基于体硅CMOS工艺的SRAM单粒子翻转加固设计研究

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我国近年来航空航天事业的飞速发展,对茫茫太空宇宙探索的一步步深入,其背后离不开高性能、高可靠性集成电路产品的支持。宇宙空间中复杂的辐射环境对于集成电路的要求极其严苛,此外,随着器件工艺技术的进步,晶体管在集成电路芯片上的集成度越来越高,这使得发生在航空航天级芯片上的单粒子效应成为影响航空航天器正常运行的重要原因。SRAM(静态随机存取存储器)单元作为芯片的重要组成部分且占据电路的面积最大,对存储单元进行抗辐射加固设计是必要的。本文基于65nm CMOS工艺,采用极性加固技术提出了一种具有抗辐射性能的存储单元—RHMC-12T,并对其进行了仿真分析。此外,对传统反相器的几种加固方法进行了研究和仿真验证。首先分析了传统6T SRAM单元的存储节点对于单粒子效应的不耐受性进而对SRAM单元常见的加固方法进行了简要介绍。接着对6T SRAM单元的关键电荷做了研究和对反向器的抗SET(Single Event Transient)加固方法进行了研究分析和仿真验证。使用仿真软件TCAD对电路进行仿真,研究结果表明通过增大NMOS管的尺寸,可以有效减小SET的脉冲宽度。另外,通过使用源隔离加固技术、改变反相器中的晶体管的连接方式如:将PMOS晶体管串联或并联、将NMOS晶体管串联等方法均可以有效降低SET的脉冲宽度。本文对于反相器的抗SET加固方法的研究对于今后研究设计具有抗辐照性能的SRAM单元具有一定的指导意义。最后,基于极性加固技术提出一种抗单粒子效应的名为RHMC-12T的抗辐照存储单元,该单元通过使用全PMOS晶体管包围存储节点的方法来减少敏感节点的数目,这样可以通过降低存储单元被高能粒子轰击而引起存储单元被翻转的概率来进一步增强单元的抗辐照性能,并对存储单元进行了版图优化。通过使用仿真软件Cadence对该存储单元进行了仿真验证,结果表明本文提出的存储单元抗辐射性能良好。与Quatro单元相比,RHMC-12T单元的读速度提高了24%,保持静态噪声容限提高了14%。且与其他提出的若干种抗辐照存储单元相比较,本文提出的存储单元具有读写速度快且稳定性好的优点。
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