双埋氧绝缘体上硅SRAM铀离子单粒子效应研究

随着集成电路技术的进步,提高电路的单粒子翻转(single event upset,SEU)阈值变得愈发困难。双埋氧层绝缘体上硅(double silicon-on-insulator,DSOI)技术为单粒子加固技术提供了新方法。利用哈尔滨工业大学空间地面模拟装置(space environment simulation and research infrastructure,SESRI)产生的铀离子对中国科学院微电子研究所研制的DSOI静态随机存取存储器(static random access memory,SRAM)开展了SEU效应研究。铀离子是目前可获得的线性能量传递(linear energy transfer,LET)最高的重离子。2种不同SEU加固能力的DSOI 4 kbit SRAM试验结果显示,通过对NMOS和PMOS的背栅实施独立偏压控制,可实现DSOI SRAM电路抗SEU能力的宽范围调制。最优条件下,使用LET为118 MeV·cm ^(2)·mg^(-1)的铀离子,累积注量为1×10^(7) cm^(-2)时,被测器件无SEU发生。

基于RS和BCH码的SRAM-PUF密钥提取方法及性能分析

物理不可克隆函数(PUF)是芯片制造过程中随机偏差形成的唯一和不可复制的物理指纹,使用这个特征可以鉴别各个芯片,然而PUF芯片因环境变化会影响输出,导致在认证应用时可能失败。介绍了模糊提取器的密钥提取方法,通过在静态随机存取存储器(SRAM)-PUF芯片中加入里德-所罗门(RS)硬解码,在认证系统中加入BCH软解码模块,纠正PUF在一定范围内变化来确保通过认证,并对SRAM-PUF电路在三温下进行实验分析。实验结果表明,SRAM-PUF电路的PUF点分布有较好的均衡性,在常温时可靠性接近100%,在低温条件下可靠性范围为98.84%~100%,在高温条件下,可靠性范围为97.77%~99%,当RS码和BCH码设计的纠错能力大于PUF可靠性时能够通过认证。

SRAM型FPGA单粒子辐照试验系统技术研究

单粒子辐射效应严重制约FPGA的空间应用,为提高FPGA在辐射环境中的可靠性,深入研究抗辐射加固FPGA单粒子效应评估方法,设计优化单粒子效应评估方案,开发相应的评估系统,提出基于SRAM时序修正的码流存储比较技术和基于SelectMAP端口配置回读技术。借助国内高能量大注量率的辐照试验环境,完成FPGA单粒子翻转(SEU)、单粒子闩锁(SEL)和单粒子功能中断(SEFI)等单粒子效应的检测,试验结果表明,该方法可以科学有效地对SRAM型FPGA抗单粒子辐射性能进行评估。

用0.8μm工艺技术设计的65-kb BiCMOS SRAM

设计了一种65-kb BiCMOS静态随机存取存储器(SRAM)的存储单元及其外围电路,提出了采用先进的0.8mm BiCMOS工艺,制作所设计SRAM的一些技术要点。实验结果表明,所设计的BiCMOSSRAM,其电源电压可低于3V,它既保留了CMOS SRAM低功耗、高集成密度的长处,又获得了双极型(Bipolar)电路快速、大电流驱动能力的优点,因此,特别适用于高速缓冲静态存储系统和便携式数字电子设备中。

无SRAM的H.264/AVC去块效应滤波器

针对H.264/AVC中的去块效应滤波器,该文提出了一种新的滤波处理顺序,能够显著减小片上数据缓存容量,并以此为基础设计了一种去块效应滤波器的VLSI硬件新结构。该结构利用数据复用机制减少对片外存储的访问量、节省处理时间,同时不使用片内SRAM,将对片内SRAM的访问降为0。仿真结果显示,该电路在工作频率为100MHz时对HDTV能较好地实现实时滤波;在0.18μm工艺下,综合后的等效逻辑门数只有16.8k。

