Buffer单元单粒子效应及其若干影响因素研究

基于标准0.13μm工艺使用Sentaurus TCAD软件采用3D器件/电路混合模拟方式仿真了buffer单元的单粒子瞬态脉冲。通过改变重离子的入射条件,得到了一系列单粒子瞬态电流脉冲(SET)。分析了LET值、入射位置、电压偏置等重要因素对SET峰值和脉宽的影响。研究发现,混合模式仿真中的上拉补偿管将导致实际电路中SET脉冲的形状发生明显的变化。     

基于四值脉冲参数模型的单粒子瞬态传播机理与软错误率分析方法

随着工艺尺寸的不断缩小,由单粒子瞬态(Single Event Transient, SET)效应引起的软错误已经成为影响宇航用深亚微米VLSI电路可靠性的主要威胁,而SET脉冲的产生和传播也成为电路软错误研究的热点问题。通过研究SET脉冲在逻辑链路中的传播发现:脉冲上升时间和下降时间的差异能够引起输出脉冲宽度的展宽或衰减;脉冲的宽度和幅度可决定其是否会被门的电气效应所屏蔽。该文提出一种四值脉冲参数模型可准确模拟SET脉冲形状,并采用结合查找表和经验公式的方法来模拟SET脉冲在电路中的传播过程。该文提出的四值脉冲参数模型可模拟SET脉冲在传播过程中的展宽和衰减效应,与单参数脉冲模型相比计算精度提高了2.4%。该文应用基于图的故障传播概率算法模拟SET脉冲传播过程中的逻辑屏蔽,可快速计算电路的软错误率。对ISCAS89及ISCAS85电路进行分析的实验结果表明:该方法与HSPICE仿真方法的平均偏差为4.12%,计算速度提升10000倍。该文方法可对大规模集成电路的软错误率进行快速分析。     

0.18μm NMOS的重离子单粒子瞬态脉冲的仿真模拟

为了详细地了解纳米MOS电路中单粒子瞬变电荷收集机理,利用ISETCAD软件仿真二维模拟0.18μm NMOS的单粒子瞬态脉冲。通过进行三种不同的电路连接方式和不同的粒子注入位置的仿真,得到了一系列单粒子瞬态电流脉冲(SET)与时间的关系曲线。分析了不同电路连接方式和注入位置对SET的峰值和脉宽的影响。为下一步建立SET的精确模型进行SET效应的模拟做基础的研究。     

0.18um NMOS的重离子单粒子瞬态脉冲的仿真模拟

摘要：为了详细的了解纳米MOS电路中单粒子瞬变电荷收集机理,利用ISETCAD软件仿真二维模拟0.18um NMOS的单粒子瞬态脉冲。通过进行三种不同的电路连接方式和不同的粒子注入位置的仿真,得到了一系列单粒子瞬态电流脉冲（SET）与时间的关系曲线。分析了不同电路连接方式和注入位置对SET的峰值和脉宽的影响。为下一步建立SET的精确模型进行SET效应的模拟做基础的研究。     

脉冲激光试验评估模拟电路单粒子效应

利用脉冲激光对典型模拟电路的单粒子效应进行了试验评估及加固技术试验验证,研究2种不同工艺的运算放大器的单粒子瞬态脉冲(SET)效应,在特定工作条件下两者SET脉冲特征规律及响应阈值分别为79.4 pJ和115.4 pJ,分析了SET脉冲产生和传播特征及对后续数字电路和电源模块系统电路的影响。针对SET效应对系统电路的危害性,设置了合理的滤波电路来完成系统电路级加固,并通过了相关故障注入试验验证,取得了较好的加固效果。     

器件与电路参数对SET波形影响仿真研究

利用Sentaurus TCAD仿真软件,建立并校准了MOSFET仿真模型。分析了NMOS器件在重离子轰击下产生的SET波形。结果表明,轰击位置在漏极且入射角呈120°时,器件具有最大的峰值电流。通过建立MIX、TCAD、SPICE三种反相器模型并施加重离子轰击,研究了不同模拟方式下电路响应对SET波形的影响,指出了采用双指数电流源在SPICE电路中模拟的不准确性。采用MIX模型探究了器件结构及电路环境对SET波形的影响。结果表明,LET能量、栅极长度、轨电压和负载电容都会对SET波形脉宽及平台电流大小产生显著影响,说明了建立SET模拟波形时须综合考虑这些因素。     

负偏置温度不稳定性导致单粒子瞬态脉冲的压缩与展宽

摘要：本文基于3D TCAD 器件模拟,研究了130nm体硅工艺下,负偏置温度不稳定性（NBTI）对单粒子瞬态（SET）脉冲的影响。研究结果表明：当粒子轰击高输入反相器的PMOS管时,NBTI能够导致所产生的SET脉冲的宽度和幅度随时间不断压缩,当粒子轰击低输入反相器的NMOS管时,NBTI能够导致所产生的SET脉冲的宽度和幅度随时间不断展宽。基于研究结果,本文首次提出：NBTI对粒子轰击NMOS管所产生的SET脉冲的影响已经十分严重,在进行抗辐照加固设计时必须考虑NBTI所造成的影响。     

NBTI效应导致SET脉冲在产生与传播过程中的展宽

本文研究了负偏置温度不稳定性(NBTI)对单粒子瞬态(SET)脉冲产生与传播过程的影响.研究结果表明:NBTI能够导致SET脉冲在产生与传播的过程中随时间而不断展宽.本文还基于工艺计算机辅助设计模拟软件(TCAD)进行器件模拟,提出了一种在130nm体硅工艺下,计算SET脉冲宽度的解析模型,并结合NBTI阈值电压退化的...     

