【摘要】：集成電路作為航空航天器的核心,由于其應(yīng)用的特殊性,在各種輻射源的作用下,將會產(chǎn)生各種輻射效應(yīng),從而導(dǎo)致航天器發(fā)生故障。輻射效應(yīng)引起的集成電路失效機制有許多種。對于鎖存器、觸發(fā)器等時序單元而言,輻射環(huán)境中的高能粒子轟擊電路敏感節(jié)點,會在入射軌跡上淀積大量電荷,這些電荷被電路收集,引起單元存儲狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn),形成單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)(Single-Event Upset,SEU);對于組合邏輯電路而言,入射粒子淀積的電荷被敏感節(jié)點收集,產(chǎn)生瞬態(tài)電壓脈沖,這些瞬態(tài)脈沖會沿著數(shù)據(jù)通路向下傳播,可能被時序單元采集,最終導(dǎo)致電路狀態(tài)破壞,形成單粒子瞬態(tài)效應(yīng)(Single-EventTransient,SET)。隨著集成電路工藝的發(fā)展、集成度的提高以及工作頻率的增加,納米工藝高頻電路中SET導(dǎo)致的軟錯誤逐漸占據(jù)主導(dǎo),成為集成電路的主要失效模式。本文基于65nm體硅CMOS工藝,對影響集成電路軟錯誤率的主要因素--SET展開研究,最終提出了相應(yīng)的可行性加固方法。仿真結(jié)果表明本文提出的加固方法能夠有效地減小SET的脈沖寬度,進而減小SET造成軟錯誤的可能性,對抗輻照加固集成電路設(shè)計在理論上有著一定的指導(dǎo)意義。課題主要工作內(nèi)容如下:(1)充分利用國內(nèi)外現(xiàn)有研究成果,對單粒子瞬態(tài)效應(yīng)的產(chǎn)生機理在理論上有了一定的了解,在此基礎(chǔ)之上利用Synopsys TCAD 3D計算機輔助分析模擬手段,進行模擬仿真驗證,進而加深了對于SET效應(yīng)的理解,為后續(xù)提出抗SET效應(yīng)的可行性方法打下基礎(chǔ)。(2)本文在現(xiàn)有的通過調(diào)節(jié)恢復(fù)管的尺寸進行SET加固的方法基礎(chǔ)上,提出了一種將被轟擊晶體管拆分成兩個并聯(lián)的較小尺寸晶體管的加固方法,并且考慮到高功能低功耗集成電路的應(yīng)用需求和實際輻射環(huán)境的復(fù)雜性,在不同的入射能量、入射角度、不同電壓下分別進行模擬仿真,結(jié)果表明這種加固方法能夠在不影響電路正常工作的情況下,有效地減小SET脈沖寬度,實現(xiàn)加固效果。(3)在第一種加固方法的基礎(chǔ)上,本文提出了另一種利用兩個晶體管串聯(lián)的加固方法,仿真結(jié)果表明,這種方法能夠有效降低SET脈沖幅度,對于抗SET加固研究具有一定意義。
[Abstract]:As the core of aeronautical spacecraft, integrated circuit will produce all kinds of radiation effects under the action of various radiation sources because of the particularity of its application, which will lead to the failure of spacecraft. There are many kinds of failure mechanisms of integrated circuits caused by radiation effect. For latch, flip-flop and other timing units, high energy particles bombarding sensitive nodes in the radiation environment will deposit a large number of charges on the incident trajectory, which are collected by the circuit, resulting in a reversal of the storage state of the unit. The single particle flip effect (Single-Event Upset,SEU) is formed. For combinational logic circuits, the charge deposited by incident particles is collected by sensitive nodes to produce transient voltage impulses, which propagate down the data path and may be collected by sequential units, which eventually lead to the destruction of the state of the circuit. The transient effect of single particle (Single-EventTransient,SET) is formed. With the development of integrated circuit technology, the improvement of integration and the increase of working frequency, the soft error caused by SET in high frequency circuit of nano-process gradually dominates and becomes the main failure mode of integrated circuit. In this paper, based on 65nm bulk silicon CMOS process, the main factor affecting the soft error rate of integrated circuits, SET, is studied, and the corresponding feasible reinforcement method is put forward. The simulation results show that the reinforcement method proposed in this paper can effectively reduce the pulse width of SET and then reduce the possibility of soft error caused by SET. The design of anti-irradiation reinforcement integrated circuit has certain guiding significance in theory. The main contents of this paper are as follows: (1) making full use of the existing research results at home and abroad, we have a certain understanding of the mechanism of single particle transient effect in theory, on the basis of which we use Synopsys TCAD 3D computer aided analysis and simulation means. The simulation results show that the understanding of SET effect is deepened and the feasible method of anti-SET effect is put forward. (2) this paper is based on the existing SET reinforcement method by adjusting the size of recovery pipe. In this paper, a reinforcement method is proposed to split the bombarded transistors into two small size transistors in parallel, and considering the application requirements of high function and low power integrated circuits and the complexity of the actual radiation environment, the incident energy is different. The incident angle and different voltage are simulated respectively. the results show that this reinforcement method can effectively reduce the SET pulse width without affecting the normal operation of the circuit. The reinforcement effect is realized. (3) on the basis of the first reinforcement method, another reinforcement method using two transistors in series is proposed in this paper. The simulation results show that this method can effectively reduce the amplitude of SET pulse. It has certain significance for the research of anti-SET reinforcement.
【學(xué)位授予單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：V443;TN40

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本文編號：2496784