采用钳位二极管的新型低功耗SRAM的设计

给出了一种设计低功耗静态随机存储器(SRAM)的技术,实现了在电路级与架构级层次上同时降低漏电流与动态功耗。该技术采用源极偏压结构控制漏电流,将一个钳位二极管与NMOS管并联插入GND与SRAM单元的源极之间,当NMOS打开时SRAM进行正常的读写操作,而NMOS关闭则会将源极电压抬高至钳位电压,降低漏电流的同时保证了数据的稳定性;对SRAM结构进行独特的布局,引入Z译码电路,极大地减少每次操作时激活的存储单元数量,明显降低动态功耗;将power-gating技术与高阈值(highV_(th))器件相结合的低功耗设计应用于外围电路,进一步降低漏电流。基于UMC 55nm SP CMOS工艺制造了包含多个SRAM实例(instance)的测试芯片,测试结果证明了该技术的有效性与可靠性。

面向FPGA的低泄漏功耗SRAM单元设计方法研究①

针对视障人群的自主行走课题进行了研究,研制了基于视触觉功能替代的穿戴式触觉导盲装置。该装置通过导盲眼镜上的迷你光学摄像头采集周围环境的视觉图像信息,视觉图像经二值化处理后转换为触觉图像。借助触觉显示器,视障操作者能够在其胸前的虚拟显示平面上以主动触觉方式感知该图像,从而实现对周围环境信息的触觉感知。原理性实验表明该装置能够有效帮助视障者感知路况和识别环境目标,实现自主行走。摘要针对现场可编程门阵列（FPGA）因集成度与速度提高引起的功耗问题，提出了一种适合于FPGA的低功耗静态随机存储器（SRAM）单元设计方法。该方法基于FPGA中SRAM单元在配制后存储值多数为“0”这一特点以及对SRAM单元存储值为“0”时的主要泄漏电流来源的分析，综合应用双阈值电压技术和双栅氧化层厚度技术降低SRAM单元存储值为“0”时的泄漏功耗。该方法的优点是不增加面积和整体延时，且能改善静态噪声容限。仿真结果表明，与传统结构SRAM单元相比，在保证其他性能的前提下，采用该方法所设计的SRAM单元的泄漏功耗可降低41．32％以上。

基于SRAM高速灵敏放大器的分析与设计

在SOC系统级芯片中,存储器占有很重要的地位。随着电路频率的提高,存储器的读写操作速度也要求相应的加快。SRAM中的灵敏放大器通过检测位线上的微小变化并放大到较大的信号摆幅以减少延时,降低功耗。本文提出了一种两级串联结构的SRAM高性能灵敏放大器的设计方法,降低了对信号的反应时间,提高了抗干扰能力,适应高频电路的读写操作。

抗单粒子翻转效应的SRAM研究与设计

在空间应用和核辐射环境中,单粒子翻转(SEU)效应严重影响SRAM的可靠性。采用错误检测与校正(EDAC)和版图设计加固技术研究和设计了一款抗辐射SRAM芯片,以提高SRAM的抗单粒子翻转效应能力。内置的EDAC模块不仅实现了对存储数据"纠一检二"的功能,其附加的存储数据错误标志位还简化了SRAM的测试方案。通过SRAM原型芯片的流片和测试,验证了EDAC电路的功能。与三模冗余技术相比,所设计的抗辐射SRAM芯片具有面积小、集成度高以及低功耗等优点。

基于RHBD技术的深亚微米抗辐射SRAM电路的研究

研究了目前业内基于抗辐射加固设计(RHBD)技术的静态随机存储器(SRAM)抗辐射加固设计技术,着重探讨了电路级和系统级两种抗辐射加固方式。电路级抗辐射加固方式主要有在存储节点加电容电阻、引入耦合电容、多管存储单元三种抗辐射加固技术;系统级抗辐射加固方式分别是三态冗余(TMR)、一位纠错二位检错(SEC-DED)和二位纠错(DEC)三种纠错方式,并针对各自的优缺点进行分析。通过对相关产品参数的比较,得到采用这些抗辐射加固设计可以使静态随机存储器的软错误率达到1×10-12翻转数/位.天以上,且采用纠检错(EDAC)技术相比其他技术能更有效提高静态随机存储器的抗单粒子辐照性能。

