DRAM单粒子翻转加固方法研究

发布时间：2017-08-28 20:20

  本文关键词：DRAM单粒子翻转加固方法研究

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【摘要】：高能粒子轰击半导体时,粒子轨迹淀积的电荷被敏感节点收集,将导致存储器数据发生单粒子翻转效应。动态随机存储器(DRAM)单元成本低,集成度高,是目前使用最广泛的半导体存储器。随着DRAM往更高容量的方向发展,其发生单粒子翻转的概率在逐渐增加,需结合不同的加固方法来提高其可靠性。本文主要从DRAM存储颗粒和纠检码两个方面对DRAM单粒子翻转加固方法进行了研究。本文基于DRAM工作原理,分析了其单粒子翻转效应机理,并建立读写电路模型和存储单元器件模型,完成了漏斗模型验证及单粒子翻转仿真,得出存储单元翻转LET阈值为0.06pC/μm。然后结合存储节点自举型(SNB)和单元极板连至互补位线(C3)两种存储颗粒加固设计的优点,提出自举型C3结构,该结构通过控制存储单元极板电压增大存储电荷量,并增加晶体管连接单元极板与互补位线,使得读操作时位线、互补位线和存储电容共同参与电荷的重新分配,增大了读出信号。本文提出的存储颗粒加固设计增大了DRAM存储单元临界电荷,将翻转LET阈值提高至0.55pC/μm,降低了发生单粒子翻转的概率。存储颗粒加固设计能直接提高DRAM对单粒子翻转的抵抗力,但是一旦辐射剂量超过翻转阈值则数据失效,因此需结合纠检码来恢复数据。本文基于线性分组码原理,分析了一位错误纠检、两位错误检测、相邻两位错误纠正(SEC-DED-DAEC)码的构造规则。为了降低非相邻两位错误误纠率,通过添加重量为5的矢量优化了校验矩阵的解空间,并采用贪心算法结合回溯算法对校验矩阵进行了搜索求解,完成了(22,16)、(39,32)、(72,64)编码的构造。在此基础上,通过增加一位冗余位的方法提高了校正子的多样性,并采用本文算法分别完成了(23,16)、(40,32)、(73,64)编码的构造,非相邻两位错误误纠率降低了7%左右。基于存储器可靠性模型,对未加固、使用纠一检二码加固和使用SEC-DED-DAEC码加固这三种情况的存储器平均无故障时间(MTTF)进行了分析对比,结果表明SEC-DED-DAEC码加固后存储器的MTTF比未加固平均提高了200倍,比纠一检二码加固的MTTF平均提高了20%。最后根据SEC-DED-DAEC码校验矩阵,用verilog语言完成了(23,16)编码纠检错电路的设计,并进行了功能仿真与验证。在SMIC 0.13μm工艺下对电路进行了逻辑综合,与同类编码相比,本文设计的编码其开销降低了6.2%。
【关键词】：动态随机存储器 单粒子翻转 纠检码 LET阈值 平均无故障时间
【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】：2015
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符号对照表11-12
• 缩略语对照表12-15
• 第一章 绪论15-23
• 1.1 研究背景15-19
• 1.1.1 单粒子效应产生环境15-16
• 1.1.2 单粒子效应对器件的影响16-17
• 1.1.3 单粒子效应加固方法17-19
• 1.2 研究现状19-20
• 1.3 本文主要工作及内容安排20-23
• 第二章 DRAM单粒子翻转效应分析23-33
• 2.1 DRAM电路结构23-27
• 2.1.1 存储单元结构23-24
• 2.1.2 位线结构24-25
• 2.1.3 外围电路25-27
• 2.2 DRAM读写原理27-28
• 2.3 DRAM单粒子翻转效应机理28-31
• 2.3.1 电荷收集机理28
• 2.3.2 单粒子翻转判定28-30
• 2.3.3 DRAM单粒子翻转过程分析30-31
• 2.4 DRAM单粒子翻转类型31-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 DRAM存储颗粒单粒子翻转加固设计33-53
• 3.1 DRAM功能仿真33-35
• 3.2 DRAM单粒子效应仿真35-40
• 3.2.1 Sentaurus TCAD介绍35-36
• 3.2.2 存储单元单粒子效应仿真36-39
• 3.2.3 翻转LET阈值仿真39-40
• 3.3 相关加固方法40-44
• 3.3.1 存储节点自举型结构40-42
• 3.3.2 电容极板连至互补位线结构42-44
• 3.4 存储颗粒加固设计44-49
• 3.4.1 加固原理44-46
• 3.4.2 时序分析46-47
• 3.4.3 CPL寄生电容的影响47-49
• 3.5 加固设计性能分析49-51
• 3.5.1 抗SEU性能分析49-50
• 3.5.2 其他性能分析50-51
• 3.6 本章小结51-53
• 第四章 相邻双错纠检码设计53-69
• 4.1 纠检码介绍53-54
• 4.2 相邻双错纠检码原理54-57
• 4.2.1 线性分组码55-56
• 4.2.2 相邻双错纠检码的构造规则56-57
• 4.3 低误纠率相邻双错纠检码构造算法57-62
• 4.3.1 算法设计57-59
• 4.3.2 算法实现59-60
• 4.3.3 低误纠率SEC-DED-DAEC码60-62
• 4.4 相邻双错纠检码抗SEU性能分析62-64
• 4.5 ECC电路的设计64-68
• 4.5.1 编码器64-65
• 4.5.2 译码器65-66
• 4.5.3 ECC电路功能仿真66-67
• 4.5.4 电路综合67-68
• 4.6 本章小结68-69
• 第五章 总结与展望69-71
• 参考文献71-75
• 致谢75-77
• 作者简介77-78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 李飞;安海华;;0.18μm NMOS的重离子单粒子瞬态脉冲的仿真模拟[J];电子器件;2011年05期

2 刘必鎏;杨平会;蒋孟虎;王雯雯;张磊;;航天器单粒子效应的防护研究[J];航天器环境工程;2010年06期

3 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

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本文编号：749261