标准单元单粒子效应敏感性分析

作     者：程佳良 

作者单位：西安电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘毅;余远强

授予年度：2022年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：单粒子瞬态 标准单元 敏感区域 电流源模型 输出电压脉冲宽度 

摘      要：随着工艺尺寸的不断缩小,单粒子瞬态成为研究的重点。当器件尺寸在亚微米甚至深亚微米工艺下时,即使粒子入射到漏区周围单粒子瞬态脉冲也会出现。这使得只把漏区作为敏感区域进行分析将存在较大的偏差,因此有必要对器件的敏感区域进行更细致的分析。本文针对65nm工艺标准单元的单粒子瞬态敏感性进行了研究。主要研究内容和成果如下: 1.基于Congenda的仿真工具构建三维器件模型,采用混合仿真的方法,针对反相器的单粒子瞬态进行了研究。对不同的LET值、注入深度和输出负载电容对瞬态特性曲线的影响进行分析比较,发现不同的LET值直接影响瞬态电流曲线的形态,输出电压脉冲宽度也与电流平台宽度相关;注入深度的变化则对瞬态电流脉冲的峰值和电流平台宽度有较小影响;在小LET下,输出负载电容越大,瞬态电流曲线的峰值越大,输出电压的变化越小;但在大LET下输出电压脉冲宽度越大。 2.对反相器单粒子瞬态的敏感区域及脉冲变化进行分析。研究发现,单粒子瞬态敏感区域包括了整个漏区且在源区部分超出不少区域,随着LET值的增大,单粒子瞬态的敏感区域变大且逐渐向上下与左边源区快速扩展,漏区右边敏感区域变化很小,左边源区更容易随LET的增加而受到单粒子瞬态的影响。当反相器中的NMOS与PMOS晶体管的宽度都加倍时,输出电压脉冲宽度减小但减小幅度不大,横向影响范围减小,纵向影响范围随MOS宽度增加而有所增加。对两种不同阱接触长度的反相器进行比较,发现单粒子瞬态的影响范围基本一致。 3.提出了一种高斯函数与双指数函数相结合的电流源模型,根据给出的不同参数,实现对不同LET下的瞬态电流曲线的拟合。同时提出了一种考虑位置信息的漏电流瞬态脉冲模型的构建方法,应用该方法构建出输出电压脉冲宽度随位置变化的模型,用于对不同位置的输出电压脉冲宽度进行估计。 4.对与非门和或非门不同输入个数、不同输入状态、不同LET、不同位置的单粒子瞬态变化情况进行了比较分析。研究发现,两输入、三输入、四输入与非门的最敏感状态分别为N10、N110、N1110。当与地节点直接相连的NMOS晶体管关闭而其他NMOS晶体管打开时,对应与非门串联NMOS晶体管的最敏感状态,输出电压脉冲宽度最大且单粒子瞬态的影响范围也最大。而对于或非门则输入状态刚好相反,只有与电源节点相连的PMOS晶体管关闭时,为或非门串联PMOS晶体管的最敏感状态。对于并联晶体管,在小LET下输出电压脉冲宽度在漏区较大,而在源区相对较小,脉冲宽度分布具有一定的对称结构;当LET较大时,单粒子瞬态的影响范围几乎包括了整个有源区。对比不同输入逻辑门的最优、最劣态情况,输出电压脉冲宽度受到MOS管宽度、等效漏区面积、恢复电流强度、阱接触面积等多个因素的共同影响。 5.对门单元的输出电压脉冲宽度进行拟合,并根据不同的电路输入状态进行建模。根据所发现的不同输入状态的分组比例关系提出了一种缩放近似方法,用于已知某输入状态的输出电压脉冲宽度分布的情况下,根据缩放比例关系近似计算另一输入状态不同位置的输出电压脉冲宽度。