利用中國原子能科學(xué)研究院100 MeV質(zhì)子回旋加速器開展了一系列不同特征尺寸雙數(shù)據(jù)速率(DDR)靜態(tài)隨機(jī)存儲器(SRAM)單粒子效應(yīng)實驗研究。獲得了不同能量、不同入射角度下3款SRAM的單粒子翻轉(zhuǎn)(SEU)截面曲線。分析了入射質(zhì)子能量及角度對不同特征尺寸SRAM的SEU飽和截面的影響和效應(yīng)規(guī)律,并利用蒙特卡羅方法對65 nm SRAM SEU特性進(jìn)行了模擬。研究結(jié)果表明:隨特征尺寸的減小,SEU飽和截面會出現(xiàn)不同程度的降低,但降低程度會由于多單元翻轉(zhuǎn)(MCU)的增多而變緩;隨入射角度的增加,MCU規(guī)模及數(shù)量的增加導(dǎo)致器件截面增大;3款SRAM所采用的位交錯技術(shù)并不能有效抑制多位翻轉(zhuǎn)(MBU)的發(fā)生。 

【文章來源】：原子能科學(xué)技術(shù). 2020年06期 北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

100 MeV質(zhì)子回旋加速器

2.1 質(zhì)子輻照實驗結(jié)果圖2為垂直入射下不同特征尺寸SRAM SEU截面隨質(zhì)子能量的變化。國內(nèi)外研究結(jié)果[15-18]表明,3種不同特征尺寸SRAM在入射質(zhì)子能量大于50 MeV時,SEU截面均已達(dá)到飽和,且飽和截面與圖2中所示截面量級一致,因此認(rèn)為在實驗測試的能量點(diǎn)下,3種SRAM的SEU截面即為其飽和截面。由圖2可知,150 nm SRAM飽和截面約為90 nm SRAM的7倍,90 nm SRAM與65 nm SRAM飽和截面較相近,僅相差3%～6%。根據(jù)摩爾定律,對于每個連續(xù)的技術(shù)節(jié)點(diǎn),基本存儲單元的面積會減小為上一代的二分之一,這種尺寸上的減小會使得臨界電荷Qcrit和靈敏體積SV減小。SV的減小將會導(dǎo)致SEU飽和截面的降低,因此150 nm SRAM飽和截面與90 nm SRAM飽和截面存在差異。

同款90 nm和65 nm SRAM重離子輻照所得SEU截面表明,90 nm SRAM飽和截面為65 nm SRAM的2倍[9],與質(zhì)子輻照測試結(jié)果所表現(xiàn)的趨勢出現(xiàn)了較大的差異。這種現(xiàn)象的產(chǎn)生主要是由于質(zhì)子與重離子引起納米級SRAM SEU機(jī)制的不同。從靈敏體積中能量沉積的角度考慮,質(zhì)子次級粒子的影響范圍大于重離子的范圍,導(dǎo)致質(zhì)子輻照時產(chǎn)生更多或更大規(guī)模的多單元翻轉(zhuǎn)(MCU)。不同質(zhì)子入射角度對不同特征尺寸SRAM SEU敏感性的影響如圖3～5所示。3種不同特征尺寸的SRAM在質(zhì)子傾角入射的情況下飽和截面均出現(xiàn)了不同程度的增大�？煽闯�,SRAM特征尺寸越小,質(zhì)子傾角入射對其影響越大。器件特征尺寸越小,在質(zhì)子傾角入射時能影響更多相鄰的存儲單元,發(fā)生MCU的概率越大,且其規(guī)模和復(fù)雜程度也會增大,因此會出現(xiàn)飽和截面持續(xù)增長的情況。傳統(tǒng)的質(zhì)子單粒子效應(yīng)研究中僅考慮垂直入射下的SEU截面,會對器件的翻轉(zhuǎn)率造成不同程度的低估,且隨著器件特征尺寸的減小,這種翻轉(zhuǎn)率低估的現(xiàn)象還有可能越來越嚴(yán)重。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]中國原子能科學(xué)研究院100 MeV質(zhì)子單粒子效應(yīng)輻照裝置試驗?zāi)芰ρ芯縖J]. 張付強(qiáng),郭剛,劉建成,陳啟明.  原子能科學(xué)技術(shù). 2018(11)
[2]Impact of energy straggle on proton-induced single event upset test in a 65-nm SRAM cell[J]. 葉兵,劉杰,王鐵山,劉天奇,羅捷,王斌,殷亞楠,姬慶剛,胡培培,孫友梅,侯明東.  Chinese Physics B. 2017(08)
[3]14MeV中子引發(fā)SRAM器件單粒子效應(yīng)實驗研究[J]. 范輝,郭剛,沈東軍,劉建成,陳紅濤,趙芳,陳泉,何安林,史淑廷,惠寧,蔡莉,王貴良.  原子能科學(xué)技術(shù). 2015(01)
[4]納米DDR SRAM器件重離子單粒子效應(yīng)試驗研究[J]. 羅尹虹,張鳳祁,郭紅霞,周輝,王燕萍,張科營.  強(qiáng)激光與粒子束. 2013(10)
[5]亞微米特征工藝尺寸靜態(tài)隨機(jī)存儲器單粒子效應(yīng)實驗研究[J]. 郭紅霞,羅尹虹,姚志斌,張鳳祁,張科營,何寶平,王園明.  原子能科學(xué)技術(shù). 2010(12)



本文編號：2920143