發(fā)布時間：2021-08-28 10:39

　　在空間應(yīng)用中,航天器和人造衛(wèi)星中的體積和能源有限,集成電路芯片以其體積小,功能強,重量輕等優(yōu)點得到了廣泛應(yīng)用。而芯片在空間環(huán)境中,會受到多種高能粒子的沖擊而發(fā)生錯誤,從而對航天設(shè)備的正常運行產(chǎn)生隱患。靜態(tài)隨機存取存儲器SRAM作為高速緩存的重要組成部分,在一塊芯片中有著舉足輕重的地位。當(dāng)受到高能粒子沖擊時,容易發(fā)生單粒子翻轉(zhuǎn)使存儲內(nèi)容發(fā)生改變,所以需要對SRAM存儲器進行抗輻射加固設(shè)計。本文使用cadence spectre軟件,采用SMIC 65nm工藝對一款高性能抗SEU加固SRAM存儲單元——HP10T單元進行研究,并且基于此單元進行存儲器設(shè)計。首先,對SRAM存儲器在空間環(huán)境運行中可能發(fā)生的輻射效應(yīng)進行闡述,分析SRAM存儲器進行抗SEU加固設(shè)計的必要性。然后,介紹SRAM存儲器進行抗SEU加固的方法,并選擇電路級加固為主進行存儲單元研究。接下來,分析標(biāo)準(zhǔn)6T SRAM單元發(fā)生SEU的機理,結(jié)合一款RHPD-12T單元,進行HP10T單元的研究及其仿真驗證和比較分析。最后,進行512Mbit SRAM存儲器的結(jié)構(gòu)設(shè)計和時序設(shè)計。在上述工作完成后,進行SRAM存儲器的外圍電路設(shè)計... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

空間環(huán)境中的輻射來源[1]7（1）GCRGCR主要由質(zhì)子和α粒子兩類高能粒子組成，來自銀河系（不

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-3-圖1-2SEU分類SEL在CMOS器件中比較常見，其原理如圖1-3所示[3]，由CMOS器件的結(jié)構(gòu)形成一個NPN型三極管和一個PNP型三極管，其中前者為縱向，后者為橫向，兩者與器件的寄生電阻形成一種名為寄生可控硅的結(jié)構(gòu)，能夠使電流信號正反饋放大。其中，三極管A的基極、集電極和發(fā)射極分別對應(yīng)P阱、NMOS管的源和襯底，三極管B的基級、集電極和發(fā)射極分別對應(yīng)襯底、P阱和PMOS管的源。單個高能粒子作用產(chǎn)生的大量電子空穴對在電場作用下形成的微弱電流，在正反饋的放大作用下不斷增強。當(dāng)這一電流過大時，會導(dǎo)致器件中局部的溫度過高，從而使芯片被燒毀。圖1-3SEL原理圖[3]（2）總劑量效應(yīng)半導(dǎo)體器件在空間中運行時，長期受到輻射影響，由高能粒子影響而在MOS器件的氧化層產(chǎn)生大量的電子-空穴對。但是在MOS器件工作時，柵與襯底之間存在電場會使產(chǎn)生的載流子發(fā)生漂移運動，在這個過程中，載流子不會全部成對復(fù)合消失，少量電子因為其遷移率較高而會被很快移走，而少量空穴因為其遷移率相對較低而會逐漸積累。在長期輻射環(huán)境下，MOS器件會因為氧化層中正電荷的積累而使性能被破壞，發(fā)生閾值電壓Vth的漂移，其中NMOS

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-3-圖1-2SEU分類SEL在CMOS器件中比較常見，其原理如圖1-3所示[3]，由CMOS器件的結(jié)構(gòu)形成一個NPN型三極管和一個PNP型三極管，其中前者為縱向，后者為橫向，兩者與器件的寄生電阻形成一種名為寄生可控硅的結(jié)構(gòu)，能夠使電流信號正反饋放大。其中，三極管A的基極、集電極和發(fā)射極分別對應(yīng)P阱、NMOS管的源和襯底，三極管B的基級、集電極和發(fā)射極分別對應(yīng)襯底、P阱和PMOS管的源。單個高能粒子作用產(chǎn)生的大量電子空穴對在電場作用下形成的微弱電流，在正反饋的放大作用下不斷增強。當(dāng)這一電流過大時，會導(dǎo)致器件中局部的溫度過高，從而使芯片被燒毀。圖1-3SEL原理圖[3]（2）總劑量效應(yīng)半導(dǎo)體器件在空間中運行時，長期受到輻射影響，由高能粒子影響而在MOS器件的氧化層產(chǎn)生大量的電子-空穴對。但是在MOS器件工作時，柵與襯底之間存在電場會使產(chǎn)生的載流子發(fā)生漂移運動，在這個過程中，載流子不會全部成對復(fù)合消失，少量電子因為其遷移率較高而會被很快移走，而少量空穴因為其遷移率相對較低而會逐漸積累。在長期輻射環(huán)境下，MOS器件會因為氧化層中正電荷的積累而使性能被破壞，發(fā)生閾值電壓Vth的漂移，其中NMOS

【參考文獻】：
期刊論文
[1]雙立互鎖單元單粒子效應(yīng)加固方法研究[J]. 俞劍.  計算機工程. 2013(03)
[2]存儲技術(shù)的現(xiàn)狀與未來[J]. 廖專崇,黃俊義.  電子產(chǎn)品世界. 2004(Z1)
[3]大規(guī)模集成電路總劑量效應(yīng)測試方法初探[J]. 賀朝會,耿斌,何寶平,姚育娟,李永宏,彭宏論,林東生,周輝,陳雨生.  物理學(xué)報. 2004(01)
[4]單粒子效應(yīng)對衛(wèi)星空間運行可靠性影響[J]. 王長河.  半導(dǎo)體情報. 1998(01)

博士論文
[1]基于錯誤糾正碼的抗單粒子翻轉(zhuǎn)存儲器加固設(shè)計研究[D]. 柳姍姍.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017

碩士論文
[1]基于65nm體硅CMOS工藝的SRAM單元抗輻照加固研究[D]. 賈余勇.安徽大學(xué) 2019
[2]阻變存儲器的輻射效應(yīng)與加固技術(shù)的研究[D]. 段遠(yuǎn).北京交通大學(xué) 2017
[3]近閾值8管存儲器設(shè)計[D]. 于雨情.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016



本文編號：3368363