Cadence法解析SRAM多单元翻转机制

通过软件模拟解释了SoC静态随机存储器单粒子实验中发现的多单元翻转以及物理地址存在固定差值的现象。采用Cadence软件设计了3X3 SRAM阵列及必要的外围电路;分析比较了串联和并联理想电流源替代单粒子瞬态电流脉冲的局限性,提出了一种新的电路结构来修正理想电流源串联引发的错误;采用软件模拟方法实现了多位翻转和多单元翻转仿真,分析认为多位翻转和多单元翻转可以通过外围电路进行相互转换,实验所用SoC存储器具有较好的抗多位翻转性能。

基于概率统计的单粒子多单元翻转信息提取方法

航空航天电子系统对电子器件选型评估时需考虑器件的多单元翻转(MCU)情况,而MCU信息提取面临的最主要困难是缺少器件的版图信息。本文提出一种基于概率统计的单粒子MCU信息提取方法,其可在无版图信息条件下以较高精度提取单粒子翻转(SEU)实验数据中的MCU信息。该方法通过统计分析SEU实验数据中不同翻转地址间的按位异或和汉明距离以提取MCU模板,然后利用该模板提取MCU信息。采用一款位交错SRAM器件的重离子实验数据对上述方法进行了验证,结果表明,该方法能以较高的精度提取实验数据中的MCU信息。该方法可省去对器件进行逆向工程的时间和成本,提高科学研究和航空航天器件选型效率。

重离子辐照引发的25 nm NAND Flash存储器数据位翻转

为研究不同注量下浮栅存储单元位翻转特点及其翻转截面变化,以及重离子入射导致的多单元翻转,以两款25 nm NAND Flash存储器为载体开展了重离子实验研究。实验结果表明,单个重离子在击中存储单元灵敏体积的情况下足以引起位翻转,位翻转比率随着注量累积基本呈线性变化。由于处于编程状态阈值电压分布低压区的存储单元倾向于在相邻或靠近的地址上集中分布,随着注量累积,这类存储单元数量迅速减少,而其他大量存储单元的翻转数增长率变化不明显,因此位翻转截面随注量累积呈下降趋势。重离子导致两款器件出现多单元翻转,多单元翻转呈现单列、双列以及列间隔等结构。利用离子电离径迹模型估算得到离子电离有效径迹半径,可以判定多单元翻转是由于一个离子的电离有效径迹覆盖了多个存储单元。

基于重离子微束的单离子辐照系统研究

基于北京HI-13串列加速器针孔型重离子微束装置建立了单离子辐照(SIH)系统。采用二次电子监督装置对离子注量率实时测量,将每次辐照器件的离子数严格控制为1个。通过对影响单离子辐照性能的潜在因素进行分析,给出了各因素影响单离子辐照准确性的理论参考公式。对比例系数K、束流强度和快门时间这3个主要因素进行实验检验,结果表明,在K保持稳定和较低的束流强度下,单离子系统的准确率达90%。利用该系统对28 nm SRAM芯片进行单离子辐照,获得了单离子辐照诱发多单元翻转(MCUs)的分布情况,降低了多离子入射的干扰。

55 nm工艺静态随机存储器的软错误率预测

针对重离子诱导的55nm工艺静态随机存储器中的单粒子翻转现象,采用Geant4蒙特卡洛仿真方法对其软错误率展开研究与预测。仿真采用不同种类和能量的重离子,评估SRAM的翻转截面及多单元翻转的概率。通过分析不同能量、不同入射角度的重离子轰击所诱导的单粒子单个单元翻转与多单元翻转的比例,推导出粒子入射角度对翻转发生概率的影响规律。特别针对空间环境中的宇宙射线模型,建立一种对粒子辐射影响下的55nm工艺SRAM的软错误率的预测方法。通过与辐照试验的结果对比,证明经过校准的嵌套敏感体模型能够更准确地评估SRAM的翻转截面。

基于OLS码的检错纠错抗辐射加固设计

由辐射粒子引起的多单元翻转(MCUs)已经成为了影响存储器可靠性的一个主要问题。而存储器抗MCUs的加固方法一般是使用可以纠正多个错误的错误纠正码(ECCs)。使用了正交拉丁方(OLS)码的故障容错系统被构造用以纠正存储器中的多个错误。OLS码是一类一步大数逻辑可译(OS-MLD)码,可以使用非常简单的大数逻辑电路来进行译码。由Verilog硬件描述语言实现设计,并且使用Model Sim进行了功能验证。

Multiple Node Upset in SEU Hardened Storage Cells

We study the problem of multiple node upset （MNU） using three-dimensional device simulation. The results show the transient floating node and charge lateral diffusion are the key reasons for MNU. We compare the MNU with multiple bit upset （MBU）,and find that their characteristics are different. Methods to avoid MNU are also discussed.

基于概率统计的物理地址与逻辑地址映射关系提取方法

针对从单粒子翻转(SEU)实验数据中提取多单元翻转(MCU)信息时缺少物理地址与逻辑地址映射关系的问题,提出一种基于概率统计的物理地址与逻辑地址映射关系提取方法。通过逐位对比所有包含MCU信息的SEU数据的逻辑地址,统计逻辑地址间不同逻辑位的个数和位置,并分析逻辑位出现的频次,可得到物理地址和逻辑地址之间的映射关系。用重离子试验数据对该方法进行验证,结果表明,该方法能够获取MCU信息提取中最重要的地址映射信息,与逆向工程相比,能在不明显降低MCU提取精度的情况下,节省研究时间和经费。

基于中国散裂中子源的商用静态随机存取存储器中子单粒子效应实验研究

利用中国散裂中子源反角白光中子束线开展13款商用静态随机存取存储器的中子单粒子效应实验.研究了测试图形、特征尺寸和版图工艺差异对单粒子效应的影响.结果表明测试图形对器件的单粒子翻转截面影响不大,但对部分器件的多单元翻转占比有较大的影响;特征尺寸对器件单粒子翻转截面的影响没有明显的规律,但对多单元翻转的影响规律明显,多单元翻转占比和最大位数都随着特征尺寸的降低而增大;器件版图工艺差异对器件的单粒子翻转截面和多单元翻转占比都有较大的影响.此外,通过与高原辐照实验结果对比,发现在反角白光中子源获得的多单元翻转占比小于高原辐照实验的结果,其原因是反角白光中子源实验中,中子的最高能量和高能成分占比偏小,且中子束流只有垂直入射.因此,利用反角白光中子源评估器件的大气中子单粒子效应时可能会低估多单元翻转情况.本文的结果可为研究者利用反角白光中子源开展相关研究提供参考.

纳米级FDSOI静态随机存取存储器重离子单粒子翻转效应

全耗尽绝缘体上硅(FDSOI)工艺是制备高可靠宇航电子器件的理想半导体工艺,因此深入揭示FDSOI工艺器件的单粒子效应机理对抗辐射加固设计具有理论指导意义。针对22 nm FDSOI SRAM测试器件,研究了不同重离子及电学参数对器件单粒子翻转敏感性的影响规律及物理机制。实验结果表明,高LET值区域单粒子多单元翻转事件占比可达20%,且核心电压对单粒子翻转类型比例及发生概率影响较小;重离子倾角入射会显著增大器件的单粒子翻转截面,且重离子沿平行与垂直衬底阱区方向入射时的单粒子翻转截面差异可达130%。因此,FDSOI器件单粒子效应建模及抗辐射加固设计,必须考虑非直接扩散型电荷共享机制、衬底电势畸变触发寄生电流机制对单粒子瞬态电离电荷收集过程的影响。