【摘要】：隨著半導體工藝的不斷發(fā)展,航天集成電路設(shè)備在太空中受輻射的影響越來越嚴重。SRAM是集成電路的重要組成部分,其抗輻照性能尤為重要。由于電路節(jié)點電容和供電電壓逐步減小,使SRAM更容易發(fā)生單粒子翻轉(zhuǎn)(Single Event Upset,SEU)。通過增加冗余存儲節(jié)點的電路級加固技術(shù)是一種常用且有效的加固方法,其中Quatro-1OT結(jié)構(gòu)因其較好的抗輻照性能而被廣泛研究。本文基于Quatro-1OT 結(jié)構(gòu),提出了一種增強型的抗輻照 Quatro(Radiation Harden Enhanced Quatro,RHEQ)SRAM單元結(jié)構(gòu)。論文主要內(nèi)容如下:(1)簡單介紹了航天集成電路面臨的各種輻射環(huán)境以及由輻射引起的電離輻射效應。介紹了幾種常見的單粒子效應(Single Event Effects,SEE)和電荷產(chǎn)生與收集的機理。最后主要從電路級介紹了目前常用的存儲單元加固技術(shù)。(2)針對Quatro-1OT單元讀/寫穩(wěn)定性較差以及寫速度較慢的問題,提出了RHEQ SRAM單元結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)有效地改善了讀靜態(tài)噪聲容限(Read Static Noise Margin,RSNM)、寫裕度(WriteMargin,WM)和寫操作速度,并且由于單元內(nèi)部晶體管堆疊以及電路拓撲結(jié)構(gòu)的改變,降低了功耗。本文采用了晶體管分割的方法,因而RHEQ單元在面積上與Quatro-1OT單元基本相同。單元的讀操作速度雖然有所下降,但該問題可以通過改變傳輸管的尺寸來解決(面積與速度的折衷)。基于SMIC65nm工藝仿真結(jié)果顯示,與Quatro-1OT單元相比,RHEQ單元的RSNM和WM分別提高了 51%和208%,寫速度提高了 45%,讀速度降低了 43%,泄漏功耗降低了 17%,動態(tài)功耗降低了 76%。(3)分析了 Quatro-1OT和RHEQ SRAM存儲單元在受到單粒子效應影響時其內(nèi)部各節(jié)點的敏感性,找到了單元內(nèi)部最敏感的存儲節(jié)點。針對最敏感的存儲節(jié)點相連接的PMOS,可以在版圖級采用源隔離技術(shù)來減少其受到高能粒子轟擊時漏端所收集的電荷量,從而降低存儲節(jié)點由'0'到'1'翻轉(zhuǎn)的概率。本文僅研究了單粒子效應對單元內(nèi)部單個節(jié)點的影響和PMOS管之間因電荷共享效應所導致的單粒子事件多節(jié)點翻轉(zhuǎn)(Single-Event Multiple-Node Upsets,SEMNUs)的情況。最后采用Sentaurus TCAD工具對RHEQ和Quatro-1OT單元的抗輻照性能進行了仿真對比分析。仿真結(jié)果表明,當粒子轟擊的線性能量傳輸值(Linear Energy Transfer,LET)達到 80MeV-cm2/mg 時,RHEQ 單元仍具有對 SEMNUs的免疫力。而Quatro-1OT單元的翻轉(zhuǎn)閾值僅在1.3MeV-cm2/mg與1.4MeV-cm2/mg之間。此外,Quatro-1OT的某些節(jié)點容易受到SEU的影響,然而RHEQ單元任一個內(nèi)部節(jié)點都具有抗SEU的性能。因此,RHEQ SRAM單元相比Quatro-1OT具有更好的抗輻照性能。
【學位授予單位】：安徽大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP333

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