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。     

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。     

用SOI技术提高CMOS SRAM的抗单粒子翻转能力

提高静态随机存储器（SRAM）的抗单粒子能力是当前电子元器件抗辐射加固领域的研究重点之一。体硅CMOS SRAM不作电路设计加固则难以达到较好抗单粒子能力,作电路设计加固则要在芯片面积和功耗方面做出很大牺牲。为了研究绝缘体上硅（SOI）基SRAM芯片的抗单粒子翻转能力,突破了SOI CMOS加固工艺和128kb SRAM电路设计等关键技术,研制成功国产128kb SOI SRAM芯片。对电路样品的抗单粒子摸底实验表明,其抗单粒子翻转线性传输能量阈值大于61．8MeV／（mg／cm^2）,优于未做加固设计的体硅CMOS SRAM。结论表明,基于SOI技术,仅需进行器件结构和存储单元的适当考虑,即可达到较好的抗单粒子翻转能力。     

Practical considerations in the design of SRAM cells on SOI

This paper presents the practical issues encountered in designing SRAM cell design on partially depleted SOI, including the effects of floating-body potential and parasitic bipolar. It also discusses the characteristics of single-event upsets (SEU) harden and total-dose radiation harden of SOI SRAM. A fully integrated solution, using a new type memory cell SRAM described.     

Beta engineering and circuit styles for SEU hardening PD-SOI SRAM cells

SOI technologies have long been used for SEU-hardened SRAMs and other radiation-hard circuits. However, to maintain their advantages in the submicron regime, it is essential that the strength of the floating body effects (FBE) and the role of the parasitic bipolar transistor (PBJT) should be minimized. In this work these are achieved by reducing the gain β of the PBJT by controlling the carrier recombination lifetime of the SOI film. Two sets of devices (A and B) were fabricated on 0.35 μm PD SOI technology, where Device A underwent a lifetime “killing”-processing step to control the single event upset (SEU) vulnerability. These devices were experimentally characterized and simulated and the results verified the benefits of lifetime “killing”. Additional SEU control was achieved by optimizing the circuit design of the cell through the incorporation of suitable delay elements.     

A novel high reliability CMOS SRAM cell

A novel 8T single-event-upset(SEU) hardened and high static noise margin(SNM) SRAM cell is proposed. By adding one transistor paralleled with each access transistor,the drive capability of pull-up PMOS is greater than that of the conventional cell and the read access transistors are weaker than that of the conventional cell.So the hold,read SNM and critical charge increase greatly.The simulation results show that the critical charge is almost three times larger than that of the conventional 6T cell by appropriately sizing the pull-up transistors.The hold and read SNM of the new cell increase by 72%and 141.7%,respectively,compared to the 6T design,but it has a 54%area overhead and read performance penalty.According to these features,this novel cell suits high reliability applications,such as aerospace and military.     

SOI CMOS SRAM单元单粒子翻转效应的模拟

为简单快速模拟静态随机存储器(SRAM)的单粒子效应,在二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,考虑晶体管偏压对瞬态电流的影响,得到修正的瞬态电流表达式,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,通过与实际单粒子实验结果的对比,验证了这种模拟方法的实用性。     

温度对SRAM器件单粒子翻转重离子测试的影响

本文基于单粒子效应地面重离子模拟实验,选取体硅SRAM与SOI SRAM两种待测器件,在兰州重离子加速器上（HIRLF）研究了温度对单粒子翻转测试的影响。用12C粒子对体硅SRAM器件的温度实验显示,单粒子翻转截面易受温度的影响。对于SOI SRAM器件,12C粒子测得的单粒子翻转截面随温度升高有显著的增大,但209Bi 粒子测得的单粒子翻转截面却随温度保持恒定。用Monte Carlo的方法分析了温度对单粒子翻转测试的影响规律,发现在单粒子翻转阈值LET附近温度对单粒子翻转截面有大的影响,但是随着单粒子翻转的发生接近于饱和,单粒子翻转截面渐渐的表现出低的温度依赖性。基于该模拟结果,我们对实验数据进行了分析,同时提出了一种准确评估在轨翻转率的合理方法。     

Optimization of SEU Simulations for SRAM Cells Reliability under Radiation

A simplified RC circuit is used to simulate effects of ionizing particles in a 90?nm SRAM. The main characteristics of the memory cell bit flip are discussed and a SEU criterion is presented. The effect of the surrounded circuit on the struck transistor is also discussed in order to extract parameters characteristic of the SEU occurrence.     

抗辐射128kb PDSOI静态随机存储器

介绍在部分耗尽绝缘体上硅(PD SOI)衬底上形成的抗辐射128kb静态随机存储器.在设计过程中,利用SOI器件所具有的特性,对电路进行精心的设计和层次化版图绘制,通过对关键路径和版图后全芯片的仿真,使得芯片一次流片成功.基于部分耗尽SOI材料本身所具有的抗辐射特性,通过采用存储单元完全体接触技术和H型栅晶体管技术,不仅降低了芯片的功耗,而且提高了芯片的总体抗辐射水平.经过测试,芯片的动态工作电流典型值为20mA@10MHz,抗总剂量率水平达到500krad(Si),瞬态剂量率水平超过2.45×1011 rad(Si)/s.这些设计实践必将进一步推动PD SOI CMOS工艺的研发,并为更大规模抗辐射电路的加固设计提供更多经验.     

