90 nm CMOS工艺下p+深阱掺杂浓度对电荷共享的影响

基于3维TCAD器件模拟,研究了90 nm CMOS双阱工艺下p⁺深阱掺杂对电荷共享的影响. 研究结果表明:改变p⁺深阱的掺杂浓度对PMOS管之间的电荷共享的影响要远大于NMOS管;通过增加p⁺深阱的掺杂浓度可以有效抑制PMOS管之间的电荷共享. 这一结论可用于指导电荷共享的加固. 关键词： 电荷共享 单粒子效应 +深阱掺杂')" href="#">p⁺深阱掺杂 双极晶体管效应     

14 nm FinFET和65 nm平面工艺静态随机存取存储器中子单粒子翻转对比

使用中国散裂中子源提供的宽能谱中子束流,开展14 nm FinFET工艺和65 nm平面工艺静态随机存取存储器中子单粒子翻转对比研究,发现相比于65 nm器件,14 nm FinFET器件的大气中子单粒子翻转截面下降至约1/40,而多位翻转比例从2.2%增大至7.6%,源于14 nm FinFET器件灵敏区尺寸(80 nm×30 nm×45 nm)、间距和临界电荷(0.05 fC)的减小.不同于65 nm器件对热中子免疫的现象,14 nm FinFET器件中M0附近10B元素的使用导致其表现出一定的热中子敏感性.进一步的中子输运仿真结果表明,高能中子在器件灵敏区中产生的大量的射程长、LET值大的高Z二次粒子是多位翻转的产生诱因,而单粒子翻转主要来自于p,He,Si等轻离子的贡献.     

随机静态存储器低能中子单粒子翻转效应

 建立了中子单粒子翻转可视化分析方法,对不同特征尺寸（0.13~1.50 μm）CMOS工艺商用随机静态存储器(SRAM)器件开展了反应堆中子单粒子翻转效应的实验研究,获得了SRAM器件的裂变谱中子单粒子翻转截面随特征尺寸变化的变化趋势。研究结果表明:SRAM器件的特征尺寸越小,其对低能中子导致的单粒子翻转的敏感性越高。     

累积辐照影响静态随机存储器单粒子翻转敏感性的仿真研究

基于解析分析对比了大尺寸与深亚微米尺度下静态随机存取存储器(static random access memory, SRAM)单元单粒子翻转敏感性的表征值及引入累积辐照后的变化趋势. 同时借助仿真模拟计算了0.18 μm工艺对应的六管SRAM单元在对应不同累积剂量情况下, 离子分别入射不同中心单管时的电学响应变化, 计算结果与解析分析所得推论相一致, 即只有当累积辐照阶段与单粒子作用阶段存储相反数值时, SRAM单元的单粒子翻转敏感性才会增强. 关键词： 累积辐照 单粒子翻转 静态随机存储器 器件仿真     

中子单粒子效应研究现状及进展

回顾了中子单粒子研究的国内外发展情况,介绍了近几年西北核技术研究所在西安脉冲堆开展的低能中子单粒子效应研究进展。比较了稳态与脉冲工况下中子单粒子效应的异同性;分析了含有SRAM结构器件随着特征尺寸的减小,中子单粒子效应敏感性加剧的物理机制。分析认为目前中子单粒子效应已成为小尺寸大规模互补金属氧化物半导体器件的主要中子效应表现;中子辐射效应研究中,除了位移损伤效应以外还必需重视由中子电离造成的中子单粒子效应。     

不同工艺尺寸CMOS器件单粒子闩锁效应及其防护方法

基于建立的不同工艺尺寸的CMOS器件模型,利用TCAD器件模拟的方法,针对不同工艺CMOS器件,开展了不同工艺尺寸CMOS器件单粒子闩锁效应(SEL)的研究。研究表明,器件工艺尺寸越大,SEL效应越敏感。结合单粒子闩锁效应触发机制,提出了保护带、保护环两种器件级抗SEL加固设计方法,并通过TCAD仿真和重离子试验验证防护效果,得出最优的加固防护设计。结果表明,90nm和0.13μm CMOS器件尽量选用保护带抗SEL结构,0.18μm或更大工艺尺寸CMOS器件建议选取保护环抗SEL结构。     

p型金属氧化物半导体场效应晶体管界面态的积累对单粒子电荷共享收集的影响

由于负偏置温度不稳定性和热载流子注入,p型金属氧化物半导体场效应晶体管(pMOSFET)将在工作中不断退化,而其SiO₂/Si界面处界面态的积累是导致其退化的主要原因之一. 采用三维器件数值模拟方法,基于130 nm体硅工艺,研究了界面态的积累对相邻pMOSFET之间单粒子电荷共享收集的影响. 研究发现,随着pMOSFET SiO₂/Si界面处界面态的积累,相邻pMOSFET漏端的单粒子电荷共享收集量均减少. 还研究了界面态的积累对相邻反相器中单粒子电荷共享收集 关键词： 负偏置温度不稳定性 电荷共享收集 双极放大效应 单粒子多瞬态     

