基于SOI工艺KFZ嵌入式SRAM关键技术研究

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当电子器件应用在辐射环境下时,粒子流会与器件材料相互作用,使器件产生辐射损伤。该损伤导致器件电气特性发生改变,引起集成电路发生功能失效等不期望的工作状态。在军用、航天、核设施等关键应用系统中,需要KFZ加固的电子器件。随着我国军事、航天事业快速发展,对KFZ加固的大规模集成电路的需求急剧增加,其中高密度大容量的SRAM的KFZ加固是其中的重点和难点。研究KFZ加固的SRAM具有重要的现实意义和应用价值。  SOI技术用于KFZ加固领域已有很多年,本论文基于**nm PD SOI工艺线,研究KFZ SRAM的关键技术,完成频率达到**Hz SRAM电路设计。课题组首先初步研究SOI器件的辐射损伤机理,然后分析**nm PD SOI器件的性能,最终结合存储器的速度、面积、可靠性等指标,提出版图级、电路级等各层次的KFZ加固方案,完成高性能KFZ加固SRAM电路设计。主要工作有:  (1)分析**nm PD SOI器件的电气特性和KFZ性能。该工艺下的浮体器件存在历史效应、双极电流放大效应,不适宜用在存储器设计中。该工艺的体接触器件和同等特征尺寸的体硅器件相比,速度慢、功耗大、面积开销大。T型栅和H型栅体引出器件可增强器件的抗单粒子能力,可以满足当前**rad(Si)的抗总剂量指标。  (2)提出两类抗单粒子翻转的存储单元,其读出速度快、面积开销较小,可用于实现低代价KFZSRAM存储体。这两类单元可同时适用于SOI以及体硅工艺。统计分析表明,使用该抗翻转存储单元可以达到KFZ加固软错误率指标。目前已对这两种电路结构申请专利。  (3)提出面向10T存储单元的可靠性评估方法。使用改进的SNM测试方法测量电压容限,使用直流分析的方式直观观测电流容限,可有效用于抗单粒子翻转存储单元的可靠性评估。  (4)通过理论推导和仿真试验分析锁存器型灵敏放大器的输出过程,指出预充电压、位线压差以及使能管和互锁反相器中下拉管的宽长比都是影响灵敏放大器速度的因素。同时,使用数值评估的方法对存储器读出系统的可靠性进行评估。通过良率敏感度分析可以为优化电路设计提供指导。  (5)完成了一款SRAM的电路设计。本存储器采用全定制设计,基于**nm PDSOI工艺实现,容量32kb。通过采用体引出器件、抗单粒子翻转的存储单元以及KFZ加固电路设计技术实现存储器的KFZ加固。
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