CMOS抗辐射加固集成电路单粒子效应仿真研究进展

赵元富，王 亮，舒 磊，刘家齐，刘 琳，岳素格，李同德，李 园，顾 问

（1.北京微电子技术研究所，北京100076；2.哈尔滨工业大学 航天学院，哈尔滨150001；3.北京工业大学 微电子学院，北京100124）

仿真技术在单粒子效应的发现和研究过程中起到了不可忽视的作用。早在1962年，Wallmark等首次通过计算分析认为宇宙射线会影响器件的正常运行［1］，10年后人们才首次在在轨运行的存储器中发现了单粒子翻转（single event upset，SEU）［2－3］。1983年，Diehl等通过对美国圣地亚国家实验室（SNL）3um标准单元库的SPICE仿真，首次提出组合逻辑电路单粒子瞬态（single event transient，SET）的概念，表明粒子攻击组合逻辑电路可形成一个电压瞬态脉冲。该电压脉冲沿组合逻辑向下传递，最终使得锁存器翻转。通过仿真确定了至少能传播4个标准逻辑门的持续脉冲的最小电荷量，还预测了SET可能是SEU加固电路的主要错误来源［4］。这些仿真结果在随后的几十年里被一一证实［5－7］。

随着集成电路在器件结构、尺寸、材料和电压等方面发生的变化，其单粒子效应变得越来越复杂。研究表明，单粒子效应受温度［8－9］、电压［10－11］、器件阈值［12］、逻辑类型［12］及版图结构［13］等多种因素影响，机理变得极为复杂，各种影响因素间的相互耦合使电路发生SEU和SET的机理变得难以确定，给先进集成电路的单粒子加固带来了巨大挑战。在此研究过程中，单粒子效应的仿真，尤其是基于TCAD（technology computer aided design）的仿真，变得越来越重要［14－19］。

本文介绍仿真的基本流程和特征尺寸减小对单粒子辐射效应的影响，并详细介绍CMOS存储单元单粒子效应仿真研究工作的多方面进展，首次提出了利用交叉隔离和错误猝熄的方法改进传统存储单元的加固性能。……