隨著片上系統(tǒng)的密度越來越高,現(xiàn)代應(yīng)用需要越來越多的存儲器模塊,其占據(jù)了芯片相當(dāng)一部分面積。隨著工藝尺寸的縮減,輻射導(dǎo)致的單粒子效應(yīng)對集成電路的損傷在持續(xù)增加。當(dāng)這些粒子入射半導(dǎo)體器件的時序電路時,晶體管的漏斗效應(yīng)和寄生效應(yīng)使得總電荷量倍增,從而產(chǎn)生足夠的能量,使得隨機存取存儲器(SRAM)的邏輯值發(fā)生翻轉(zhuǎn),這種現(xiàn)象被稱作單粒子翻轉(zhuǎn)。由于納米工藝尺寸縮減,工作電壓降低,導(dǎo)致翻轉(zhuǎn)所需的臨界電荷量隨之減少,先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)對輻射引發(fā)的軟錯誤愈發(fā)敏感。而SRAM單元占據(jù)了現(xiàn)代處理器和片上系統(tǒng)的近90%的區(qū)域,因此,在設(shè)計具有魯棒性的系統(tǒng)時,針對SRAM單元的防護(hù)和加固必不可少。為提升電路對單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)的加固能力,本文深入研究了納米尺度下CMOS集成電路的單粒子效應(yīng)加固技術(shù),提出了一種低功耗高可靠性的多節(jié)點翻轉(zhuǎn)加固方案,主要工作如下:本文提出了一種具有軟錯誤自恢復(fù)能力的12管SRAM單元,該單元精簡了常用的存取管,并且內(nèi)部包含穩(wěn)定結(jié)構(gòu),因此具有高魯棒性、低功耗的優(yōu)點。在65nm CMOS工藝下,該結(jié)構(gòu)能夠完全容忍單節(jié)點翻轉(zhuǎn),容忍雙節(jié)點翻轉(zhuǎn)的比例是64.29%。與經(jīng)典的抗輻射加固單元DICE單元相比時,該結(jié)構(gòu)雙節(jié)點翻轉(zhuǎn)率降低了30.96%。該單元的操作電流以及功耗性能較優(yōu),與其他抗輻射加固SRAM單元(如DICE、Quatro單元等)相比,該單元的讀操作電流平均下降了77.91%,動態(tài)功耗平均下降了60.21%,靜態(tài)電流平均下降了44.60%,亞閾值泄漏電流平均下降了27.49%,故本文提出的單元適用于低功耗的應(yīng)用場合。并且在穩(wěn)定性方面,面對噪聲、電壓、工藝等環(huán)境波動時,本文所提出的單元都具有良好的穩(wěn)定性。
【學(xué)位單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN432;TP333
【部分圖文】：

如圖1.1 所示為 SRAM 陣列在片上系統(tǒng)所占的比例變化圖。存儲器作為存儲程序代碼和數(shù)據(jù)的記憶設(shè)備，是應(yīng)用最廣的通用集成電路產(chǎn)品，其市場規(guī)模已然超過 CPU，約占集成電路市場的 28.5%[5]。我國集成電路產(chǎn)品的進(jìn)口額，約四分之一的產(chǎn)品是存儲器。存儲器發(fā)展于 20 世紀(jì) 60 年代的美國；80年代日本通過發(fā)展存儲器，成為集成電路強國；90 年代，韓國利用同樣的機遇，成為存儲器方面的霸主[6]。如今，我國也在抓住發(fā)展存儲器的機遇，來爭取集成電

圖 1. 2 自然輻射環(huán)境示意圖Fig 1.2 The natural radiation environment陽輻射射線陽輻射射線主要由下面幾種太陽活動所產(chǎn)生。太陽在黑子活動高峰烈活動。同時釋放大量帶電離子，以極快的速度進(jìn)入地球的空間環(huán)造成危害，這種現(xiàn)象即為太陽風(fēng)現(xiàn)象。日冕物質(zhì)拋射將大量物質(zhì)和電太陽表面上方的空間中，行進(jìn)的沖擊波會引起地磁風(fēng)暴，可能會破壞對衛(wèi)星和空間站設(shè)施造成損害。當(dāng)太陽表面加速帶電粒子（主要是體介質(zhì)相互作用時，就會發(fā)生耀斑，進(jìn)而導(dǎo)致大量帶電粒子的加速地球環(huán)境帶來威脅。河輻射射線河系中心發(fā)現(xiàn)了幾種伽馬射線輻射源，“電離輻射”效應(yīng)將電子從原子的速度向外拋射物質(zhì)[14]。輻射粒子的能量能達(dá)到 3×1020eV，具有極致使地球上的電子設(shè)備發(fā)生軟錯誤。

第二章 單粒子效應(yīng)相關(guān)知識收集到數(shù)百飛庫倫的電荷[36]。離子主要依靠漂移和擴散作用在 MOS 器件中被。如果收集到的電荷與節(jié)點上存儲的電荷量相當(dāng)，那么就會產(chǎn)生一個瞬態(tài)尖峰，稱為單粒子瞬態(tài) SET。如果累積電荷量超出臨界電荷值 Qc，就可能使節(jié)點輯值翻轉(zhuǎn)，引起單粒子翻轉(zhuǎn)。由 SET 以及 SEU 引發(fā)的故障在電路中都屬于軟。盡管隨著晶體管尺寸的縮小，收集在 p-n 結(jié)上的電荷量減少，但節(jié)點的臨界也隨之降低，總趨勢是軟錯誤率更高。
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 韓建偉;封國強;余永濤;馬英起;上官士鵬;陳睿;朱翔;;K6R4016V1D芯片在低地球軌道發(fā)生單粒子效應(yīng)頻次的分析[J];空間科學(xué)學(xué)報;2015年01期

2 王一奇;趙發(fā)展;劉夢新;呂蔭學(xué);趙博華;韓鄭生;;基于RHBD技術(shù)的深亞微米抗輻射SRAM電路的研究[J];半導(dǎo)體技術(shù);2012年01期

3 馬寅;;航天用SRAM型FPGA抗單粒子翻轉(zhuǎn)設(shè)計[J];航天器環(huán)境工程;2011年06期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 王博;抗輻射加固SRAM設(shè)計[D];西安電子科技大學(xué);2015年

本文編號：2883263