随着航天技术的不断发展,宇航集成电路逐渐向纳米工艺迈进。然而,工艺尺寸缩减导致新的辐射效应机制不断出现,在纳米工艺节点电荷共享效应显著存在,使得纳米集成电路的辐射效应分析与评估面临严峻的挑战。研究单粒子效应仿真方法对于促进宇航集成电路设计优化、改进单粒子效应实验方法以及提高宇航集成电路评估充分性具有重要意义。本文开展了 28 nm电路级单粒子效应仿真技术研究,主要研究内容和成果如下:(1)基于Sentaurus TCAD软件建立了 28nm器件三维仿真模型,并对TSMC体硅CMOS工艺进行参数校准。通过仿真,首先获得了单个器件的基本瞬态特性,分析了器件尺寸和粒子半径等因素对电荷收集的影响,然后针对临近排布的两个MOS器件,研究不同因素对电荷共享效应的影响,包括:入射粒子LET值、浅沟槽隔离深度、器件分布间距和粒子入射方向及角度等,详细阐述了主、从器件的瞬态脉冲的差异及其产生的原因,仿真得到的结论主要有:主、从器件的电荷收集和脉冲峰值随入射粒子LET值线性增加;改变STI深度和器件间距,对从器件电荷收集的影响程度要高于主器件;粒子入射方向和角度对电荷共享的影响程度非常大,粒子在大倾角入射时,从器件产生的瞬态脉冲可能明显高于主器件。(2)建立一种涵盖电荷共享效应的瞬态脉冲注入模型,适用于电路级单粒子效应仿真。考虑了复杂因素对电荷共享效应的影响,提出了一种基于查找表和双指数函数的瞬态脉冲模型,模型由粒子LET值、入射角度和器件间距共同确定,通过对查找表数据多维函数插值,生成任意条件下主、从器件的瞬态电流脉冲。基于Verilog-A语言将该模型实现为可以用于电路级仿真的故障注入模型。在电路级对反相器链中的脉冲缩减效应以及6管SRAM单元的翻转再恢复效应进行模拟仿真,验证了所构建的注入模型能够仿真电荷共享效应。(3)开展大规模数字电路的单粒子效应仿真方法研究。基于瞬态脉冲在电路中的传播规律,构建了单粒子等效脉冲注入和基于SPICE的模拟电路仿真相结合的电路级仿真方案,仿真流程划分为网表分析与转换、建立故障源和故障注入、SPICE电路仿真、错误分析与统计四个阶段。实现了基于版图感知的故障脉冲注入技术、考虑电荷共享的错误统计和分析等关键技术。(4)以PIC处理器为用例开展规模电路的单粒子注入仿真和分析。分别开展了寄存器单粒子敏感性仿真、关键路径故障注入仿真以及整体随机注入仿真,得到的仿真结果有:PIC处理器的PC寄存器和W寄存器的单粒子敏感性最强;时钟树中的瞬态脉冲对电路的影响恶劣,因此需要进行重点防护;按不同类型错误统计发现,当前工艺节点下瞬态错误个数超过翻转错误。表明本文构建的电路级仿真方法可以用于单粒子效应以及电荷共享效应的分析和研究。