基于SOI CMOS的SRAM单粒子翻转效应参数提取技术研究

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。

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第一章 绪 论

1.1引言

1.2 SOI技术

1.3 辐照效应

1.4本文主要工作

第二章SOI器件的单粒子翻转效应

2.1 SOI器件中的单粒子翻转效应

2.2单粒子入射产生的脉冲电流

2.3 瞬态电流脉冲Weibull模型建模

2.4 本章小结

第三章 6TSRAM的单粒子翻转效应

3.1 6T SRAM单粒子翻转效应

3.2 电路级仿真

3.3混合级仿真

3.4总剂量耦合条件下的SRAM单粒子翻转效应

3.5本章小结

第四章 单粒子效应模拟方法在SRAM加固设计中的应用

4.1 引言

4.2加固存储单元的单粒子翻转效应仿真

第五章 总结和展望

致谢

参考文献