發(fā)布時間：2020-03-19 02:43

【摘要】：隨著半導體工藝的不斷發(fā)展,航天集成電路設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(Single Event Upset,SEU)。通過增加冗余存儲節(jié)點的電路級加固技術是一種常用且有效的加固方法,其中Quatro-1OT結構因其較好的抗輻照性能而被廣泛研究。本文基于Quatro-1OT 結構,提出了一種增強型的抗輻照 Quatro(Radiation Harden Enhanced Quatro,RHEQ)SRAM單元結構。論文主要內容如下:(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。(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單元結構,該結構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,并且由于單元內部晶體管堆疊以及電路拓撲結構的改變,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)�；赟MIC65nm工藝仿真結果顯示,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部各節(jié)點的敏感性,找到了單元內部最敏感的存儲節(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'翻轉的概率。本文僅研究了單粒子效應對單元內部單個節(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(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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