集成电路是航空航天电子系统的核心部件，工作于空间环境下的集成电路易受到粒子轰击而引发单粒子效应，进而可能会引起系统的性能退化甚至功能失效，因此对集成电路软错误敏感性评估与缓解技术的研究对保证航天任务的顺利进行具有重要意义。随着集成电路工艺技术进入纳米时代，一些新现象、新效应的产生使得传统针对大尺寸器件与电路所开发的软错误敏感性评估方法与缓解技术难以适用。经典双指数电流源在微米级乃至深亚微米级集成电路的软错误敏感性评估中发挥了重要作用，而在纳米级的应用中其适用性有所减弱。传统的单粒子瞬态效应在纳米级逐渐表现为单粒子多瞬态，这给集成电路的软错误敏感性评估与缓解技术的研究带来了新的挑战。此外，随着集成电路工艺技术向三维集成方向发展，三维集成技术可在对体积、性能等要求更高的空间应用环境中发挥重要作用，因此有必要对其展开软错误敏感性评估的研究。
　　本文针对纳米级数字集成电路软错误敏感性评估与缓解技术研究中的几个关键问题展开研究，主要工作包括：
　　（1）纳米集成电路单粒子瞬态脉冲建模研究。集成电路软错误敏感性评估是可靠性设计的基础，为提高其评估的准确性，有必要对粒子轰击所产生的脉冲进行建模研究。纳米集成电路中的双极放大效应对电荷收集有重要影响，进而也影响了瞬态脉冲的形成，本文通过分析双极放大效应中载流子的输运过程，提出一种考虑双极放大效应引起的电荷收集计算方法。继而通过分析粒子轰击器件的瞬时电荷收集过程与持续电荷收集过程，建立了一个复合双指数电流源模型，来有效模拟纳米集成电路单粒子瞬态脉冲的“平台”效应。该复合双指数电流源模型可应用于电路级故障注入仿真中，从而实现有效而准确地评估纳米数字集成电路的软错误敏感性。
　　（2）基于单元版图信息的电路单粒子多瞬态软错误敏感性评估方法研究。随着集成电路工艺技术的不断发展，在电荷共享机制的影响下，单个粒子轰击集成电路所产生电荷可能被多个敏感节点收集，在组合逻辑电路中表现为多个瞬态脉冲的产生与传播。为解决多瞬态脉冲注入过程中，故障模式难以获得的问题，本文通过解析电路布局后的版图信息，提出了一种评估电路单粒子多瞬态软错误敏感性的方法。通过建立基于单元版图信息的电路敏感体仿真模型，并运行Geant4蒙特卡洛仿真，结合复合双指数电流源模型实现电路级故障注入，通过调用快速SPICE仿真工具评估电路的软错误敏感性。与相关评估方法比较，该方法可以从逻辑单元版图的位置关系出发处理多瞬态问题，可以较为准确地评估纳米集成电路的单粒子多瞬态软错误敏感性。
　　（3）基于解析模型的电路单粒子多瞬态软错误敏感性评估方法及缓解技术研究。利用预处理技术对标准单元库进行脉冲产生特性与脉冲传播特性的提取，在考虑电路的电气屏蔽、逻辑屏蔽以及锁存窗口屏蔽效应的同时，实现了一种基于解析模型的电路单粒子多瞬态软错误敏感性评估方法。并通过在脉冲汇聚节点将多个瞬态脉冲先独立传输然后再实现逻辑运算，实现了对多瞬态脉冲的处理。鉴于门尺寸调整技术是一种有效的门级优化电路软错误敏感性的方法，而多目标粒子群优化算法是群体智能研究领域的重要代表。本文通过以基于解析模型的电路单粒子多瞬态软错误敏感性评估方法为评估手段，以门尺寸调整技术为缓解方案，以多目标粒子群优化算法为优化策略，最终实现优化组合逻辑电路软错误敏感性的目的。与相关缓解与加固技术相比，该方法可实现在优化电路软错误敏感性的同时，保证所需开销不致过大。
　　（4）3D SRAM软错误敏感性研究。三维集成技术通过改变传统集成电路的平面集成方式为三维立体堆叠结构，使得晶体管集成密度的进一步提升成为可能。由于三维集成技术具有高带宽、高密度、低延迟、低功耗等优点而使其发展极为迅速，在未来有望应用于对芯片体积与性能有严格要求的航空航天系统中。本文以3D SRAM为研究目标，利用TCAD器件级仿真工具并结合相关工艺，建立了3D SRAM堆叠结构的软错误敏感性评估模型。研究了3D SRAM在不同粒子种类、能量下的单粒子翻转事件，分析了堆叠结构中不同管芯单粒子翻转截面的差异性。通过对3D集成技术中常用的互连各层管芯的硅通孔（TSV）进行建模，分析了TSV对3D SRAM软错误敏感性的影响。研究结果表明高能重离子能够穿过整个3D SRAM仿真结构，使得各层管芯的翻转截面均有所增加，而低能重离子由于截止于某一层管芯中而无法对底层管芯的翻转截面产生影响。此外，鉴于TSV的引入降低了SRAM存储单元的密度，这使得3D SRAM的翻转截面相比平面工艺下降了一个数量级之多。