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基于全物理模型的模塊級(jí)SRAM的SEU仿真方法

2020年電子技術(shù)應(yīng)用第6期

彭惠薪，劉琳，鄭宏超，于春青

北京微電子技術(shù)研究所，北京100076

摘要： 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工藝尺寸的降低，單元器件的尺寸逐漸減小，使得單粒子電荷共享和單粒子翻轉(zhuǎn)等效應(yīng)日益嚴(yán)重，增加了抗輻射加固模塊級(jí)SRAM設(shè)計(jì)難度，因此需要一套更為完備的仿真方法對(duì)模塊級(jí)SRAM的單粒子效應(yīng)敏感性進(jìn)行預(yù)估，為電路加固設(shè)計(jì)提供依據(jù)和建議。基于模塊級(jí)SRAM的單元結(jié)構(gòu)和電路版圖，利用Cogenda軟件構(gòu)建了模塊級(jí)SRAM單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)仿真方法，對(duì)其敏感性進(jìn)行分析，獲得其單粒子翻轉(zhuǎn)LET閾值，并與重離子實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，仿真誤差為13.3%。

關(guān)鍵詞： 存儲(chǔ)器單粒子翻轉(zhuǎn) 抗輻照敏感性分析

中圖分類號(hào)： TP302.8
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200002
中文引用格式： 彭惠薪，劉琳，鄭宏超，等. 基于全物理模型的模塊級(jí)SRAM的SEU仿真方法[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2020，46(6)：51-54.
英文引用格式： Peng Huixin，Liu Lin，Zheng Hongchao，et al. The SEU simulation of module-level SRAM based on full physical model[J]. Application of Electronic Technique，2020，46(6)：51-54.

The SEU simulation of module-level SRAM based on full physical model

Peng Huixin，Liu Lin，Zheng Hongchao，Yu Chunqing

Beijing Microelectronics Technology Institute，Beijing 100076，China

Abstract： With the development of technology and the decrease of the process size, the scale of the single memory cell becomes smaller, causing the charge sharing and the SEU more serious, and increasing the difficulty of radiation harden design. Therefore, the accurate simulation for estimating the SEU of module level SRAM is needed to provide basis and guidance for radiation harden design. This paper summarizes the structure and the layout of SRAM, proposes a simulation of the SEU of module level SRAM using Cogenda for sensitivity analysis and the SEU LET threshold estimate. Comparison between the simulation and the heavy ion tests shows that the difference is about 13.3%.

Key words : SRAM；single event upset；radiation harden；sensitivity analysis

0 引言

隨著數(shù)字電路工藝的不斷發(fā)展，單元器件的尺寸逐漸縮短，使得單粒子電荷共享和單粒子翻轉(zhuǎn)（Single Event Upset，SEU）等效應(yīng)日益嚴(yán)重^[1-2]，增加了抗輻射加固模塊設(shè)計(jì)難度，因此需要設(shè)計(jì)者結(jié)合版圖和模塊級(jí)SRAM的電路結(jié)構(gòu)，在電路面積和性能兩方面進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化后模塊級(jí)SRAM電路的單粒子效應(yīng)翻轉(zhuǎn)閾值，需要通過建模和仿真來預(yù)估。現(xiàn)有的仿真方式主要有雙指數(shù)電流注入、分段式電流源輻射仿真等^[3]，由于兩者仿真結(jié)果差異較大，很難形成共識(shí)。因此需要提出一種共性的輻射效應(yīng)仿真方法和步驟，在模塊設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行完整的輻射效應(yīng)仿真，以完善現(xiàn)有的模塊級(jí)數(shù)字化設(shè)計(jì)流程。

為了保證電路的抗輻射能力，抗輻射加固的模塊級(jí)電路設(shè)計(jì)流程中，需要對(duì)模塊級(jí)電路的加固設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)的關(guān)鍵點(diǎn)在于電路結(jié)構(gòu)敏感點(diǎn)分析及電路敏感性仿真^[4-6]。模塊級(jí)SRAM電路敏感節(jié)點(diǎn)與其電路結(jié)構(gòu)相關(guān)，通過分析其受輻照后存儲(chǔ)單元發(fā)生翻轉(zhuǎn)效應(yīng)的內(nèi)部機(jī)理，可以確定一個(gè)或多個(gè)敏感節(jié)點(diǎn)的位置。而模塊級(jí)SRAM電路的敏感性則需通過仿真，模擬各個(gè)節(jié)點(diǎn)在受到重離子輻照后的電荷收集情況，并通過引起翻轉(zhuǎn)的重離子LET值及翻轉(zhuǎn)的次數(shù)對(duì)加固設(shè)計(jì)的好壞進(jìn)行預(yù)估評(píng)價(jià)。

本文提出一種研究模塊級(jí)SRAM電路單粒子翻轉(zhuǎn)的仿真方法。首先根據(jù)模塊級(jí)SRAM電路結(jié)構(gòu)，并對(duì)其敏感節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果，建立包含敏感節(jié)點(diǎn)的三維物理模型，并確定粒子樣本的入射位置。同時(shí)，進(jìn)行粒子輸運(yùn)與能量沉積模擬，利用包含敏感節(jié)點(diǎn)的三維物理模型和粒子輸運(yùn)與能量沉積模擬聯(lián)合仿真的方法，進(jìn)行模塊級(jí)SRAM電路單粒子翻轉(zhuǎn)的仿真研究。最后對(duì)整個(gè)模塊級(jí)SRAM電路區(qū)域進(jìn)行多次單粒子事件的掃描仿真，用來估算出存儲(chǔ)單元電路的SEU敏感截面。

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作者信息:

彭惠薪，劉琳，鄭宏超，于春青

(北京微電子技術(shù)研究所，北京100076)

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