静态随机存储器单粒子翻转效应三维数值模拟

针对特征尺寸为1.5 μm的国产静态随机存储器（SRAM）,构建了三维SRAM存储单元模型,并对重离子引起的SRAM单粒子翻转效应进行了数值模拟.计算并分析了单粒子引起的单粒子翻转和电荷收集的物理图像,得到了SRAM器件的单粒子翻转截面曲线.单粒子翻转的数值模拟结果与重离子微束、重离子宽束实验结果比较一致,表明所建立的三维器件模型可以用来研究SRAM器件的单粒子翻转效应. 关键词： 三维数值模拟 单粒子翻转 微束 宽束     

一种改进的SRAM单粒子效应检测系统

中国科学院近代物理研究所材料研究中心开展了对静态随机存储器(Static Random Access Memory,SRAM)单粒子效应(Single Event Effects,SEEs)的深入研究。材料中心目前拥有的两套SRAM单粒子检测系统各自具有一定的局限性,所以又提出了一种改进的SRAM SEE检测方法,并研制了相关电路。该检测系统在兰州重离子研究装置(HIRFL)提供的束流辐射终端上进行了多次实验,获得了一批实验数据。其中包括129Xe束流辐照条件下,对65 nm SRAM单粒子翻转的研究;12C束流辐照条件下,对65,130和150 nm商用错误纠正编码加固SRAM SEE的研究;129Xe束流辐照条件下,对普通商用SRAM单粒子锁定的研究等。实验验证了该检测系统的有效性和可靠性,为开展SRAM SEE的研究提供了重要的检测平台,并为以后开展更复杂器件SEE的研究提供了实验经验和技术基础。     

静态随机存储器单粒子翻转的Monte Carlo模拟

利用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法，对10—20MeV 中子在静态随机存储器(SRAM)中引起的单粒子翻转进行了模拟，着重对中子在SRAM 灵敏区引起的电离能量沉积进行了计算，并对中子引起单粒子翻转过程相关物理量进行了计算.这些计算模拟结果为了解10—20MeV 中子引起SRAM 单粒子翻转过程提供了详细的统计信息，为SRAM 的抗辐射加固提供相关参考信息. 关键词： SRAM单粒子翻转 Monte Carlo 模拟 能量沉积     

中国散裂中子源在大气中子单粒子效应研究中的应用评估

由于缺少可用的散裂中子源,多年来我国在大气中子单粒子效应方面主要依靠模拟仿真和单能中子试验的方式开展研究.随着中国散裂中子源(CSNS)通过国家验收,基于CSNS开展大气中子单粒子效应研究成为可能.本文利用CSNS反角白光中子源开展多款静态随机存取存储器器件的中子单粒子效应试验,并与早期开展的高原大气试验结果进行对比,对CSNS在大气中子单粒子效应研究中的应用进行评估.结果表明,相同器件在CSNS反角白光中子源测得的单粒子翻转截面小于大气试验的结果,且不同器件的翻转截面与特征尺寸没有明显的单调关系.分析得到前者由于CSNS反角白光中子谱偏软;后者由于特征尺寸降低导致的临界电荷变小和灵敏体积变小对截面的贡献是竞争关系.针对截面偏小的问题,根据能谱差异分析了中子能量阈值对器件翻转截面的影响,发现能量阈值取12MeV进行计算时,器件在CSNS反角白光中子源和高原大气中子环境中能够得到较一致的截面.研究结果表明CSNS反角白光中子源能够用于加速大气中子单粒子效应试验.考虑到CSNS的运行功率正在逐步提高,且多条规划中的白光中子束线与大气中子能谱更为接近,预期未来CSNS将能更好地应用于大气中子单粒子效应研究.     

不同偏置影响锗硅异质结双极晶体管单粒子效应的三维数值仿真研究

针对国产锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT),采用半导体器件三维计算机模拟工具,建立单粒子效应三维损伤模型,研究不同偏置状态对SiGe HBT单粒子效应的影响.分析比较不同偏置下重离子入射器件后,各端口电流瞬变峰值和电荷收集量随时间的变化关系,获得SiGe HBT单粒子效应与偏置的响应关系.结果表明:不同端口对单粒子效应响应的最劣偏置不同,同一端口电荷收集量和瞬变电流峰值的最劣偏置也有所差异.载流子输运方式变化和外加电场影响是造成这种现象的主要原因.     

The impact of scaling on single event upset in 6T and 12T SRAMs from 130 to 22 nm CMOS technology

ABSTRACT

As transistor sizes scale down to nanometres dimensions, CMOS circuits become more sensitive to radiation. High-performance static random access memory (SRAM) cells are prone to radiation-induced single event upsets (SEU) which come from the natural space environment. The SEU generates a soft error in the transistor due to the strike of an ionizing particle. Thus, this paper compares the endurance of 12T SRAM and 6T SRAM circuit on 130 up to 22?nm CMOS technology towards SEU. Besides that, this paper discusses the trend of critical linear energy transfer (LET) and collected charge due to technology scaling for the respective circuit. The critical LET (LETcrit) and critical charge (Qcrit) of 6T are approximately 50% lower compared with 12T SRAMs.     

