[發明專利]一種基于電路仿真的單粒子翻轉效應判別方法

有效

• 申請號: 201510217843.1
• 申請日: 2015-04-30
• 公開（公告）號: CN104881519B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發明（設計）人: 王穎;蔡震波;張慶祥;趙小宇
• 申請（專利權）人: 北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 陳鵬

技術領域

本發明屬于微電子技術領域，涉及一種通過電路仿真獲取故障電信號的響應，來判別基本存儲單元SRAM是否發生單粒子翻轉的方法。

背景技術

空間中充滿了來自浩瀚宇宙的各種粒子：質子、電子、α粒子、重離子、γ射線等，這些粒子引起的輻射效應，尤其是單粒子翻轉效應(SEU：Single?Event?Upset)影響著空間電子系統的可靠性。

航天應用的Xilinx?FPGA的配置區是由SRAM基本單元組成的。SRAM型FPGA以及SRAM存儲器等是空間電子系統中的關鍵器件，單粒子效應是其面臨的主要威脅。對于SRAM型FPGA，百分之九十以上發生的單粒子效應是單粒子翻轉效應。重離子入射到SRAM的敏感節點時，能夠引起晶體管狀態的翻轉，SRAM單粒子翻轉效應可以看作是單個粒子入射以后引起節點瞬時電流，導致邏輯翻轉的現象。發生單粒子翻轉的基本物理過程是粒子在器件靈敏區中沉積足夠的能量，從而產生足夠的電離電荷，當高能帶電粒子通過半導體器件的靈敏區時，在粒子通過的路徑上將產生電離電荷，沉積在器件靈敏區中的電荷部分被電極收集，當收集到的電荷超過電路狀態的臨界電荷時，電路就會出現翻轉，出現邏輯功能的混亂。

目前判別器件發生單粒子效應的方法，主要是通過地面重離子模擬試驗來實現。基于地面模擬試驗開展的單粒子效應依賴于國內重離子源的限制，束流時間無法保證，且地面試驗費用相對昂貴。而通過模擬仿真來進行判別時，廣泛采用的模型方法都是基于經典的F.B.Mclean“漏斗”模型理論，但是“漏斗”模型不能表征重離子引起電流的瞬時特性，需要結合載流子輸運理論研究空間輻射環境中重離子引起的器件結區的電荷收集機理。而且漏斗模型只是針對單個MOS單元進行理論建模，僅獲取能夠引起MOS單元發生單粒子翻轉的臨界電荷值Q_c，即收集電荷能夠引起單粒子翻轉的電荷閾值。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種基于電路仿真的單粒子翻轉效應判別方法，該方法能夠快速有效的判別在不同能量、不同角度、不同種類重離子輻射條件下，電路是否會發生單粒子翻轉。

本發明的技術解決方案是：一種基于電路仿真的單粒子翻轉效應判別方法，包括如下步驟：

(1)確定入射的重離子類型，并計算重離子入射到SRAM器件上產生的電子-空穴對濃度N；其中：

N=LET3.6,LET=1ρdEdx]]>

LET為重離子的線性能量傳輸系數，ρ為SRAM器件的襯底材料密度，為重離子最終剩余能量對應的阻止本領；

(2)建立入射到SRAM器件后產生的瞬態電流源模型，

I(t)＝I₀·sec(θ)[exp(-αt)-exp(-βt)]

I0=-qμ‾NE0,α=kϵ0qμ‾ND,β=1011s-1]]>