FPGA配置片反熔丝PROMs加速器地面单粒子效应特性研究

针对0.13μm CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)体硅外延工艺下FPGA(Field Programmable Gate Arrays)配置片反熔丝PROM(Programmable-Read-Only-Memory)进行了单粒子效应(Single Event Effects SEEs)的加速器地面模拟试验研究。以PROM的存储容量、数据类型和工艺差异性为研究变量,考核与验证其在不同种类和能量粒子入射的系列性加速器地面SEEs模拟试验。研究结果表明,相对于8 Mbits PROM而言,空片16 Mbits PROM抗辐射性能最优,且从翻转饱和截面上说,16 Mbits的PROM具备更高的可靠性,优于国外同系列的芯片类型,试验用PROM芯片的单粒子锁定阈值99.0 Me V·cm2/mg。另一方面,研究0.13μm CMOS普通与深阱工艺技术下PROM芯片单粒子翻转效应异同性的实验数据表明,在高LET(Linear Energy Transfer)处的两者抗辐射性能并无明显变化,但是低LET处(LET翻转阈值)的加固效果较为明显,即抗辐射技术能力主要体现在LET翻转阈值的提升而非翻转截面的减小。

反熔丝的研究与应用

综述了ONO(氧化物-氮化物-氧化物)反熔丝、非晶硅(a-Si)反熔丝和栅氧化层反熔丝的制作工艺、性能参数及其优缺点,介绍了反熔丝器件包括反熔丝可编程只读存储器(PROM)和反熔丝现场可编程门阵列(FPGA)在器件应用、存储容量、可用门数、工作电压和抗辐射性能等方面的研究进展,指出了反熔丝以及反熔丝器件的4个主要发展趋势,即工艺兼容、高密度、有机/柔性和新材料。

大容量PROM编程单元抗单粒子翻转特性研究

反熔丝PROM存储器是高性能计算机系统核心存储器,具有非易失性、抗辐照能力强、高可靠性、体积小等特点;文章根据自主研制大容量反熔丝PROM存储器,对编程单元抗单粒子翻转进行机理分析,找出影响器件影响抗单粒子效应能力的主要因素;通过ISE TCAD软件对PROM编程单元进行仿真,得到不同的器件状态和电特性。研究结果表明,采用体硅外延工艺并且在电路和版图设计中考虑以上设计因素,设计的大容量PROM编程单元能有效的提高产品的抗单粒子翻转性能。