數(shù)字集成電路老化預(yù)測及單粒子效應(yīng)研究.pdf

1、隨著晶體管工藝尺寸的不斷縮小,集成電路的可靠性成為設(shè)計研究中的重要課題。而以負(fù)偏置溫度不穩(wěn)定性(Negative Bias Temperature Instability,NBTI)為代表的老化效應(yīng)和輻射環(huán)境下導(dǎo)致的單粒子效應(yīng)對集成電路的可靠性造成了嚴(yán)重威脅和挑戰(zhàn)。負(fù)偏置溫度不穩(wěn)定通過影響電路的延遲最終導(dǎo)致電路出現(xiàn)時序違規(guī),造成電路失效。而輻射環(huán)境下高能粒子入射到集成電路中會誘發(fā)單粒子效應(yīng),當(dāng)這些軟錯誤傳播到電路的輸出端就會造成電路的輸

2、出結(jié)果錯誤。本論文主要的研究內(nèi)容包括兩部分:NBTI導(dǎo)致的電路老化效應(yīng)和高能粒子造成的單粒子效應(yīng)。取得的主要研究成果如下:
　　(1)針對電路老化,提出了一種用于電路老化預(yù)測的穩(wěn)定性校驗器結(jié)構(gòu),即SCOL。SCOL被插入到組合邏輯和觸發(fā)器之間,通過檢測組合邏輯的跳變來預(yù)測電路老化。SCOL不僅能夠檢測電路的老化,本身還可以將檢測結(jié)果進(jìn)行鎖存。實驗數(shù)據(jù)表明,SCOL與同類的校驗器ARSC和ASVFD相比,面積分別減少了37％和22%

3、,功耗分別減少了50%和40%。
　　(2)基于ISE-TCAD仿真軟件對MOS器件的單粒子效應(yīng)進(jìn)行特性研究。模擬并分析了不同LET值、入射位置、外接電壓、外電路連接方式對單粒子效應(yīng)的影響。
　　(3)為了減輕輻射環(huán)境中D觸發(fā)器受單粒子翻轉(zhuǎn)的影響,本論文提出了一種低開銷的加固D觸發(fā)器(LHFF)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)是基于時間冗余的異構(gòu)雙模冗余設(shè)計,針對單粒子翻轉(zhuǎn)進(jìn)行防護(hù)。Spice模擬結(jié)果顯示與其它加固觸發(fā)器相比,LHFF在電路面積