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基于全物理模型的模塊級SRAM的SEU仿真方法

2020年電子技術應用第6期

彭惠薪，劉琳，鄭宏超，于春青

北京微電子技術研究所，北京100076

摘要： 隨著科學技術的發展和工藝尺寸的降低，單元器件的尺寸逐漸減小，使得單粒子電荷共享和單粒子翻轉等效應日益嚴重，增加了抗輻射加固模塊級SRAM設計難度，因此需要一套更為完備的仿真方法對模塊級SRAM的單粒子效應敏感性進行預估，為電路加固設計提供依據和建議。基于模塊級SRAM的單元結構和電路版圖，利用Cogenda軟件構建了模塊級SRAM單粒子翻轉效應仿真方法，對其敏感性進行分析，獲得其單粒子翻轉LET閾值，并與重離子實驗結果進行對比，仿真誤差為13.3%。

關鍵詞： 存儲器單粒子翻轉抗輻照敏感性分析

中圖分類號： TP302.8
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200002
中文引用格式： 彭惠薪，劉琳，鄭宏超，等. 基于全物理模型的模塊級SRAM的SEU仿真方法[J].電子技術應用，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

隨著數字電路工藝的不斷發展，單元器件的尺寸逐漸縮短，使得單粒子電荷共享和單粒子翻轉（Single Event Upset，SEU）等效應日益嚴重^[1-2]，增加了抗輻射加固模塊設計難度，因此需要設計者結合版圖和模塊級SRAM的電路結構，在電路面積和性能兩方面進行優化。優化后模塊級SRAM電路的單粒子效應翻轉閾值，需要通過建模和仿真來預估。現有的仿真方式主要有雙指數電流注入、分段式電流源輻射仿真等^[3]，由于兩者仿真結果差異較大，很難形成共識。因此需要提出一種共性的輻射效應仿真方法和步驟，在模塊設計完成后進行完整的輻射效應仿真，以完善現有的模塊級數字化設計流程。

為了保證電路的抗輻射能力，抗輻射加固的模塊級電路設計流程中，需要對模塊級電路的加固設計進行評價。評價的關鍵點在于電路結構敏感點分析及電路敏感性仿真^[4-6]。模塊級SRAM電路敏感節點與其電路結構相關，通過分析其受輻照后存儲單元發生翻轉效應的內部機理，可以確定一個或多個敏感節點的位置。而模塊級SRAM電路的敏感性則需通過仿真，模擬各個節點在受到重離子輻照后的電荷收集情況，并通過引起翻轉的重離子LET值及翻轉的次數對加固設計的好壞進行預估評價。

本文提出一種研究模塊級SRAM電路單粒子翻轉的仿真方法。首先根據模塊級SRAM電路結構，并對其敏感節點進行分析，根據分析結果，建立包含敏感節點的三維物理模型，并確定粒子樣本的入射位置。同時，進行粒子輸運與能量沉積模擬，利用包含敏感節點的三維物理模型和粒子輸運與能量沉積模擬聯合仿真的方法，進行模塊級SRAM電路單粒子翻轉的仿真研究。最后對整個模塊級SRAM電路區域進行多次單粒子事件的掃描仿真，用來估算出存儲單元電路的SEU敏感截面。

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作者信息:

彭惠薪，劉琳，鄭宏超，于春青

(北京微電子技術研究所，北京100076)

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