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。     

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。     

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。     

超深亚微米工艺下的电路级耦合SET脉冲注入

超深亚微米工艺下在电路模拟器中使用独立电流源方法的单粒子瞬态(single event transient,SET)脉冲注入与实验结果有很大误差.作者提出了一种基于二维查找表的耦合电流源注入的方法,并且基于开源的SPICE代码实现.该方法的计算结果与器件/电路混合模拟接近,而其计算时间远小于混合模拟.该法与SPICE集成,可以引入实验测量数据,适合于大规模组合电路的SET错误率分析.     

超深亚微米工艺下的电路级耦合SET脉冲注入

超深亚微米工艺下在电路模拟器中使用独立电流源方法的单粒子瞬态(single event transient, SET)脉冲注入与实验结果有很大误差. 作者提出了一种基于二维查找表的耦合电流源注入的方法,并且基于开源的SPICE 代码实现. 该方法的计算结果与器件/电路混合模拟接近,而其计算时间远小于混合模拟. 该法与SPICE 集成,可以引入实验测量数据,适合于大规模组合电路的SET 错误率分析.     

纳米CMOS电路的单粒子瞬态影响因素研究

进入纳米尺度后,单粒子瞬态(SET)成为高能粒子入射VLSI产生的重要效应,准确、可靠的SET模拟对评估VLSI的可靠性有着重要的影响。以反相器为例,针对脉冲峰值和半高全宽两个指标,研究了电路模拟中影响SET的因素,主要有电流脉冲幅值、脉冲宽度、负载电容、环境温度及器件尺寸。通过对45和65 nm两种技术节点下的电路的仿真,研究了这些因素对SET的影响,并探讨了可能的原因。结果显示,这些因素对SET的影响趋势和程度有很大的差异,且器件尺寸越小,这些因素对SET的影响越显著。通过设置合适的参数,可以实现电路的抗辐射加固。     

深亚微米CMOS反相器的单粒子瞬态效应研究

针对小尺寸CMOS反相器的单粒子瞬态效应,分别采用单粒子效应仿真和脉冲激光模拟试验两种方式进行研究。选取一种CMOS双反相器作为研究对象,确定器件的关键尺寸,并进行二维建模,完成器件的单粒子瞬态效应仿真,得到单粒子瞬态效应的阈值范围。同时,开展脉冲激光模拟单粒子瞬态效应试验,定位该器件单粒子瞬态效应的敏感区域,捕捉不同辐照能量下器件产生的单粒子瞬态脉冲,确定单粒子瞬态效应的阈值范围,并与仿真结果进行对比分析。     

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.     

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.     

PMOS管工艺参数对反相器SET效应的影响

研究了体硅CMOS工艺下数字集成电路的抗辐照特性。利用Synopsys公司的三维半导体器件模拟软件Sentaurus,对数字集成电路中的反相器电路进行单粒子瞬态(SET)效应仿真,分析PMOS管的各种工艺参数对反相器SET效应产生的脉冲电压的影响。研究结果表明,通过降低PMOS管的栅氧层厚度、n阱掺杂浓度、p+深阱掺杂浓度以及提高衬底浓度,可以有效地减小反相器SET脉冲电压的峰值和脉冲宽度。该研究结果对抗辐照数字集成电路设计具有一定的指导作用。     

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。     

单粒子瞬态效应硬件注入模型实现和仿真

基于量化组合逻辑门延迟思想和扫描测试的方法,提出了一种适用于FPGA硬件模拟单粒子瞬态效应的门级注入模型.该模型考虑了电气掩蔽效应对脉冲传输的影响,通过该模型可以对组合电路任意逻辑门进行错误注入.基于该模型对ISCAS’85基准电路进行单粒子瞬态的研究,实验结果表明该脉冲产生方法高效,注入速度达到105 faults/s.     

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。     

纳米器件单粒子瞬态仿真研究

利用计算机辅助设计软件,研究了不同条件下28 nm体硅器件的单粒子瞬态（SET）效应,分析了不同器件间距、线性能量转移值和粒子入射角度对器件SET效应的影响。随着器件漏极间距的减小,SET脉冲幅度和脉冲宽度随之减小。与垂直入射的情况相比,倾角入射下SET脉冲幅度和宽度的减小程度更加明显,电荷共享效应更加显著。仿真结果表明,合理调节反相器相异节点的器件间距,利用器件间的电荷共享可以有效减弱重离子产生的SET脉冲,减少单粒子效应的反应截面。     

单粒子瞬态脉冲宽度量化与自测试电路设计

为了研究组合逻辑中单粒子瞬态(Single-Event Transient,SET)的特性,采用片上测量技术提出了一套SET脉冲宽度测量方案.针对SET脉冲特性,设计了一种基于自主触发的脉冲测量电路,提出了一种用于自测试验证的脉冲激励电路.基于本所350nm SOI工艺,完成了一款集脉冲收集、测量、自测试于一体的SET重离子辐射测试芯片.通过仿真分析,验证了该方案的有效性.此方案为其他深亚微米工艺下SET研究提供了参考.     

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。     

SiGeBiCMOS线性器件脉冲激光单粒子瞬态效应研究

验证SiGe BiCMOS工艺线性器件的单粒子瞬态（Single Event Transient,SET）效应敏感性,选取典型运算放大器THS4304和稳压器TPS760进行了脉冲激光试验研究。试验中,通过能量逐渐逼近方法确定了其诱发SET效应的激光阈值能量,并通过逐点扫描的办法分析了器件内部单粒子效应敏感区域,并在此基础上分析了脉冲激光能量与SET脉冲的相互关系,获得了单粒子效应截面,为SiGe BiCMOS工艺器件在卫星电子系统的筛选应用以及抗辐射加固设计提供数据参考。     

新型独立三栅FinFET单粒子瞬态效应TCAD分析

针对独立三栅FinFET器件及其反相器的单粒子瞬态效应展开了深入研究。首先分析了N型独立三栅器件中最敏感区域的位置以及不同工作电压对器件敏感性的影响。然后,基于独立三栅器件独特的电流控制方式搭建五种不同工作模式的反相器单元,对重离子撞击NMOS下拉管最敏感区域的单粒子瞬态效应(SET)敏感性进行了比较。三维数值TCAD仿真结果表明,脉冲峰值电流与重离子在沟道中的路径体积成正比,且最敏感区域为漏与沟道之间的空间电荷区,工作电压会影响沟道势垒,从而影响器件的SET。另外,不同工作模式的反相器对改善抗辐照能力具有参考意义。     

4H-SiC基FinFET器件的单粒子瞬态效应研究

深入分析新结构、新材料的单粒子瞬态（SET）效应机理是开展抗辐射加固设计的基础和前提。基于Si基14 nm SOI Fin FET器件,构建了4H-Si C基的SET仿真模型。对比分析了不同Fin材料、不同粒子能量对4H-Si C基Fin FET器件SET的影响机理。结果表明,与Si材料相比,4H-Si C材料具有宽禁带的特点和较高的复合率,在高能粒子入射时形成的SET脉冲更小,其瞬态电流峰值及收集电荷量相对Si材料分别下降了79.64%和83.35%,且随着粒子能量的增加,两者与Si材料的差值均呈幂指数增加。     

集成电路单粒子瞬态效应与测试方法

随着器件尺寸的等比例缩小,单粒子瞬态效应对集成电路的影响愈发明显,其产生机理及作用更加复杂。从集成电路单粒子瞬态脉冲的产生机理及模型出发,讨论分析了模拟和数字集成电路的单粒子瞬态效应,介绍了单粒子瞬态脉冲宽度的测试方法与测试结构。