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。     

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。     

A New Analytical Model of SET Latching Probability for Circuits Experiencing Single- or Multiple-Cycle Single-Event Transients

As technology scales down, more single-event transients (SETs) are expected to occur in combinational circuits and thus contribute to the increase of soft error rate (SER). We propose a systematic analysis method to precisely model the SET latching probability. Due to the decreased critical charge and shortened pipeline stage, the SET duration time is likely to exceed one clock cycle. In previous work, the SET latching probability is modeled as a function of SET pulse width, setup and hold times, and clock period for single-cycle SETs. Our analytical model does not only include new dependent parameters such as SET injection location and starting time, but also precisely categorizes the SET latching probabilities for different parameter ranges. The probability of latching multiple-cycle SETs is specifically analyzed in this work to address the increasing ratio of SET pulse width over clock period. We further propose a method that exploits the boundaries of those dependent parameters to accelerate the SER estimation. Simulation results show that the proposed analysis method achieves up to 97% average accuracy, which is applicable for both single- and multiple-cycle SETs. Our case studies on ISCAS’85 benchmark circuits confirm our analysis on the impact of SET injection location and starting time on the SET latching probability. By exploiting our analytical model, we achieve up to 78% simulation time reduction on the process of SET latching probability and SER estimation, compared with Monte-Carlo simulation.     

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。     

单粒子瞬态脉冲的片上测量

提出了一套适用于组合逻辑电路的单粒子瞬态(Single-Event Transient,SET)特性的片上测量方案。基于中国科学院微电子研究所350 nm SOI工艺,设计了一款集脉冲收集、测量、自测试于一体的SET辐射测试芯片。通过激光脉冲实验,验证了该方案的有效性,为在此工艺上开展加固研究奠定基础。分析了影响片上测量精度的多种因素,提出了用于修正测试结果、提高精度的校正方法。     

The impact of Miller and coupling effects on single event transient in logical circuits

With feature size scaling down, Miller feedback effects of gate-to-drain capacitance for transistors and coupling effects between interconnects will dramatically affect single event transient (SET) generation and propagation in combinational logic circuits. Two ways of ICs are arranged: linear and “S” types. For pulse width and delay time, SET propagations in two layouts of digital circuits are compared under considering the coupling effects between interconnects. An analytical model is used to describe the impact of Miller and coupling effects on SET propagation. A criterion for SET occurrence in digital circuits with effects of coupling and Miller feedback is presented. The influence of temperature and technology node on SET generation and propagation is analyzed. The results indicate that (1) the existence of these effects will improve the critical charge for SET generation and also reduce the estimated SER, and (2) the way of “S” type is more immune to SET than the scheme of linear.     

Modeling and analysis of single-event transients in charge pumps

It has been shown that charge pumps (CPs) dominate single-event transient (SET) responses of phaselocked loops (PLLs). Using a pulse to represent a single event hit on CPs, the SET analysis model is established and the characteristics of SET generation and propagation in PLLs are revealed. An analysis of single event transients in PLLs demonstrates that the settling time of the voltage-controlled oscillators (VCOs) control voltage after a single event strike is strongly dependent on the peak control voltage deviation, the SET pulse width, and the settling time constant. And the peak control voltage disturbance decreases with the SET strength or the filter resistance. Furthermore, the analysis in the proposed PLL model is confirmed by simulation results using MATLAB and HSPICE,respectively.