深亚微米下的中子多比特翻转截面的预测研究
发布时间：2020-12-02 17:34
中子辐射存在于大气层、地表、核爆等环境中,其引发的单粒子效应对航空航天的电子设备稳定工作有较大的影响。随着集成电路工艺朝着小尺寸的方向发展,使得构成SRAM（Static Random-Access Memory）单元的晶体管面积减小、晶体管之间的间距减小,从而单一中子辐射产生多比特翻转的情形经常出现。电荷共享效应是中子等粒子造成多比特翻转的重要原因,工艺尺寸变小使得单粒子效应产生的电荷更容易被多个晶体管器件收集。工艺尺寸变化使得晶体管电荷收集的范围发生改变,从而影响提取的敏感体参数,对中子单粒子翻转截面造成影响。RPP（Rectangular Parallelepiped）模型被广泛运用于各种单粒子仿真的敏感体中,但随着工艺尺寸的变小,其关于电荷收集的误差也在增大。针对以上问题,本文从器件电路级和核反应级出发,使用Sentaurus TCAD（Technology Computer Aided Design）工具仿真研究了电荷共享效应,使用Geant4工具预测研究了中子多比特翻转效应,研究工作概述如下:1、针对中芯国际40nm的体硅工艺,建立了NMOS、PMOS的器件模型,并与该工艺...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
卫星故障发生原因统计[1]
电子科技大学硕士学位论文20图3-1SDE中建立包含5个NMOS的器件模型3.1.2网格生成工具简介Sentaurus内置的网格生成工具是基于有限元的网格生成工具，运用了多种算法以及一些创新的思路为2D和3D设备提供高质量的空间离散化，可应用在半导体器件仿真、工艺仿真等方面。网格生成工具可以被其他一些工具调用，例如在SDE工具中在可以通过Scheme脚本调用网格生成工具，网格生成工具也可以直接在Linux终端上运行。在SentaurusTCAD中内置了三种不同的网格生成工具，分别是Mesh、Noffset3D、SentaurusMesh（SNMesh），根据需要的不同选择相应的网格生成工具。Noffset3D是一种先进的前向网格生成器，能够生成二维三角形网格和三维四面体网格，产生的网格可以包含几乎平行于给定半导体器件结构表面的元素层。Mesh是一个轴向的网格生成器，在2D中生成没有钝角的网格，在3D中产生较少限制的Delaunay网格。Mesh能够读入.bnd、.cmd类型的文件，通过Mesh工具可以生成包含器件结构以及网格结构的tdr文件，Mesh也能够读入tdr格式的文件，但使用时要注意命名重叠问题。SentaurusMesh是一款强大的网格生成器，能够生成轴向网格、张量积网格以及二维和三维的分层网格，还提供了一套工具，可以对边界表示和网格进行操作。根据三种不同网格生成工具的特性可知，Noffset3D适合于在器件模型表面主要由非轴向和曲向构成的情况，Mesh适合于器件表面由轴向构成的情况，SentaurusMesh适合于器件模型表面大多数是由轴向构成的情况。本文建立的器件模型是普
第三章基于TCAD的器件建模及电荷共享效应研究21通的体硅MOSFET，不适合于用Noffset3D来生成网格，为了对比两种MESH工具的不同，在SDE编辑好器件结构之后分别采用Mesh和SNMesh两种工具进行网格生成，SNMesh使用默认参数，Mesh使用“-P-Ftdr”参数，建立好的两个器件模型仅网格生成工具的不同。图3-2(a)、(b)分别是使用SNMesh和Mesh工具生成的器件模型沿Z轴的平面截图，由截图可以看出，SNMesh生成的网格比较规整，包含的网格点数较多。(a)(b)图3-2两种MESH工具生成的器件模型沿Z轴的截面图。(a)SNMesh；(b)Mesh在一些网格生成的情况下，用SNMesh工具生成网格效果比Mesh工具生成的要好，但是SNMesh生成网格的模型可能在器件仿真中消耗更多的时间，本文在使用两种工具进行同等器件仿真操作时发现SNMesh网格仿真消耗的时间是Mesh的数倍。此外，无论使用Mesh还是SNMesh生成网格，网格大小的定义很重要，较密网格可以得到更高的准确度，但是在SDevice仿真时将消耗更多的时间，而SDevice工具仿真一般比较耗时，因此在选择Mesh工具时需要在准确度和时间上进行衡量。在生成网格时，往往是分区域网格划分，在需要精密的地方进行密集的网格布局，不合理的网格可能在SDevice仿真中造成收敛问题。3.1.3SDevice工具简介SentaurusDevice是通过数值模拟的方式来对器件进行模拟的，根据一系列的方程来计算电流、电压、电荷的值，它的计算是基于一个个离散的网格点，所以只是对原始设备的近似模拟，模拟的准确度与网格的划分有关。SDevice支持1D、2D、3D仿真，支持器件仿真和器件级-Spice电路级混合仿真，混合仿真不局限于单个器件的仿真，可以将多个不同的器件模型放在一起仿真，并可以为不同的器件模型指定不同的物理模型，提高了仿真的灵活度。
