铁电存储器拥有高读写速度、高循环次数以及超低运行功耗三大优势,并且采用的铁电材料具有很好的抗电离辐射能力,这使其在航空航天领域开始崭露头角。然而,复杂的空间辐射环境依然会使铁电存储器产生辐射效应,导致器件存储数据出错甚至无法正常工作。随着半导体技术节点的推进,单粒子效应逐渐成为了造成微电子器件工作异常的主要因素。目前,针对商用铁电存储器的单粒子效应研究主要局限于器件中不同模块的单粒子效应的敏感性评估,对单粒子效应的内在机制研究相对较少,其出错机制还不清楚。基于此,本文从计算机仿真模拟的角度出发,针对组成铁电存储电路的CMOS元器件的单粒子瞬态效应以及铁电存储电路的单粒子翻转效应的内部机制展开仿真研究,并对外围锁存模块进行了加固设计。主要工作与结果如下:1.器件的三维建模及铁电存储单元读写电路的搭建。基于脚本的方法,建立了商用铁电电容的三维简化模型以及90 nm CMOS器件的三维模型,并进行了工艺校准;结合上述所建的模型,采用器件-电路混合仿真方法设计搭建了2T2C和1T1C铁电存储单元读写电路,并验证了它们读写功能的正确性。2.CMOS器件单粒子瞬态效应的仿真模拟。研究了单个CMOS器件的电荷收集过程和电荷共享效应机制以及SOI加固器件的抗单粒子能力。结果表明,NMOS的有效收集深度在1.5~2μm之间,PMOS的有效收集深度在0.5~1μm之间;当单粒子入射主器件时,双阱工艺下从器件收集的电荷仅来自电离电荷的漂移扩散作用,而三阱工艺下从器件收集的电荷来自漂移扩散作用和双极放大作用,因此三阱工艺下电荷共享效应要比双阱工艺下更严重;在两种SOI加固器件中,选择性埋氧层上硅器件相对浮体SOI器件具有更优异的抗单粒子能力,且它在200~450 K范围内有效抑制了温度对单粒子脉冲宽度的影响。3.铁电存储电路单粒子翻转效应的仿真模拟。研究了不同敏感节点的瞬态脉冲对数据读写的影响,并对外围锁存结构提出了相应的加固设计方案。结果表明,单粒子入射字线晶体管时,数据未发生翻转,主要是因为铁电电容极化信息波动后又恢复至原状态;单粒子入射板线激发器和灵敏放大器时,存储数据发生了翻转,主要是因为读出出错导致了回写数据翻转;单粒子入射外围锁存电路时,由于电荷共享效应的作用,DICE锁存结构发生了单粒子多位翻转。为此,本文提出了选择性埋氧层上硅工艺加固和电容耦合加固两种方案。其中,电容耦合加固DICE结构的单粒子多位翻转阈值比未加固时提高了6倍之多。