【摘要】：隨著半導(dǎo)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(lái)越嚴(yán)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(diǎn)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(guò)增加冗余存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的電路級(jí)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(qiáng)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(jiǎn)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(yīng)。介紹了幾種常見(jiàn)的單粒子效應(yīng)(Single Event Effects,SEE)和電荷產(chǎn)生與收集的機(jī)理。最后主要從電路級(jí)介紹了目前常用的存儲(chǔ)單元加固技術(shù)。(2)針對(duì)Quatro-1OT單元讀/寫(xiě)穩(wěn)定性較差以及寫(xiě)速度較慢的問(wèn)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(xiě)裕度(WriteMargin,WM)和寫(xiě)操作速度,并且由于單元內(nèi)部晶體管堆疊以及電路拓?fù)浣Y(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(wèn)題可以通過(guò)改變傳輸管的尺寸來(lái)解決(面積與速度的折衷)�；赟MIC65nm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(xiě)速度提高了 45%,讀速度降低了 43%,泄漏功耗降低了 17%,動(dòng)態(tài)功耗降低了 76%。(3)分析了 Quatro-1OT和RHEQ SRAM存儲(chǔ)單元在受到單粒子效應(yīng)影響時(shí)其內(nèi)部各節(jié)點(diǎn)的敏感性,找到了單元內(nèi)部最敏感的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)。針對(duì)最敏感的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)相連接的PMOS,可以在版圖級(jí)采用源隔離技術(shù)來(lái)減少其受到高能粒子轟擊時(shí)漏端所收集的電荷量,從而降低存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)由'0'到'1'翻轉(zhuǎn)的概率。本文僅研究了單粒子效應(yīng)對(duì)單元內(nèi)部單個(gè)節(jié)點(diǎn)的影響和PMOS管之間因電荷共享效應(yīng)所導(dǎo)致的單粒子事件多節(jié)點(diǎn)翻轉(zhuǎn)(Single-Event Multiple-Node Upsets,SEMNUs)的情況。最后采用Sentaurus TCAD工具對(duì)RHEQ和Quatro-1OT單元的抗輻照性能進(jìn)行了仿真對(duì)比分析。仿真結(jié)果表明,當(dāng)粒子轟擊的線(xiàn)性能量傳輸值(Linear Energy Transfer,LET)達(dá)到 80MeV-cm2/mg 時(shí),RHEQ 單元仍具有對(duì) 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(diǎn)容易受到SEU的影響,然而RHEQ單元任一個(gè)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)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(xué)位授予單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TP333

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本文編號(hào)：2589580