【参考文献】：
期刊论文
[1]应用中国散裂中子源9号束线端研究65 nm微控制器大气中子单粒子效应[J]. 胡志良,杨卫涛,李永宏,李洋,贺朝会,王松林,周斌,于全芝,何欢,谢飞,白雨蓉,梁天骄. 物理学报. 2019(23)
[2]粒子入射条件对28 nm SRAM单元单粒子电荷共享效应影响的TCAD仿真研究[J]. 金鑫,唐民,于庆奎,张洪伟,梅博,孙毅,唐路平. 电子与封装. 2019(06)
[3]中国散裂中子源在大气中子单粒子效应研究中的应用评估[J]. 王勋,张凤祁,陈伟,郭晓强,丁李利,罗尹虹. 物理学报. 2019(05)
[4]临近空间中子辐射环境分析及其引起的单粒子效应预计研究[J]. 张战刚,雷志锋,师谦,岳龙,黄云,恩云飞. 空间科学学报. 2018(04)
[5]一种抗单粒子多节点翻转的存储单元[J]. 胡春艳,岳素格,陆时进,刘琳,张晓晨. 微电子学. 2018(03)
[6]65 nm体硅工艺NMOS中单粒子多瞬态效应的研究[J]. 梁永生,吴郁,郑宏超,李哲. 电子科技. 2018(01)
[7]体硅90nm SRAM重离子单粒子多位翻转实验和数值模拟[J]. 罗尹虹,张凤祁,郭红霞,陈伟,丁李利. 现代应用物理. 2017(01)
[8]中子单粒子效应研究现状及进展[J]. 杨善潮,齐超,刘岩,郭晓强,金晓明,陈伟,白小燕,林东生,王桂珍,王晨辉,李斌. 强激光与粒子束. 2015(11)
[9]中子单粒子效应TCAD仿真[J]. 解磊,代刚,李顺,梁堃. 强激光与粒子束. 2015(08)
[10]一种新颖高效抗SEU/SET锁存器设计[J]. 梁华国,王旭明,黄正峰. 微电子学与计算机. 2014(07)
博士论文
[1]重离子辐照微纳级SRAM器件单粒子效应研究[D]. 王斌.中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所) 2017
[2]影响纳米CMOS器件单粒子效应电荷收集共享关键问题研究[D]. 王天琦.哈尔滨工业大学 2016
[3]辐照环境中通信数字集成电路软错误预测建模研究[D]. 周婉婷.电子科技大学 2014
[4]集成电路单粒子效应建模与加固方法研究[D]. 刘必慰.国防科学技术大学 2009
本文编号：2895556
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
卫星故障发生原因统计[1]
电子科技大学硕士学位论文20图3-1SDE中建立包含5个NMOS的器件模型3.1.2网格生成工具简介Sentaurus内置的网格生成工具是基于有限元的网格生成工具，运用了多种算法以及一些创新的思路为2D和3D设备提供高质量的空间离散化，可应用在半导体器件仿真、工艺仿真等方面。网格生成工具可以被其他一些工具调用，例如在SDE工具中在可以通过Scheme脚本调用网格生成工具，网格生成工具也可以直接在Linux终端上运行。在SentaurusTCAD中内置了三种不同的网格生成工具，分别是Mesh、Noffset3D、SentaurusMesh（SNMesh），根据需要的不同选择相应的网格生成工具。Noffset3D是一种先进的前向网格生成器，能够生成二维三角形网格和三维四面体网格，产生的网格可以包含几乎平行于给定半导体器件结构表面的元素层。Mesh是一个轴向的网格生成器，在2D中生成没有钝角的网格，在3D中产生较少限制的Delaunay网格。Mesh能够读入.bnd、.cmd类型的文件，通过Mesh工具可以生成包含器件结构以及网格结构的tdr文件，Mesh也能够读入tdr格式的文件，但使用时要注意命名重叠问题。SentaurusMesh是一款强大的网格生成器，能够生成轴向网格、张量积网格以及二维和三维的分层网格，还提供了一套工具，可以对边界表示和网格进行操作。根据三种不同网格生成工具的特性可知，Noffset3D适合于在器件模型表面主要由非轴向和曲向构成的情况，Mesh适合于器件表面由轴向构成的情况，SentaurusMesh适合于器件模型表面大多数是由轴向构成的情况。本文建立的器件模型是普
