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。     

28 nm工艺触发器中能质子单粒子效应研究

基于采取不同加固措施的28 nm体硅CMOS工艺的触发器链,开展了中能质子对纳米级电路单粒子翻转(SEU)效应影响的研究。选取20 MeV、40 MeV、60 MeV以及100 MeV质子对电路进行辐照,得到相关的SEU截面,结果显示,随着入射质子能量的增加,SEU截面增加,并在60 MeV质子能量点附近达到饱和,翻转截面接近8×10^-14cm^-2/bit。对采取了不同加固方法的触发器链的试验数据进行分析对比,可以看到,单独的版图加固措施只能稍微降低翻转率;DICE结构可以将翻转截面降低一个数量级,电路面积增加一倍左右;时间冗余延迟+DICE的方法基本可以使电路不发生翻转,但电路面积大大增加且造成一定的延迟。     

超大规模FPGA的单粒子效应脉冲激光测试方法

建立了一种28 nm HPL硅工艺超大规模SRAM型FPGA的单粒子效应测试方法。采用静态测试与动态测试相结合的方式,通过ps级脉冲激光模拟辐照实验,对超大规模FPGA进行单粒子效应测试。对实验所用FPGA的各敏感单元(包括块随机读取存储器、可配置逻辑单元、可配置存储器)的单粒子闩锁效应和单粒子翻转极性进行了研究。实验结果证明了测试方法的有效性,揭示了多种单粒子闩锁效应的电流变化模式,得出了各单元的单粒子效应敏感性区别。针对块随机读取存储器、可配置逻辑单元中单粒子效应翻转极性的差异问题,从电路结构方面进行了机理分析。     

28 nm超大规模FPGA的BRAM单粒子效应测试方法研究

为了建立一种28 nm工艺超大规模SRAM型FPGA块随机读取存储器(BRAM:Block Random Access Memory)模块的单粒子效应测试方法,实现敏感位的精确定位,通过研究逻辑位置文件和回读文件,建立了敏感位和FPGA逻辑地址的对应机制,推导出了对应的关系公式,并提出了一组针对BRAM模块的系统测试方法.该方法大幅度地提高了现有测试方法的效果,并且为器件失效机理的分析和下一步的器件加固设计提供了指导.     

基于CMOS工艺的差分放大器单粒子瞬态效应研究

基于0.35μm CMOS工艺,研究了辐射条件下,单粒子瞬态效应对差分放大器的影响。经过仿真分析发现:差分放大器中偏置电路输出节点对单粒子瞬态效应敏感,偏置电路输出电流大小决定了放大器输出信号抗单粒子瞬态效应的能力。为提高差分放大器的抗单粒子瞬态效应的能力,采取增加偏置电路输出驱动能力以及引入电阻/电容等加固设计技术。经过Hspice仿真及单粒子辐照实验证明,辐射加固后的放大器抗单粒子瞬态扰动能力从未加固的18 MeV·cm2/mg增加到37 MeV·cm2/mg,抗单粒子辐射性能提高了一倍以上。加固后的放大器能够满足航天应用的需求。     

65 nm体硅工艺NMOS中单粒子多瞬态效应的研究

针对NMOS场效应晶体管由重离子辐射诱导发生的单粒子多瞬态现象,参考65 nm体硅CMOS的单粒子瞬态效应的试验数据,采用TCAD仿真手段,搭建了65 nm体硅NMOS晶体管的TCAD模型,并进一步对无加固结构、保护环结构、保护漏结构以及保护环加保护漏结构的抗单粒子瞬态效应的机理和能力进行仿真分析。结果表明,NMOS器件的源结和保护环结构的抗单粒子多瞬态效应的效果更加明显。     

粒子入射条件对28nm SRAM单元单粒子电荷共享效应影响的TCAD仿真研究

利用器件仿真工具TCAD,建立28 nm体硅工艺器件的三维模型,研究了粒子入射条件和器件间距等因素对28 nm体硅工艺器件单粒子效应电荷共享的影响规律。结果表明,粒子LET值增大、入射角度的增大、器件间距的减小和浅槽隔离(STI)深度的减少都会增加相邻器件的电荷收集,增强电荷共享效应,影响器件敏感节点产生的瞬态电流大小;SRAM单元内不同敏感节点的翻转阈值不同,粒子LET值和入射角度的改变会对SRAM单元的单粒子翻转造成影响;LET值和粒子入射位置变化时,多个SRAM单元发生的单粒子多位翻转的位数和位置也会变化。     

高速PWM单粒子瞬态效应脉冲激光模拟试验研究

利用脉冲激光验证高速脉宽调制控制器（Pulse Width Modulator,PWM）单粒子瞬态效应的敏感性和防护设计。试验中,通过改变脉冲激光能量,逐步扫描PWM控制器电路,确定了诱发单粒子瞬态效应的激光能量阈值和敏感区域。通过改变PWM控制器软启动配置电路设计,验证了防护电路设计的合理性,为卫星电源子系统的单粒子瞬态效应防护设计提供技术参考。     

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。     

LDO单粒子闩锁效应及维持电流的特性研究

针对一种LDO,研究了重离子Cl、Ge辐照触发的单粒子闩锁(SEL)效应。实验结果表明,输入1.8 V时,SEL电流范围为850~950 mA;输入3.3 V时,SEL电流范围为6.2~6.4 mA。随着限制电流值的增高,退出SEL的时间逐渐增大,最终无法退出。该LDO的SEL维持电流范围为350~400 mA,可通过正常工作电流和允许的中断时间来选择合适的限制电流值。     

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。     

晶体管栅形状对单粒子瞬态脉冲特性的影响研究

通过三维器件模拟仿真,研究了基于CMOS 0.18μm工艺下标准条形栅和环形栅结构MOS晶体管的单粒子瞬态响应.研究结果表明,单粒子轰击条形栅器件与环形栅器件产生的单粒子瞬态脉冲特性具有非常大的区别.分析了栅形状对单粒子瞬态的影响在PMOS和NMOS器件中的不同机理,对单粒子瞬态加固设计具有指导性意义.     

14 nm SOI FinFET器件单粒子瞬态的复合双指数电流源模型

单粒子瞬态(SET)的电路仿真通常是注入双指数电流源来模拟,然而,纳米FinFET器件的SET采用单个双指数电流源模拟会带来较大误差。TCAD仿真结果较准确,但耗时较长,为了较为准确地电路仿真SET,提出了一种SET的复合双指数电流源模型。利用TCAD对电学特性校准的14 nm SOI FinFET器件的SET进行仿真,通过分析瞬态电流波形,对比双指数模型特点,提取特征参数,并利用遗传算法对模型参数进行优化处理,得到了关于线性能量转移(LET)的复合双电流源参数的解析模型。利用此复合双指数电流源模型与TCAD得到的瞬态电流波形、峰值和收集电荷量进行对比检验。结果显示,本文模型得到的SET电流波形与TCAD的基本吻合,与TCAD相比,模型的峰值电流的平均误差和最大误差分别为3.00%、5.06%;收集电荷量的平均误差和最大误差分别为4.02%、7.17%。