SRAM单元单粒子翻转效应的电路模拟

在三维器件数值模拟的基础上,以经典的双指数模型为原型通过数值拟合得到了单粒子效应瞬态电流脉冲的表达式,在理论分析的基础上,引入了描述晶体管偏压和瞬态电流关系的方程,并将其带入电路模拟软件HSPICE中进行SRAM存储单元单粒子翻转效应的电路模拟,最后分别使用电路模拟和混合模拟两种方法得到了存储单元的LET阈值,通过在精度和时间开销上的对比,验证了这种模拟方法的实用性.     

SRAM单元单粒子翻转效应的电路模拟

在三维器件数值模拟的基础上,以经典的双指数模型为原型通过数值拟合得到了单粒子效应瞬态电流脉冲的表达式,在理论分析的基础上,引入了描述晶体管偏压和瞬态电流关系的方程,并将其带入电路模拟软件HSPICE中进行SRAM存储单元单粒子翻转效应的电路模拟,最后分别使用电路模拟和混合模拟两种方法得到了存储单元的LET阈值,通过在精度和时间开销上的对比,验证了这种模拟方法的实用性.     

基于入射距离的一维瞬态电流源注入模型研究

在深亚微米工艺下,单粒子效应引入的瞬态电流与粒子入射位置有关。基于粒子入射距离,提出了一种针对电路级仿真的一维瞬态电流源注入模型。结果显示,电流源模型与三维TCAD仿真得到的瞬态电流形状拟合更好,NMOS和PMOS器件收集电荷量的计算误差分别下降了66.9%和65.0%。提出的电流源模型能够精确地反映粒子入射位置改变时6T SRAM电路的翻转情况,能更好地用于大规模集成电路的单粒子效应电路级模拟分析。     

驱动能力对SOI SRAM单元单粒子效应的影响仿真

采用silvaco软件对抗辐射不同沟道宽度的PD SOI NMOS器件单元进行了三维SEU仿真,将瞬态电流代入电路模拟软件HSPICE中进行SRAM存储单元单粒子翻转效应的电路模拟。通过这种电路模拟的方法,可以得到SRAM存储单元的LET阈值。通过对比LET阈值的实际测量值,验证了这种方法的实用性,并对不同驱动能力的SRAM单元进行了翻转效应的对比。在NMOS和PMOS驱动比相同的情况下,沟道宽度越大,SRAM的翻转LET阈值反而越高。     

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。     

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。     

一种SRAM型FPGA单粒子效应故障注入方法

随着FPGA在航天领域的广泛应用,SRAM型FPGA的单粒子故障也越来越引起人们的重视,用故障注入技术模拟单粒子效应是研究单粒子效应对SRAM器件影响的重要手段,该文主要研究SRAM型FPGA单粒子翻转、单粒子瞬态脉冲的故障注入技术,并在伴随特性的基础上,提出一种单粒子瞬态脉冲故障注入技术。该方法使注入故障脉冲宽度达到...     

基于25 nm FinFET结构的SRAM单粒子效应研究

对基于25 nm FinFET结构的SRAM单粒子效应进行研究。使用Synopsys Sentaurus TCAD仿真软件进行器件工艺校准,并对独立3D FinFET器件以及包含FinFET器件和HSpice模型的混合电路(如6管SRAM单元)进行单粒子瞬态仿真。通过改变重粒子入射条件,分析影响瞬态电流峰值、脉宽、漏极翻转阈值等参数的因素。研究发现,混合模型中,FinFET结构器件的漏极翻转阈值为0.023 MeV·cm²/mg,对未来基于FinFET结构的器件及电路结构的加固提出了更高的要求。     

双阱CMOS器件单粒子瞬态效应机理研究

介绍了一种65 nm 双阱CMOS工艺设计的六管SRAM单元的抗辐射性能。通过三维有限元数值模拟的方法,分析了SRAM单元的单粒子瞬态效应在NMOS管中的电荷收集过程和瞬态脉冲电流的组成部分,并提出一种高拟合度的临界电荷计算方案。双阱器件共享电荷诱发的寄生双极放大效应对相邻PMOS管的稳定性有着显著的影响,高线性能量传输提高了器件单粒子翻转的敏感性。电学特性表明,全三维器件数值仿真的方法能够有效评估因内建电势突变产生的瞬态脉冲电流。该方法满足器件仿真对精确度的要求。     

数字电路抗单粒子瞬态效应的最小尺寸设计

随着体硅CMOS电路工艺的不断缩小,数字电路在空间中使用时受到的单粒子效应越发严重。特别是高频电路,单粒子瞬态效应会使电路功能完全失效。提出了一种基于电路尺寸计算的抗单粒子瞬态效应的设计方法,主要思想是通过辐射对电路造成的最坏特性,设计电路中MOS管的尺寸,使电路在系统开销和降低软错误率之间达到一个平衡。从单粒子效应电流模型入手,计算出单粒子效应在电路中产生的电荷数,得出为抵消单粒子效应产生的电荷需要多大的电容,再折算到器件电容上,最终得到器件的尺寸。此工作为以后研制抗辐射数字电路奠定了基础,提供了良好的借鉴。     

Single Event Upset rate determination for 65 nm SRAM bit-cell in LEO radiation environments

The degradation of SRAM bit-cells designed in a 65 nm bulk CMOS technology in a Sun-Synchronous Low Earth Orbit (LEO) ionizing radiation environment is analyzed. We propose an inflight SEU rate estimation approach based on a modeled heavy ion cross section as opposed to the standard experimental characterization. Effects of irradiation with estimated LET spectrum in SRAM bit cell, i.e. the location of sensitive regions, its tendency to cause upset, magnitude and duration of transient current as well as voltage pulses were determined. It was found with SEU map that 65 nm SRAM bit-cell can flip even if high LET particle strikes in close proximity of bit-cell outside the SRAM bit-cell area. The SEU sensitive parameters required to predict SEU rate of on-board target device, i.e., 65 nm SRAM were calculated with typical aluminum spot shielding using fully physical mechanism simulation. In order to characterize the robustness of scaled CMOS devices, state of the art simulation tools such as Visual TCAD/Genius, GSEAT/Visual Particle, runSEU, were utilized whereas LEO radiation environment assessment, upset rate prediction was accomplished with the help of OMERE-TRAD software.     