第三章基于TCAD的器件建模及电荷共享效应研究21通的体硅MOSFET，不适合于用Noffset3D来生成网格，为了对比两种MESH工具的不同，在SDE编辑好器件结构之后分别采用Mesh和SNMesh两种工具进行网格生成，SNMesh使用默认参数，Mesh使用“-P-Ftdr”参数，建立好的两个器件模型仅网格生成工具的不同。图3-2(a)、(b)分别是使用SNMesh和Mesh工具生成的器件模型沿Z轴的平面截图，由截图可以看出，SNMesh生成的网格比较规整，包含的网格点数较多。(a)(b)图3-2两种MESH工具生成的器件模型沿Z轴的截面图。(a)SNMesh；(b)Mesh在一些网格生成的情况下，用SNMesh工具生成网格效果比Mesh工具生成的要好，但是SNMesh生成网格的模型可能在器件仿真中消耗更多的时间，本文在使用两种工具进行同等器件仿真操作时发现SNMesh网格仿真消耗的时间是Mesh的数倍。此外，无论使用Mesh还是SNMesh生成网格，网格大小的定义很重要，较密网格可以得到更高的准确度，但是在SDevice仿真时将消耗更多的时间，而SDevice工具仿真一般比较耗时，因此在选择Mesh工具时需要在准确度和时间上进行衡量。在生成网格时，往往是分区域网格划分，在需要精密的地方进行密集的网格布局，不合理的网格可能在SDevice仿真中造成收敛问题。3.1.3SDevice工具简介SentaurusDevice是通过数值模拟的方式来对器件进行模拟的，根据一系列的方程来计算电流、电压、电荷的值，它的计算是基于一个个离散的网格点，所以只是对原始设备的近似模拟，模拟的准确度与网格的划分有关。SDevice支持1D、2D、3D仿真，支持器件仿真和器件级-Spice电路级混合仿真，混合仿真不局限于单个器件的仿真，可以将多个不同的器件模型放在一起仿真，并可以为不同的器件模型指定不同的物理模型，提高了仿真的灵活度。
【参考文献】：
期刊论文
[1]应用中国散裂中子源9号束线端研究65 nm微控制器大气中子单粒子效应[J]. 胡志良,杨卫涛,李永宏,李洋,贺朝会,王松林,周斌,于全芝,何欢,谢飞,白雨蓉,梁天骄. 物理学报. 2019(23)
[2]粒子入射条件对28 nm SRAM单元单粒子电荷共享效应影响的TCAD仿真研究[J]. 金鑫,唐民,于庆奎,张洪伟,梅博,孙毅,唐路平. 电子与封装. 2019(06)
[3]中国散裂中子源在大气中子单粒子效应研究中的应用评估[J]. 王勋,张凤祁,陈伟,郭晓强,丁李利,罗尹虹. 物理学报. 2019(05)
[4]临近空间中子辐射环境分析及其引起的单粒子效应预计研究[J]. 张战刚,雷志锋,师谦,岳龙,黄云,恩云飞. 空间科学学报. 2018(04)
[5]一种抗单粒子多节点翻转的存储单元[J]. 胡春艳,岳素格,陆时进,刘琳,张晓晨. 微电子学. 2018(03)
[6]65 nm体硅工艺NMOS中单粒子多瞬态效应的研究[J]. 梁永生,吴郁,郑宏超,李哲. 电子科技. 2018(01)
[7]体硅90nm SRAM重离子单粒子多位翻转实验和数值模拟[J]. 罗尹虹,张凤祁,郭红霞,陈伟,丁李利. 现代应用物理. 2017(01)
[8]中子单粒子效应研究现状及进展[J]. 杨善潮,齐超,刘岩,郭晓强,金晓明,陈伟,白小燕,林东生,王桂珍,王晨辉,李斌. 强激光与粒子束. 2015(11)
[9]中子单粒子效应TCAD仿真[J]. 解磊,代刚,李顺,梁堃. 强激光与粒子束. 2015(08)
[10]一种新颖高效抗SEU/SET锁存器设计[J]. 梁华国,王旭明,黄正峰. 微电子学与计算机. 2014(07)
博士论文
[1]重离子辐照微纳级SRAM器件单粒子效应研究[D]. 王斌.中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所) 2017
[2]影响纳米CMOS器件单粒子效应电荷收集共享关键问题研究[D]. 王天琦.哈尔滨工业大学 2016
[3]辐照环境中通信数字集成电路软错误预测建模研究[D]. 周婉婷.电子科技大学 2014
[4]集成电路单粒子效应建模与加固方法研究[D]. 刘必慰.国防科学技术大学 2009
本文编号：2895556
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