納米CMOS組合電路單粒子誘導(dǎo)的軟錯(cuò)誤研究.pdf

1、我國(guó)航天科技的飛速發(fā)展，使得空間應(yīng)用抗輻射集成電路的研究已經(jīng)成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的關(guān)注重點(diǎn)。隨著工藝尺寸的縮減以及時(shí)鐘頻率的增加，組合電路中的軟錯(cuò)誤率已逐漸成為總的軟錯(cuò)誤率的主要來(lái)源。本文針對(duì)納米尺度下的組合電路，對(duì)其軟錯(cuò)誤分析、測(cè)量及加固技術(shù)展開(kāi)了深入的研究。主要取得如下幾個(gè)方面的研究成果：
　?。?）提出了處理重匯聚問(wèn)題的SET混合時(shí)序傳播算法，并首次獲得了脈沖窄化效應(yīng)對(duì)大規(guī)模組合電路軟錯(cuò)誤率影響的模擬數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)粒子入射位置和

2、脈沖窄化效應(yīng)之間的關(guān)系進(jìn)行建模，提出了考慮脈沖窄化效應(yīng)的組合電路軟錯(cuò)誤率分析方法。模擬結(jié)果表明：脈沖窄化效應(yīng)對(duì)軟錯(cuò)誤率的影響與具體的版圖布局密切相關(guān)，對(duì)于不同的測(cè)試電路，脈沖窄化效應(yīng)可以使其軟錯(cuò)誤率減少4-16％，當(dāng)采用一種優(yōu)化后的版圖布局結(jié)構(gòu)后，可以使其軟錯(cuò)誤率進(jìn)一步減少。
　?。?）從敏感區(qū)的角度研究了組合電路中的多SET現(xiàn)象，研究發(fā)現(xiàn)多SET敏感區(qū)的敏感性比單SET敏感區(qū)的敏感性低一個(gè)量級(jí)之上。提出了基于版圖的簡(jiǎn)化多SET敏

3、感區(qū)模型及面積計(jì)算方法，基于該模型分析了65 nm工藝下大規(guī)模組合電路中多SET的產(chǎn)生與傳播概率。模擬結(jié)果表明：雖然多SET傳播至末端鎖存器的概率大于單個(gè)SET的傳播概率，但是多SET的產(chǎn)生概率遠(yuǎn)低于單個(gè)多SET的產(chǎn)生概率。
　?。?）提出了有效敏感區(qū)以及有效 SET脈寬概念對(duì)納米尺度下的敏感晶體管建模，并基于該概念對(duì)組合電路軟錯(cuò)誤率進(jìn)行計(jì)算，研究發(fā)現(xiàn)：將漏區(qū)作為敏感區(qū)的方法會(huì)低估電路的軟錯(cuò)誤率一個(gè)量級(jí)之上。采用網(wǎng)格劃分的方法對(duì)納

4、米尺度下晶體管的敏感區(qū)重新定義，在此基礎(chǔ)上提出了有效敏感區(qū)及有效SET脈寬的概念，并通過(guò)重離子試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。試驗(yàn)和模擬結(jié)果表明，有效敏感區(qū)概念更加接近真實(shí)的情況，將漏區(qū)作為敏感區(qū)的方法會(huì)低估組合電路的軟錯(cuò)誤率一個(gè)量級(jí)之上，給電路設(shè)計(jì)者帶來(lái)過(guò)于樂(lè)觀的結(jié)論。
　?。?）提出了基于粒子入射位置的軟錯(cuò)誤率評(píng)估技術(shù)，該評(píng)估方法綜合考慮了電荷共享效應(yīng)、脈沖窄化效應(yīng)、多 SET、角度等因素。通過(guò)網(wǎng)格劃分的特征化方法對(duì)粒子入射位置與SET脈沖寬

5、度之間的關(guān)系進(jìn)行建模，進(jìn)而提出了基于粒子入射位置的組合電路軟錯(cuò)誤率評(píng)估技術(shù)，該技術(shù)考慮了納米尺度下影響組合電路軟錯(cuò)誤率的諸多因素。模擬和重離子試驗(yàn)結(jié)果表明該技術(shù)能更加真實(shí)地反映組合電路的軟錯(cuò)誤率，可以更加細(xì)微地表征和統(tǒng)計(jì)單個(gè)入射粒子引起的電路級(jí)響應(yīng)。
　?。?）基于65 nm某商用體硅CMOS工藝，設(shè)計(jì)了三種新穎的組合電路軟錯(cuò)誤測(cè)量結(jié)構(gòu)，并采用重離子試驗(yàn)獲得了大規(guī)模組合電路中SET脈寬分布的試驗(yàn)數(shù)據(jù)?；趯?duì)稱思想提出了三種組合電路

6、軟錯(cuò)誤測(cè)量結(jié)構(gòu)：反相器鏈的SET動(dòng)態(tài)測(cè)量結(jié)構(gòu)、分別測(cè)量PMOS和NMOS脈寬及電荷共享能力的結(jié)構(gòu)、測(cè)量大規(guī)模組合電路軟錯(cuò)誤率的結(jié)構(gòu)。在65 nm某商用體硅CMOS工藝下對(duì)這些測(cè)試電路進(jìn)行了流片及功能測(cè)試，并采用重離子試驗(yàn)驗(yàn)證了測(cè)量大規(guī)模組合電路軟錯(cuò)誤率的測(cè)試結(jié)構(gòu)，很好地彌補(bǔ)了國(guó)際上在試驗(yàn)測(cè)量方面的不足。
　　（6）設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了組合電路軟錯(cuò)誤的多層次加固技術(shù)，研究表明：在平均損失22.8%面積開(kāi)銷的情況下，該加固技術(shù)可以平均減少66