《电子技术应用》
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基于全物理模型的模块级SRAM的SEU仿真方法
2020年电子技术应用第6期
彭惠薪，刘 琳，郑宏超，于春青
北京微电子技术研究所，北京100076
摘要： 随着科学技术的发展和工艺尺寸的降低，单元器件的尺寸逐渐减小，使得单粒子电荷共享和单粒子翻转等效应日益严重，增加了抗辐射加固模块级SRAM设计难度，因此需要一套更为完备的仿真方法对模块级SRAM的单粒子效应敏感性进行预估，为电路加固设计提供依据和建议。基于模块级SRAM的单元结构和电路版图，利用Cogenda软件构建了模块级SRAM单粒子翻转效应仿真方法，对其敏感性进行分析，获得其单粒子翻转LET阈值，并与重离子实验结果进行对比，仿真误差为13.3%。
中图分类号： TP302.8
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200002
中文引用格式： 彭惠薪，刘琳，郑宏超，等. 基于全物理模型的模块级SRAM的SEU仿真方法[J].电子技术应用，2020，46(6)：51-54.
英文引用格式： Peng Huixin，Liu Lin，Zheng Hongchao，et al. The SEU simulation of module-level SRAM based on full physical model[J]. Application of Electronic Technique，2020，46(6)：51-54.
The SEU simulation of module-level SRAM based on full physical model
Peng Huixin，Liu Lin，Zheng Hongchao，Yu Chunqing
Beijing Microelectronics Technology Institute，Beijing 100076，China
Abstract： With the development of technology and the decrease of the process size, the scale of the single memory cell becomes smaller, causing the charge sharing and the SEU more serious, and increasing the difficulty of radiation harden design. Therefore, the accurate simulation for estimating the SEU of module level SRAM is needed to provide basis and guidance for radiation harden design. This paper summarizes the structure and the layout of SRAM, proposes a simulation of the SEU of module level SRAM using Cogenda for sensitivity analysis and the SEU LET threshold estimate. Comparison between the simulation and the heavy ion tests shows that the difference is about 13.3%.
Key words : SRAM；single event upset；radiation harden；sensitivity analysis

0 引言

    随着数字电路工艺的不断发展，单元器件的尺寸逐渐缩短，使得单粒子电荷共享和单粒子翻转（Single Event Upset，SEU）等效应日益严重[1-2]，增加了抗辐射加固模块设计难度，因此需要设计者结合版图和模块级SRAM的电路结构，在电路面积和性能两方面进行优化。优化后模块级SRAM电路的单粒子效应翻转阈值，需要通过建模和仿真来预估。现有的仿真方式主要有双指数电流注入、分段式电流源辐射仿真等[3]，由于两者仿真结果差异较大，很难形成共识。因此需要提出一种共性的辐射效应仿真方法和步骤，在模块设计完成后进行完整的辐射效应仿真，以完善现有的模块级数字化设计流程。

    为了保证电路的抗辐射能力，抗辐射加固的模块级电路设计流程中，需要对模块级电路的加固设计进行评价。评价的关键点在于电路结构敏感点分析及电路敏感性仿真[4-6]。模块级SRAM电路敏感节点与其电路结构相关，通过分析其受辐照后存储单元发生翻转效应的内部机理，可以确定一个或多个敏感节点的位置。而模块级SRAM电路的敏感性则需通过仿真，模拟各个节点在受到重离子辐照后的电荷收集情况，并通过引起翻转的重离子LET值及翻转的次数对加固设计的好坏进行预估评价。

    本文提出一种研究模块级SRAM电路单粒子翻转的仿真方法。首先根据模块级SRAM电路结构，并对其敏感节点进行分析，根据分析结果，建立包含敏感节点的三维物理模型，并确定粒子样本的入射位置。同时，进行粒子输运与能量沉积模拟，利用包含敏感节点的三维物理模型和粒子输运与能量沉积模拟联合仿真的方法，进行模块级SRAM电路单粒子翻转的仿真研究。最后对整个模块级SRAM电路区域进行多次单粒子事件的扫描仿真，用来估算出存储单元电路的SEU敏感截面。




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作者信息:

彭惠薪，刘  琳，郑宏超，于春青

(北京微电子技术研究所，北京100076)

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