基于向量传播的单粒子瞬态模拟方法研究

提出了一种基于向量传播的单粒子瞬态(SET)模拟方法。基于4值参数的模型来表征SET脉冲的形状,建立脉冲参数传播的数据库。使用查找表及经验公式来计算SET脉冲形状参数在逻辑门节点之间的传播。为了模拟SET脉冲在传播过程中的重汇聚,定义了4种重汇聚模式,并给出对应的等效脉冲计算方法。提出的基于向量传播的分析算法能够对SET脉冲的产生、传播及捕获过程进行精确分析。ISCAS''89电路的实验结果表明,该方法与Hspice仿真方法的平均误差为1.827%,计算速度提升了1 700倍。在不损失精度的前提下,该方法可对VLSI电路在通用或特定测试向量下的可靠性进行快速自动分析。     

运放和光耦的单粒子瞬态脉冲效应

利用脉冲激光模拟单粒子效应实验装置研究了通用运算放大器LM124J和光电耦合器HCPL5231的单粒子瞬态脉冲（SET）效应,获得了LM124J工作在电压跟随器模式下的瞬态脉冲波形参数与等效LET值的关系,甄别出该器件SET效应的敏感节点分布.初步分析了SET效应产生的机理.以HCPL5231为例,首次利用脉冲激光测试了光电耦合器的单粒子瞬态脉冲幅度、宽度与等效LET值的关系,并尝试测试了该光电耦合器的SET截面,实验结果与其他作者利用重离子加速器得到的数据符合较好,证实了脉冲激光测试器件单粒子效应的有效性.     

Single event transient pulse width measurement of 65-nm bulk CMOS circuits

Heavy ion results of a 65-nm CMOS SET pulse width testchip are given. The influences of device threshold voltage, temperature and well separation on pulse width are discussed. Experimental data implied that the low device threshold, high temperature and well speraration would contribute to wider SET. The multi-peak phenomenon in the distribution of SET pulse width was first observed and its dependence on various factors is also discussed.     

基于保护门的纳米CMOS电路抗单粒子瞬态加固技术研究

随着器件特征尺寸的缩减,单粒子瞬态效应(SET)成为空间辐射环境中先进集成电路可靠性的主要威胁之一。基于保护门,提出了一种抗SET的加固单元。该加固单元不仅可以过滤组合逻辑电路传播的SET脉冲,而且因逻辑门的电气遮掩效应和电气隔离,可对SET脉冲产生衰减作用,进而减弱到达时序电路的SET脉冲。在45 nm工艺节点下,开展了电路的随机SET故障注入仿真分析。结果表明,与其他加固单元相比,所提出的加固单元的功耗时延积(PDP)尽管平均增加了17.42%,但容忍SET的最大脉冲宽度平均提高了113.65%,且时延平均降低了38.24%。     

基于互连线延时的SET脉冲宽度评估模型

研究了互连线延时对单粒子瞬态脉冲效应的影响。研究发现,随着互连线长度的增加,瞬态脉冲首先被展宽,在一定距离后,脉冲宽度衰减为零。基于此研究结果,提出了脉冲宽度随互连线长度变化的数学解析模型。在SMIC 130 nm、90 nm CMOS工艺下,采用Spice软件对应用该数学解析模型的多种器件进行验证。结果表明,该数学解析模型的计算值与仿真值误差最大为6.09%,最小为0.37%。该模型提高了单粒子瞬态脉冲宽度的评估准确度,可应用于单粒子瞬态脉冲效应的硬件加速模拟。     

Improved on-chip self-triggered single-event transient measurement circuit design and applications

Single-event transient (SET) induced soft errors are becoming more and more a threat to the reliability of electronic systems in space. The SET pulse width is an important parameter characterizing the possibility of an SET being latched by a sequential element such as a flip-flop. This paper improves the widely used on-chip self-triggered SET measurement circuit by changing it from a single SET measurement module to a combination of two modules. One module is responsible for measuring narrow SET pulse widths while the other is responsible for measuring modest and wide SET pulse widths. In this way, the range of measurable SET pulse width is increased. Pulsed laser facility is used to simulate single-event transients induced by single-particles. Experimental results demonstrate that the minimum accurately measured SET pulse width is decreased from 166.5 ps to 33.3 ps after adopting the proposed design when compared with the original one. SET pulse width broadening effect was also observed using the measurement system. The broadening factor was measured to be 0.123–0.143 ps/inverter.     

Negative bias temperature instability induced single event transient pulse narrowing and broadening

The effect of negative bias temperature instability(NBTI) on a single event transient(SET) has been studied in a 130 nm bulk silicon CMOS process based on 3D TCAD device simulations.The investigation shows that NBTI can result in the pulse width and amplitude of SET narrowing when the heavy ion hits the PMOS in the high-input inverter;but NBTI can result in the pulse width and amplitude of SET broadening when the heavy ion hits the NMOS in the low-input inverter.Based on this study,for the first time we ...