PMOS晶体管工艺参数变化对SRAM单元翻转恢复效应影响的研究

基于Synopsys公司3D TCAD器件模拟,该文通过改变3种工艺参数,研究65 nm体硅CMOS工艺下PMOS晶体管工艺参数变化对静态随机存储器(Static Random Access Memory,SRAM)存储单元翻转恢复效应的影响。研究结果表明:降低PMOS晶体管的P+深阱掺杂浓度、N阱掺杂浓度或调阈掺杂浓度,有助于减小翻转恢复所需的线性能量传输值(Linear Energy Transfer,LET);通过降低PMOS晶体管的P+深阱掺杂浓度和N阱掺杂浓度,使翻转恢复时间变长。该文研究结论有助于优化SRAM存储单元抗单粒子效应(Single-Event Effect,SEE)设计,并且可以指导体硅CMOS工艺下抗辐射集成电路的研究。

一种新型单粒子翻转加固SRAM单元

随着器件特征尺寸缩小,发生在敏感节点之间的电荷共享使加固静态随机存储器(SRAM)单元容易发生单粒子翻转(SEU)。通过对ROCK,WHIT,Quatrol及JUNG等SRAM单元的SEU加固机理分析,提出一种新型SEU加固SRAM单元,并从面积、延时、功耗和SEU恢复时间等方面对传统加固单元和新结构进行了对比与分析。结果表明新型SEU加固SRAM单元具有更高的临界电荷和更低的SEU恢复时间。由于其只有两个翻转敏感节点对,新结构抗SEU的能力优于ROCK,Quatrol和JUNG结构。新提出的结构以较小的面积和性能代价,显著提高SRAM单元抗SEU能力,可有效降低SRAM型存储器在深亚微米工艺节点的软错误率。

基于TSV转接板的3D SRAM单粒子多位翻转效应

为了研究硅通孔(TSV)转接板及重离子种类和能量对3D静态随机存储器(SRAM)单粒子多位翻转(MBU)效应的影响,建立了基于TSV转接板的2层堆叠3D封装SRAM模型,并选取6组相同线性能量传递(LET)值、不同能量的离子(^(11)B与^4He、^(28)Si与^(19)F、^(58)Ni与^(27)Si、^(86)Kr与^(40)Ca、^(107)Ag与^(74)Ge、^(181)Ta与^(132)Xe)进行蒙特卡洛仿真。结果表明,对于2层堆叠的TSV 3D封装SRAM,低能离子入射时,在Si路径下,下堆叠层SRAM多位翻转率比上堆叠层高,在TSV(Cu)路径下,下堆叠层SRAM多位翻转率比Si路径下更大;具有相同LET值的高能离子产生的影响较小。相比2D SRAM,在空间辐射环境中使用基于TSV转接板技术的3D封装SRAM时,需要进行更严格的评估。

SRAM型FPGA中SEM IP核的验证与自动注错方法

星载设备长时间工作在空间环境中,宇宙中的带电粒子会造成器件功能异常,产生存储器软错误,严重时会损坏硬件电路。为模拟辐照环境对器件的影响,利用Xilinx公司的软错误缓解(SEM)控制器IP核,搭建了基于Xilinx Kintex-7的验证与测试平台,完成对SEM IP核的功能验证。为提高测试效率,设计了基于上述平台的自动注错方法。经过验证,该方法能够达到预期的帧地址覆盖率。实验结果表明,SEM IP核具备软错误注入与缓解功能,自动注错方法有利于此IP核的实际应用。

双端口SRAM抗写干扰结构的优化设计

针对双端口静态随机存储器(SRAM)通常存在写干扰而导致数据写入困难的问题,基于经典位线电平复制技术提出了一种新型的位线电平复制结构。基于SMIC 28 nm CMOS工艺对位线电平复制结构进行设计,通过优化控制逻辑的组合电路,缩短位线电平复制操作的开启时间,提高了数据写入SRAM的速度,使设计的SRAM可在更高频率下正常工作,同时降低了动态功耗。仿真结果显示,在0.9 V工作电压下,相对于经典位线电平复制结构,采用新结构设计的SRAM的写入时间缩短了约27.4%,动态功耗降低了约48.1%,抗干扰能力得到显著提升。

