[發明專利]一種輻射加固設計的靜態隨機存儲單元

在審

• 申請號: 201210587094.8
• 申請日: 2012-12-28
• 公開（公告）號: CN103903645A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 吳利華;于芳
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: G11C11/413
• 分類號: G11C11/413
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

技術領域

本發明涉及集成電路技術領域，更具體地涉及一種輻射加固設計的靜態隨機存儲單元。

背景技術

按照數據存儲方式，半導體存儲器分為動態隨機存儲器(DRAM)、非易失性存儲器和靜態隨機存儲器(SRAM)。SRAM能夠以一種簡單而且低功耗的方式實現快速的操作速度，并且，與DRAM相比，SRAM不需要周期性刷新存儲的信息，所以設計和制造相對容易，因而SRAM在數據存儲領域得到廣泛應用。但是在空間、宇航等應用領域中，大量存在的高能粒子、宇宙射線等產生的輻射效應，如單粒子翻轉等，將會造成SRAM中靜態隨機存儲單元數據的丟失，由此破壞SRAM的正常工作，且隨著集成特征電路尺寸的不斷減小，輻射效應對于靜態隨機存儲單元的影響隨之加重。為滿足空間、宇航等應用領域的特殊需求，對靜態隨機存儲單元的輻射加固設計變得尤為重要。

已知傳統的靜態隨機存儲單元為6管單元，如圖1所示，6管單元包括：第一、第二驅動NMOS晶體管310、320，第一、第二負載PMOS晶體管315、325，其中第一驅動NMOS晶體管310與第一負載PMOS晶體管315構成第一反相器31，第二驅動NMOS晶體管320與第二負載PMOS晶體管325構成第二反相器32，第一反相器輸出與第二反相器輸入相連，第二反相器輸出與第一反相器輸入相連，由此構成交叉耦合的鎖存器，該鎖存器連接在正電源電壓(VCC)和電源地(GND)之間；兩只存取NMOS晶體管340、341，其漏極分別與第一反相器輸出312、第二反相器輸出322相連，其源極分別與位線301、位線反302連接，其柵極均與字線330連接。當對6管單元進行讀/寫操作時，字線330轉換至高電壓，兩對互補位線讀出/寫入數據。

傳統結構的6管單元在輻射環境下，由于輻射效應的影響，尤其在單粒子事件發生時，如果鎖存器的任一存儲節點發生瞬態翻轉時，都可能會導致鎖存器數據的翻轉，從而發生數據錯誤。

如圖2所示，圖2是DICE結構的輻射加固設計的靜態隨機存儲單元，其包括：4個PMOS管、NMOS管輸入不同的反相器，第一反相器41、第二反相器42、第三反相器43、第四反相器44，第一反相器包括一驅動NMOS管410及一負載PMOS管415，第二反相器包括一驅動NMOS管420及一負載PMOS管425，第三反相器包括一驅動NMOS管430及一負載PMOS管435，第四反相器包括一驅動NMOS管440及一負載PMOS管445，且這4個反相的輸出412、413、414、415按圖2所示，分別與相應的反相器的PMOS管、NMOS管輸入相連接，由此構成了一組包含4個存儲節點的鎖存器；4只存取NMOS晶體管440、441、442、443，其漏極分別與第一反相器輸出412、第二反相器輸出413相連、第三反相器輸出414、第四反相器輸出415相連，其源極分別與位線401、位線反402、位線401、位線反402連接，其柵極均與字線430連接。與傳統的6管單元相比，其通過增加一組(2個)冗余的鎖存點，構成了4節點的冗余鎖存，進而增強了該存儲單元的穩定性，從而表現出較好的抗輻照性能，但是其面積是傳統六管單元的2倍，這將大大制約存儲器的規模。

發明內容

(一)要解決的技術問題

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種輻射加固設計的靜態隨機存儲單元，在提高靜態隨機存儲單元抗輻照性能的同時，有效減小輻射加固設計帶來的面積的消耗。

(二)技術方案

為達到上述目的，本發明提供了一種輻射加固設計的靜態隨機存儲單元，該靜態隨機存儲單元包括依次連接的第一存取NMOS晶體管103、第一差分串聯電壓開關邏輯單元1、第二差分串聯電壓開關邏輯單元2和第二存取NMOS晶體管203，其中：該第一差分串聯電壓開關邏輯單元1與該第二差分串聯電壓開關邏輯單元2構成交叉耦合的鎖存器，該鎖存器連接于正電源電壓VCC和電源地GND之間；該第一存取NMOS晶體管103的柵端與字線102連接，源端或漏端與位線101相連接；該第二存取NMOS晶體管203的柵端與字線102連接，源端或漏端與位線反201相連接。