FinFET SRAM中子辐射效应研究

来源 :西安电子科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wei_357
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目前的集成电路特征工艺已推进到14nm,器件结构发展为三栅FinFET,考虑到FinFET器件结构与传统平面器件的差异性,SRAM作为电子系统中的重要组成部分,开展基于FinFET SRAM的辐射效应研究十分必要。本文辐射效应损伤机理出发,通过搭建仿真平台,开展了FinFET SRAM的中子瞬时剂量率效应和中子单粒子翻转效应的仿真分析。  本研究主要内容包括:⑴搭建了包括粒子输运、器件级、电路级的仿真平台对SOI FinFET和 Bulk FinFET进行了中子瞬时剂量率效应研究。通过在Geant4和Sentaurus TCAD中建立两种FinFET三维器件模型,获得大量中子入射导致的器件敏感区域能量沉积及产生的电流脉冲。Hspice搭建FinFET SRAM标准单元,以瞬时电流源形式加入电流脉冲,得到敏感节点电压变化。由仿真结果可知:由于SOI结构中的埋氧层隔离使得衬底电荷无法被漏端收集,SOI FinFET的抗中子瞬时剂量率能力远高于Bulk FinFET,入射中子数量阈值分别为3×106和3×105。⑵基于仿真平台研究了平面65nm MOSFET SRAM的中子瞬时剂量率效应,并与FinFET SRAM的仿真结果进行了对比分析。仿真结果表明:中子入射数量为3×105时,MOSFET SRAM敏感节点电压已经发生翻转,且电压下降数值更大。证明与三栅FinFET相比,平面器件敏感表面和敏感体积更大,更易受瞬时剂量率效应影响。⑶通过Hspice搭建基于FinFET的DICE和10T单元电路结构,验证了这两种电路级加固方式适用于FinFET SRAM,并证明了DICE加固结果优于10T单元。⑷搭建了包括次级粒子能谱和TCAD器件级的仿真平台进行了 SOI FinFET SRAM的中子单粒子翻转效应研究。利用Talys计算对比了中子分别与氧原子、硅原子核反应产物的种类与能量,表明氧原子与中子相互作用后产生的次级粒子可以获得更高的能量,约为硅原子产物的1.6倍。⑸通过TCAD软件直接生成FinFET SRAM器件结构,直接获得不同种类、不同能量次级粒子对所存储逻辑状态的影响。仿真结果表明:虽然氧原子产生次级粒子能量更高,但相对原子质量较小,对中子单粒子翻转起主要作用的是中子与硅原子核反应产物,14MeV中子与硅原子相互作用产生的25Mg就可以导致电路逻辑状态翻转。
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