一种新颖的高可靠CMOS SRAM 单元

本文提出了一种新颖的8管抗SUE,高噪声容限的SRAM单元。通过在每个访问晶体管上增加了一个并联的晶体管,上拉PMOS的驱动能力可以设计的比传统单元的PMOS的驱动能力更强,读访问晶体管可以设计得比传统单元的读访问晶体管更弱。因此保持,读噪声容限和临界电荷都有较大提高。仿真结果表明,与传统的6管单元相比,合理设计上拉晶体管尺寸后,临界电荷提高了将近3倍。保持和读静态噪声容限分别提高了72%和141.7%。但该新式单元的面积额外开销为54%,读性能也有所下降,适用于高可靠性应用,如航天,军事等。     

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.     

0.5μm部分耗尽SOI MOSFET中的寄生双极效应

0.5μm部分耗尽SOI MOSFET的寄生双极效应严重影响了SOI器件和电路的抗单粒子和抗瞬态γ辐射能力。文中显示,影响0.5μm部分耗尽SOI NMOSFET寄生的双极器件特性的因素很多,包括NMOSFET的栅上电压、漏端电压和体接触等,尤其以体接触最为关键。在器件处于浮体状态时,0.5μm SOI NMOSFET的寄生双极器件很容易被触发,导致单管闭锁。因此,在设计抗辐射SOI电路时,需要尽量降低SOI NMOSFET寄生双极效应,以提高电路的抗单粒子和抗瞬态γ辐射能力。     

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.     

部分耗尽SOI工艺器件辐射效应的研究

对0.13μm部分耗尽SOI工艺的抗辐射特性进行了研究.首先通过三维仿真研究了单粒子事件中的器件敏感区域,随后通过实验分析了器件的总剂量效应.三维仿真研究了离子入射位置不同时SOI NMOS器件的寄生双极效应和电荷收集现象,结果表明,离子入射在晶体管的体区和漏区时,均可以引起较大水平的电荷收集.对SRAM单元的单粒子翻转效应(SEU)进行了仿真,结果表明,体区和反偏的漏区都是翻转的敏感区域.通过辐照实验分析了器件的总剂量效应,在该工艺下对于隐埋氧化层,关断状态是比传输门状态更劣的辐射偏置条件.     

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。     

一种低压低功耗SRAM/SOI单元设计

提出一种改进4管自体偏压结构SRAM/SOI单元.基于TSUPREM4和MEDICI软件的模拟和结构性能的分析,设计单元结构并选取结构参数.该结构采用nMOS栅下的含p+埋沟的衬底体电阻代替传统6管CMOSSRAM单元中的pMOS元件,具有面积小、工艺简单的优点.该结构可以在0.5V的电源电压下正常工作,与6管单元相比,该单元瞬态响应正常,功耗只有6管单元的1/10,满足低压低功耗的要求.     

基于激光背部辐照方法的小尺寸器件的单粒子效应特性

本文基于脉冲激光背部辐照试验方法,测试了小尺寸器件的单粒子翻转与闩锁特性,以克服高集成度器件日益增加的金属布线层对激光试验的影响。研究了SRAM器件存储的数据类型对器件单粒子翻转阈值与截面的影响特性。试验测试了深亚微米器件微闩锁效应的电流变化特征。建立了一种激光能量与重离子LET值对应关系的经验公式,用于评估小尺寸器件的等效激光LET值。此外,利用激光背部辐照试验方法,初步试验研究了90nmSOI工艺PowerPC微处理器的单粒子翻转特性。     

PD/SOI SRAM performance in presence of gate-to-body tunneling current

This paper presents a detailed study on the effects of gate-to-body tunneling current on partially depleted silicon-on-insulator (PD/SOI) CMOS SRAM. It is shown that the presence of gate-to-body tunneling current changes the strength of individual cell transistor in the quiescent (standby) state, thus affecting subsequent write/read operations. The degradation in the "write" performance is shown to be more significant than the degradation in the "read" performance, and the effect is more pronounced at lowered temperature. For the beneficial side, the presence of the gate-to-body tunneling current reduces the initial cycle parasitic bipolar disturb from unselected cells on the same bitline during write/read operation.     

A Low Power SRAM/SOI Memory Cell Design

提出一种改进4管自体偏压结构SRAM/SOI单元. 基于TSUPREM4和MEDICI软件的模拟和结构性能的分析，设计单元结构并选取结构参数. 该结构采用nMOS栅下的含p+埋沟的衬底体电阻代替传统6管CMOS SRAM单元中的pMOS元件，具有面积小、工艺简单的优点. 该结构可以在0.5V的电源电压下正常工作，与6管单元相比，该单元瞬态响应正常，功耗只有6管单元的1/10，满足低压低功耗的要求.