北京正负电子对撞机次级束质子单粒子翻转计算和试验研究

北京正负电子对撞机(BEPC)电子直线加速器试验束打靶产生的次级束中包含质子,其中能量约为50MeV~100MeV的质子占有很大比例,这弥补了国内高能质子源的空白。本工作计算得到次级束中的质子能谱,建立质子单粒子翻转截面计算方法,在北京正负电子对撞机次级束质子辐射环境中,计算静态随机存取存储器的质子单粒子翻转截面,设计了SRAM质子单粒子翻转截面测试试验,发现SRAM单粒子翻转和注量有良好的线性,这是SRAM发生单粒子翻转的证据。统计得到不同特征尺寸下SRAM单粒子翻转截面,试验数据与计算结果相符,计算和试验结果表明随着器件特征尺寸的减小器件位单粒子翻转截面减小,但器件容量的增大,翻转截面依然增大,BEPC次级束中的质子束可以开展中高能质子单粒子效应测试。     

一种新式SEU加固PD SOI SRAM单元

本文提出了一种新式SEU加固的10管PD SOI静态存储单元。通过将互锁反相器中的上拉和下拉管分割成两个串联的晶体管,该单元可有效抑制PD SOI晶体管中的寄生BJT和源漏穿通电荷收集效应,这两种电荷收集效应是引起PD SOISRAM翻转的主要原因。通过混合仿真发现,与穿通的浮体6T单元相比,该单元可完全解决粒子入射单个晶体管引起的单粒子翻转。通过分析该新式单元的翻转机制,认为其SEU性能近似与6T SOI SRAM的单粒子多位翻转性能相等。根据参考文献的测试数据,粗略估计该新式单元的SEU性能比普通45nm 6T SOI SRAM单元提升了17倍。由于新增加了四个晶体管,该单元在面积上增加了43.4%的开销,性能方面有所降低。     

Novel SEU hardened PD SOI SRAM cell

A novel SEU hardened 10T PD SOI SRAM cell is proposed.By dividing each pull-up and pull-down transistor in the cross-coupled inverters into two cascaded transistors,this cell suppresses the parasitic BJT and source-drain penetration charge collection effect in PD SOI transistor which causes the SEU in PD SOI SRAM. Mixed-mode simulation shows that this novel cell completely solves the SEU,where the ion affects the single transistor.Through analysis of the upset mechanism of this novel cell,SEU performance is roughly equal to the multiple-cell upset performance of a normal 6T SOI SRAM and it is thought that the SEU performance is 17 times greater than traditional 6T SRAM in 45nm PD SOI technology node based on the tested data of the references.To achieve this,the new cell adds four transistors and has a 43.4%area overhead and performance penalty.     

Simulation and research on a 4T-cell based duplication redundancy SRAM for SEU radiation hardening

A novel 4T-cell based duplication redundancy SRAM is proposed for SEU radiation hardening applications. The memory cell is designed with a 65-nm low leakage process; the operation principle and the SEU radiation hardening mechanism are discussed in detail. The SEE characteristics and failure mechanism are also studied with a 3-D device simulator. The results show that the proposed SRAM structure exhibits high SEU hardening performance with a small cell size.     

基于SRL结构的抗辐射SRAM单元设计

在空间辐射环境中,单粒子翻转(SEU)效应严重影响了SRAM的可靠性,对航天设备的正常运行构成极大的威胁。提出了一种基于自恢复逻辑(SRL)结构的新型抗辐射SRAM单元,该单元的存储结构由3个Muller C单元和2个反相器构成,并采用读写线路分开设计。单粒子效应模拟实验结果表明,该单元不仅在静态存储状态下对SEU效应具有免疫能力,在读写过程中对SEU效应同样具有免疫能力。     

一种超低功耗、容错的静态随机存储器设计

为了减轻辐射环境中静态随机存储器（SRAM）受单粒子翻转（SEU）的影响以及解决低功耗和稳定性的问题,采用TSMC 90nm工艺,设计了一款可应用于辐射环境中的超低功耗容错静态随机存储器。该SRAM基于双互锁存储单元（DICE）结构,以同步逻辑实现并具有1KB（1K×8b）的容量,每根位线上有128个标准存储单元,同时具有抗SEU特性,提高并保持了SRAM在亚阈值状态下的低功耗以及工作的稳定性。介绍了这种SRAM存储单元的电路设计及其功能仿真,当电源电压VDD为0.3V时,该SRAM工作频率最大可达到2.7MHz,此时功耗仅为0.35μW;而当VDD为1V时,最大工作频率为58.2MHz,功耗为83.22μW。     

CMOS SRAM单粒子翻转效应的解析分析

分析了影响ＣＭＯＳＳＲＡＭ单粒子翻转效应的时间因素,指出不能仅根据临界电荷来判断发生单粒子翻转效应与否,必须考虑器件的恢复时间、反馈时间和电荷收集过程．给出了恢复时间和反馈时间的计算方法,提出了器件抗单粒子翻转的加固措施．对电荷收集过程中截止管漏极电位的变化进行了分析,提出了临界电荷新定义,并给出了判断带电粒子入射能否导致器件发生单粒子翻转效应的方法