3.1.1 sentaurus器件仿真平台27-28
• 3.1.2 NMOS器件模型28-30
• 3.1.3 NMOS器件I-V特性仿真30-31
• 3.1.4 NMOS晶体管单粒子效应仿真31-36
• 3.2 抗辐照加固技术36-43
• 3.2.1 抗单粒子翻转锁存器设计36-40
• 3.2.2 抗单粒子闩锁加固措施与版图的模块设计40-42
• 3.2.3 抗总剂量加固措施42-43
• 3.3 本章小结43-44
• 第四章 抗辐照铁电存储器设计与实现44-54
• 4.1 抗辐照铁电存储器电路设计44-46
• 4.1.1 FRAM整体设计与模块划分44-45
• 4.1.2 FRAM读写时序45
• 4.1.3 DICE抗单粒子加固45-46
• 4.2 FRAM整体电路仿真46
• 4.3 FRAM版图设计46-51
• 4.3.1 版图设计流程47-48
• 4.3.2 环形栅与半环形栅以及保护环加固措施48
• 4.3.3 存储单元及阵列版图模块48-49
• 4.3.4 字线地址译码驱动及电荷泵版图模块49
• 4.3.5 敏感放大器版图模块49
• 4.3.6 端口设计49-50
• 4.3.7 其他模块版图设计50
• 4.3.8 电源网格与布局布线50-51
• 4.3.9 版图验证51
• 4.4 版图的后仿真51-53
• 4.4.1 寄生参数的提取51-52
• 4.4.2 后仿真结果52-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第五章 总结与展望54-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-60
• 攻读硕士学位期间取得的成果60-61

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本文编号：545080