發(fā)布時(shí)間：2020-11-16 23:50

　　 隨著人類空間探索能力的不斷發(fā)展,各種衛(wèi)星、空間站、探測(cè)器越來(lái)越多的活動(dòng)在廣袤的宇宙空間中。各種人造衛(wèi)星等設(shè)備的工作離不開(kāi)集成電路的作用,存儲(chǔ)器作為集成電路中的一種重要類型,廣泛的應(yīng)用在這些宇宙空間中的飛行器上。然而集成的電路會(huì)受到宇宙輻射的影響產(chǎn)生一系列輻射效應(yīng),使得集成電路的功能受到影響甚至失效。反熔絲PROM存儲(chǔ)器是一種具有抗輻照能力的存儲(chǔ)器,本文中設(shè)計(jì)的MTM型反熔絲PROM具有制作工藝與CMOS工藝兼容性好、可靠性高、具有抗輻照能力的特點(diǎn)。本文首先分析了反熔絲存儲(chǔ)單元的類型并選擇了MTM型反熔絲存儲(chǔ)介質(zhì),并基于MTM型反熔絲設(shè)計(jì)了具有兩個(gè)2T1C結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)單元。本文還設(shè)計(jì)并分析了反熔絲PROM的兩個(gè)基本系統(tǒng)讀取系統(tǒng)與編程系統(tǒng)中各個(gè)模塊的電路原理以及工作過(guò)程,以確保電路功能的實(shí)現(xiàn)。對(duì)于PROM全電路及版圖的功能進(jìn)行了仿真,通過(guò)設(shè)置不同工藝角、溫度、電源電壓的仿真條件,驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的電路和版圖在芯片設(shè)計(jì)的工作條件范圍內(nèi)能夠正確地實(shí)現(xiàn)功能。并通過(guò)仿真獲得了電路的讀取電阻閾值、讀取時(shí)間、電荷泵電壓上升時(shí)間等一系列電路參數(shù),為后續(xù)測(cè)試做準(zhǔn)備。本文還設(shè)計(jì)流片了耐壓能力不同的環(huán)柵與直柵NMOS器件以及模塊電路,并進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試了環(huán)柵器件的性能與并與電路仿真模型進(jìn)行了對(duì)比,獲得了自定義器件的測(cè)試數(shù)據(jù)。測(cè)試了這些器件的耐壓能力并對(duì)擊穿電壓進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和分析。測(cè)試了模塊電路的功能,并與仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了電路設(shè)計(jì)的合理性。對(duì)PROM中使用的抗輻照加固的方法進(jìn)行了研究。對(duì)前期流片的器件進(jìn)行了總劑量輻射實(shí)驗(yàn),通過(guò)對(duì)比分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),定量研究了PROM中用到的環(huán)柵器件的抗總劑量效應(yīng)性能。并進(jìn)一步采用中帶電壓法對(duì)設(shè)計(jì)中用到的高壓器件和低壓器件的輻照效應(yīng)進(jìn)行了分析,并使用Sentaurus對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了輔助分析。對(duì)高壓器件和低壓器件總劑量效應(yīng)的差異進(jìn)行了對(duì)比,并給出了產(chǎn)生這種差異的一種可能原因。本文對(duì)PROM的設(shè)計(jì)工作進(jìn)行了全面介紹,介紹了PROM的設(shè)計(jì)原理,對(duì)PROM中使用的器件進(jìn)行了前期流片,并進(jìn)行了測(cè)試以及輻照實(shí)驗(yàn)評(píng)估,為后續(xù)PROM的設(shè)計(jì)改進(jìn)工作提供依據(jù)。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN791
【部分圖文】：

圖 2-2 256K bit 反熔絲 PROM 版圖設(shè)計(jì)元的設(shè)計(jì) 的過(guò)程中，由于 PROM 對(duì)于抗輻照性能的要求分，存儲(chǔ)單元本身的抗輻照能力就顯得尤為重要、高可靠、保密性、百分之百可測(cè)性、體積小、速成為了設(shè)計(jì)具有抗輻照能力的 PROM 存儲(chǔ)器時(shí)，較為成熟的反熔絲器件有 ONO(Oxide Nitride Oetal)型反熔絲以及柵氧化層型反熔絲。熔絲絲，存儲(chǔ)單元三層結(jié)構(gòu)為氧化物、氮化物、氧化 型反熔絲單元從上到下依次為 N+非晶硅極板、硅極板，構(gòu)成一個(gè)多層結(jié)構(gòu)。制造工藝中，在硅

、耦合電容等，并加入到電路網(wǎng)表中進(jìn)行的仿真。版圖設(shè)計(jì)完成之后，得藝層次表示的電路文件。隨著集成電路尺寸不斷減小，密度不斷增大，各數(shù)，如寄生電阻、寄生電容、耦合電容對(duì)電路性能的影響越來(lái)越大。后仿近實(shí)際情況的仿真。相比較前仿真加入了寄生及耦合等物理信息，但使用一致的。.4 讀出系統(tǒng)的仿真結(jié)果與分析確認(rèn)仿真方案后，針對(duì)完成設(shè)計(jì)的 PROM 版圖，使用芯片后端設(shè)計(jì)工具 C圖的網(wǎng)表進(jìn)行提取。由于 PROM 采用了具有抗總劑量輻射能力的環(huán)柵器分環(huán)柵結(jié)構(gòu)如 H 型環(huán)柵 MOS 器件在自動(dòng)提取參數(shù)時(shí)會(huì)出現(xiàn)溝道長(zhǎng)度和不準(zhǔn)確的情況，對(duì)此，還需要通過(guò)修改網(wǎng)表的方式使得相應(yīng)的器件獲得正寬參數(shù)。仿真使用 FineSimPro 進(jìn)行，該工具基于 Fast-SPICE，在仿真具有大量重電路時(shí)速度較快。將網(wǎng)表文件，激勵(lì)文件，寄生參數(shù)文件，輸入仿真工具具便能夠輸出仿真結(jié)果。讀出波形如圖 3-4 所示。

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文PROM 仿真時(shí)序分為兩部分，前一部分為 PROM 編程系統(tǒng)的初始化時(shí)序 10v 電壓后為編程時(shí)序，PROM 編程系統(tǒng)中電荷泵開(kāi)始工作，將高壓傳上。.3 編程系統(tǒng)的仿真結(jié)果與分析將編程初始化時(shí)序以及編程電壓以 SPICE 激勵(lì)文件的形式輸入到仿真軟ROM 全版圖網(wǎng)表進(jìn)行仿真，仿真時(shí)長(zhǎng)設(shè)置為 5.5μs，得到仿真結(jié)果如圖 3由于全版圖網(wǎng)表仿真耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)因此在后仿階段仿真時(shí)長(zhǎng)設(shè)置多為微秒量級(jí)作中燒錄器設(shè)置的 PE 編程高壓脈沖時(shí)長(zhǎng)為 1ms。
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