一种SRAM成品率专用测试结构的设计方法

SRAM的成品率是半导体制造量产能否成功的关键。针对通用的工艺测试结构无法满足SRAM特殊要求的问题,阐述了一种SRAM成品率专用测试结构的设计方法。在SRAM原始版图的基础上改变设计以构造测试图形,并按阵列形式排布,有针对性地评估工艺环境造成的缺陷。研究结果表明该方法还原了产品电路的设计环境,能有效捕获违背SRAM特殊设计规则所造成的开路或短路缺陷,从而有助于快速修正设计误差,提升成品率。

28 nm低功耗工艺SRAM失效分析

在28 nm低功耗工艺平台开发过程中,对1.26 V测试条件下出现的SRAM双比特失效问题进行了电性能失效模式分析及物性平面和物性断面分析。指出失效比特右侧位线接触孔底部空洞为SRAM制程上的缺陷所导致。并通过元素成分分析确定接触孔底部钨(W)的缺失,接触孔底部外围粘结阻挡层的氮化钛(Ti N)填充完整。结合SRAM写操作的原理从电阻分压的机理上解释了较高压下双比特失效,1.05 V常压下单比特不稳定失效,0.84 V低电压下失效比特却通过测试的原因。1.26 V电压下容易发生的双比特失效是一种很特殊的SRAM失效,其分析过程及结论在集成电路制造行业尤其是对先进工艺制程研发过程具有较好的参考价值。

一种新型低功耗SRAM读写辅助电路设计

针对低电压下静态随机存储器(SRAM)出现的读写性能损失的问题,设计了一种应用于低功耗SRAM的两步控制(DSC)的字线电压辅助电路技术,可以同时实现读和写辅助的功能,降低SRAM的最小工作电压从而降低功耗。写辅助通过字线开启前段的字线过驱(WLOD)实现,提高写数据速度和写阈值(WM);读辅助通过字线开启后段的字线欠驱(WLUD)实现,降低静态噪声,提高稳定性。通过在28 nm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺下,对256 Kbit SRAM进行前仿和后仿仿真验证,结果表明相比于传统结构,应用DSC字线电压技术的SRAM的最小工作电压降低100 mV,写时间减小10%,静态功耗降低30%,版图面积增大4%。

28nm工艺制程SRAM高低温失效分析

采用SRAM读/写功能分析、晶圆可接受测试(WAT)分析、SRAM操作电路分析相结合的方法,找出28 nm工艺平台开发过程中高温(125℃)和低温(-40℃)测试条件下静态随机存储器(SRAM)比特失效的根本原因,发现高温比特失效是由于SRAM器件局部不匹配带来的β值偏小导致的读串扰失效,低温失效是由于SRAM器件局部不匹配带来的γ值偏小导致的写失效。结果显示28 nm工艺平台SRAM的高低温比特失效对SRAM器件的局部匹配及均匀性较敏感,可以通过优化该平台器件的局部匹配和均匀性改善这种失效。这种SRAM高低温失效的分析方法及结论在集成电路制造行业尤其是对于高阶工艺研发过程具有较好的参考价值。

6T-SRAM共享接触孔失效定位的分析方法

6T静态随机存储器(SRAM)在新的集成电路技术节点被广泛用于制造工艺的研发。随着集成电路制造工艺技术节点微缩进入100 nm线宽以下,SRAM存储单元的主流设计使用了新的布局以降低光刻制造技术的难度,新的布局引入了共享接触孔(shared CT)的新结构,同时也带来了新的失效机制。系统地分析了共享接触孔带来的失效问题,并采用电性分析和传统失效分析相结合的新方法,准确定位了在共享接触孔与SRAM中另一反相器栅极之间存在的新的高阻失效,而这类高阻失效无法通过传统失效分析方法精确定位。对失效物理地址进行的切片检验证实了这种高阻失效,因此也证明了新的分析方法是有效的。