基于SOI CMOS的SRAM单粒子翻转效应参数提取技术研究

发布时间：2017-08-16 21:17

  本文关键词：基于SOI CMOS的SRAM单粒子翻转效应参数提取技术研究

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【摘要】：本论文受国家973基金项目“SOI器件抗辐照项目（No.6131720303）”的支持。随着航天事业和核技术的发展，人们对微电子器件的高性能和高可靠性有了更迫切的需求。在外空间和核爆等辐射环境中，存在多种射线和粒子，会引发电路的各种不良效应，甚至使整个电路受到损坏，造成不可预测的严重后果。并且随着集成电路工艺技术的提高，器件的尺寸也越来越小，单粒子效应对航天环境中电子设备的造成的影响也越来越严重。与传统的体硅器件相比，SOI器件具有更强的抗单粒子翻转效应能力。而且SOI技术彻底消除了体硅MOS器件的闩锁效应，其电路还具有速度高、功耗低、集成度高等许多优点，因此SOI技术被广泛应用于军事航天电子中。 6T SRAM是由两个反相器构成的双稳态电路，是航天电子系统中对单粒子效应敏感的存储单元。为了能够简单快速地模拟6T SRAM的单粒子翻转效应并提取关键参数。本论文主要对基于SOI CMOS的6T SRAM的单粒子翻转效应的进行计算机仿真，获得翻转阈值、临界电荷、恢复时间和功耗等关键参数，，对新型SOI MOS器件的抗单粒子特性进行评估。首先用器件仿真软件ISE-TCAD对单粒子条件下的单个SOI NMOS器件进行二维数值模拟，分析粒子LET值、漏极偏置电压、入射位置和入射角度这四种因素对瞬态脉冲电流的影响，在此基础上得到最坏情况下的单粒子入射SOI NMOS器件产生的瞬态脉冲电流。威布尔分布函数是可靠性研究领域中使用最为广泛的模型，形状参数的存在，使得威布尔分布函数模型在曲线的拟合上十分灵活。利用Matlab软件将原始脉冲电流数据拟合成威布尔分布函数，得到威布尔分布函数的三个特征参数。将分段线性模型脉冲电流加入到Hspice仿真网表中，使用电路级仿真得到SRAM单元的翻转阈值、临界电荷等关键参数。将分段线性模型和威布尔分布模型仿真结果做对比，二者几乎一致。同时对6T SRAM进行混合级仿真并获得关键参数。当空间中的器件和集成电路暴露在总剂量电离辐射环境下，SOI器件的抗单粒子特性会恶化。因此，本文也研究了不同总剂量辐照对SRAM单粒子翻转效应的影响，并和单粒子条件下的仿真结果做对比，发现总剂量耦合条件下SOI MOS器件的抗单粒子翻转特性有所恶化。最后对加固型ROCK SRAM进行单粒子翻转效应仿真，并和未加固的6T SRAM进行对比。
【关键词】：SOI SRAM 单粒子翻转 翻转阈值 临界电荷
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 引言10
• 1.2 SOI 技术10-12
• 1.3 辐照效应12-14
• 1.3.1 单粒子效应13-14
• 1.3.2 总剂量效应14
• 1.4 本文主要工作14-16
• 第二章 SOI 器件的单粒子翻转效应16-32
• 2.1 SOI 器件中的单粒子翻转效应16-19
• 2.1.1 单粒子翻转效应16-17
• 2.1.2 SOI NMOS 中的单粒子效应17-19
• 2.2 单粒子入射产生的脉冲电流19-26
• 2.2.1 SOI MOS 器件的二维模型20-21
• 2.2.2 物理模型及仿真流程21-22
• 2.2.3 不同因素对瞬态电流的影响22-25
• 2.2.4 单粒子入射 SOI NMOS 的最大脉冲电流25-26
• 2.3 瞬态电流脉冲 Weibull 模型建模26-29
• 2.3.1 Weibull 模型和特征参数推导26-28
• 2.3.2 Weibull 模型拟合28-29
• 2.4 本章小结29-32
• 第三章 6TSRAM 的单粒子翻转效应32-50
• 3.1 6T SRAM 单粒子翻转效应32-35
• 3.1.1 引言32
• 3.1.2 6T SRAM 的单粒子翻转效应原理32-35
• 3.2 电路级仿真35-39
• 3.2.1 基于 SOI CMOS 的 SRAM 单粒子翻转效应电路级仿真35-38
• 3.2.2 基于 weibull 模型的电路级仿真38-39
• 3.3 混合级仿真39-42
• 3.4 总剂量耦合条件下的 SRAM 单粒子翻转效应42-48
• 3.4.1 总剂量耦合条件下的脉冲电流42-44
• 3.4.2 电路级仿真44-45
• 3.4.3 总剂量耦合条件下的关键参数45-48
• 3.5 本章小结48-50
• 第四章 单粒子效应模拟方法在 SRAM 加固设计中的应用50-54
• 4.1 引言50-51
• 4.2 加固存储单元的单粒子翻转效应仿真51-54
• 4.2.1 基于 SOI 的 ROCK 单元的单粒子翻转效应仿真51-54
• 第五章 总结和展望54-56
• 致谢56-58
• 参考文献58-62

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 郭红霞,张义门,陈雨生,周辉,肖伟坚,龚仁喜,贺朝会,龚建成;MOSFET单粒子翻转效应的二维数值模拟[J];西安电子科技大学学报;2002年04期

2 卓青青;刘红侠;郝跃;;NMOS器件中单粒子瞬态电流收集机制的二维数值分析[J];物理学报;2012年21期

本文编号：685561