Parasitic bipolar amplification in single event transient and its temperature dependence

Using three-dimensional technology computer-aided design (TCAD) simulation, parasitic bipolar amplification in single event transient (SET) current of single transistor and its temperature dependence are studied. We quantify the contributions of different current components in SET current pulse, and it is found that the proportion of parasitic bipolar amplification in total collected charge is about 30% in both 130-nm and 90-nm technologies. The temperature dependence of parasitic bipolar amplification and the mechanism of SET pulse are also investigated and quantified. The results show that the proportion of charge induced by parasitic bipolar increases with rising temperature, which illustrates that the parasitic bipolar amplification plays an important role in the charge collection of single transistor.     

Parasitic bipolar amplification in a single event transient and its temperature dependence

Using three-dimensional technology computer-aided design (TCAD) simulation, parasitic bipolar amplification in a single event transient (SET) current of a single transistor and its temperature dependence are studied. We quantify the contributions of different current components in a SET current pulse, and it is found that the proportion of parasitic bipolar amplification in total collected charge is about 30% in both 130-nm and 90-nm technologies. The temperature dependence of parasitic bipolar amplification and the mechanism of the SET pulse are also investigated and quantified. The results show that the proportion of charge induced by parasitic bipolar increases with rising temperature, which illustrates that the parasitic bipolar amplification plays an important role in the charge collection of a single transistor.     

纳米静态随机存储器低能质子单粒子翻转敏感性研究

针对65, 90, 250 nm三种不同特征尺寸的静态随机存储器基于国内和国外质子加速器试验平台, 获取了从低能到高能完整的质子单粒子翻转截面曲线. 试验结果表明, 对于纳米器件1 MeV以下低能质子所引起的单粒子翻转截面比高能质子单粒子翻转饱和截面最高可达3个数量级. 采用基于试验数据和器件信息相结合的方法, 构建了较为精确的复合灵敏体积几何结构模型, 在此基础上采用蒙特卡罗方法揭示了低能质子穿过多层金属布线层, 由于能量岐离使展宽能谱处于布拉格峰值的附近, 通过直接电离方式将能量集中沉积在灵敏体积内, 是导致单粒子翻转截面峰值的根本原因. 并针对某一轨道环境预估了低能质子对空间质子单粒子翻转率的贡献.     

纳米体硅鳍形场效应晶体管单粒子瞬态中的源漏导通现象

体硅鳍形场效应晶体管(FinFET)是晶体管尺寸缩小到30 nm以下应用最多的结构,其单粒子瞬态产生机理值得关注.利用脉冲激光单粒子效应模拟平台开展了栅长为30, 40, 60, 100 nm Fin FET器件的单粒子瞬态实验,研究FinFET器件单粒子瞬态电流脉冲波形随栅长变化情况;利用计算机辅助设计(technology computer-aided design, TCAD)软件仿真比较电流脉冲产生过程中器件内部电子浓度和电势变化,研究漏电流脉冲波形产生的物理机理.研究表明,不同栅长Fin FET器件瞬态电流脉冲尾部都存在明显的平台区,且平台区电流值随着栅长变短而增大;入射激光在器件沟道区下方体区产生高浓度电子将源漏导通产生导通电流,而源漏导通升高了体区电势,抑制体区高浓度电子扩散,使得导通状态维持时间长,形成平台区电流;尾部平台区由于持续时间长,收集电荷量大,会严重影响器件工作状态和性能.研究结论为纳米Fin FET器件抗辐射加固提供理论支撑.     

Dependence of single event upsets sensitivity of low energy proton on test factors in 65 nm SRAM

In order to accurately predict the single event upsets(SEU) rate of on-orbit proton, the influence of the proton energy distribution, incident angle, supply voltage, and test pattern on the height, width, and position of SEU peak of low energy protons(LEP) in 65 nm static random access memory(SRAM) are quantitatively evaluated and analyzed based on LEP testing data and Monte Carlo simulation. The results show that different initial proton energies used to degrade the beam energy will bring about the difference in the energy distribution of average proton energy at the surface and sensitive region of the device under test(DUT), which further leads to significant differences including the height of SEU peak and the threshold energy of SEU. Using the lowest initial proton energy is extremely important for SEU testing with low energy protons. The proton energy corresponding to the SEU peak shifts to higher average proton energies with the increase of the tilt angle, and the SEU peaks also increase significantly. The reduction of supply voltage lowers the critical charge of SEU, leading to the increase of LEP SEU cross section. For standard 6-transitor SRAM with bit-interleaving technology,SEU peak does not show clear dependence on three test patterns of logical checkerboard 55 H, all "1", and all "0". It should be noted that all the SEUs in 65 nm SRAM are single cell upset in LEP testing due to proton's low linear energy transfer(LET) value.