纳米SRAM寄生双极晶体管效应的仿真研究

以65nm双阱CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)工艺的SRAM(Static Random Access Memory)为研究对象,采用三维数值模拟方法,结合SRAM中晶体管布局和邻近SRAM的相对位置,对寄生双极晶体管效应致纳米SRAM内部节点电势多次翻转的产生机制进行了深入阐述,对寄生双极晶体管效应致纳米SRAM发生MCU(Multiple Cell Upset)的影响因素进行了详细研究.发现寄生双极晶体管效应致SRAM内部节点电势多次翻转源于N阱中两个PMOS漏极电势的竞争过程,竞争过程与寄生双极晶体管效应的强弱相关,需综合考虑PMOS源极与N阱接触的距离、PMOS漏极与N阱的电势差两个因素.在纳米双阱CMOS工艺的SRAM中,PNP寄生双极晶体管效应对MCU起着重要作用.减小阱接触与SRAM单元的距离,可减弱邻近SRAM的寄生双极晶体管效应并降低MCU的发生概率,即使阱接触距离很近,特殊角度的斜入射和高LET(Linear Energy Transfer)值离子入射仍存在触发邻近SRAM的寄生双极晶体管效应并导致MCU的可能.

双阱CMOS器件单粒子瞬态效应机理研究

介绍了一种65nm双阱CMOS工艺设计的六管SRAM单元的抗辐射性能。通过三维有限元数值模拟的方法,分析了SRAM单元的单粒子瞬态效应在NMOS管中的电荷收集过程和瞬态脉冲电流的组成部分,并提出一种高拟合度的临界电荷计算方案。双阱器件共享电荷诱发的寄生双极放大效应对相邻PMOS管的稳定性有着显著的影响,高线性能量传输提高了器件单粒子翻转的敏感性。电学特性表明,全三维器件数值仿真的方法能够有效评估因内建电势突变产生的瞬态脉冲电流。该方法满足器件仿真对精确度的要求。

130nm NMOS器件的单粒子辐射电荷共享效应

研究了同一p阱内两个130nm NMOS器件在受到重离子辐射后产生的电荷共享效应。使用TCAD仿真构造并校准了130nm NMOS管。研究了在有无p+保护环结构及不同器件间距下,处于截止态的NMOS晶体管之间的电荷共享,给出了电荷共享效应与SET脉冲电流产生的机理。同时分析了NMOS晶体管中的寄生双极管效应对反偏漏体结电荷收集的加剧作用。仿真结果表明,p+保护环可以有效地减小NMOS器件间的电荷共享,加速SET脉冲电流的泄放,证实了p+保护环对器件抗单粒子辐射的有效性,从而给出了该方法在抗单粒子辐射器件版图设计中的可行性。

CMOS器件单粒子效应电荷收集机理

针对90 nm CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)工艺,采用三维数值模拟方法,研究了反相器中NMOS(Negative channel-Metal-Oxide-Semiconductor)晶体管与PMOS(Positive channel-Metal-Oxide-Semiconductor)晶体管的单粒子瞬变(SET,Single Event Transient)电流脉冲,深入分析了PMOSFET(Positive channel-Metal-Oxide-Semiconductor FieldEffect Transistor)与NMOSFET(Negative channel-Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)发生单粒子效应时电荷输运过程和电荷收集机理.研究结果表明,由于电路耦合作用,反相器中晶体管的电荷收集与单个晶体管差异显著;反相器中PMOS晶体管电荷收集过程中存在寄生双极放大效应,NMOS晶体管中不存在寄生双极放大效应;由于双极放大效应,90 nm工艺下PMOS晶体管产生的SET电压脉冲比NMOS晶体管产生的电压脉冲持续时间更长,进而导致PMOS晶体管的SET效应更加敏感.研究结果为数字电路SET的精确建模、进行大规模集成电路SET效应模拟提供了参考依据.

保护环对130nm体硅PMOS抗单粒子瞬态特性的影响

基于TCAD(Technology Computer Aided Design)仿真软件,通过对带有不同宽度保护环的130nm体硅PMOS器件进行单粒子辐照仿真,研究了保护环结构对深亚微米器件因单粒子辐照所产生的寄生双极效应.仿真结果表明,保护环结构能够大幅缩短器件SET(Single Event Transient)电流的脉冲宽度,有效抑制寄生双极电荷收集,这种抑制作用随着保护环宽度增加而增强,最终趋于稳定.通过对加固器件的面积和抗辐射性能的折衷考虑,改进了保护环结构,并以宽度为0.38μm的保护环为例,证明了改进后的结构能够在保证器件抗单粒子性能及电学特性,同时节省29.4%的面积.

晶体管栅形状对单粒子瞬态脉冲特性的影响研究

通过三维器件模拟仿真,研究了基于CMOS 0.18μm工艺下标准条形栅和环形栅结构MOS晶体管的单粒子瞬态响应.研究结果表明,单粒子轰击条形栅器件与环形栅器件产生的单粒子瞬态脉冲特性具有非常大的区别.分析了栅形状对单粒子瞬态的影响在PMOS和NMOS器件中的不同机理,对单粒子瞬态加固设计具有指导性意义.

SOI器件中浮体效应的研究进展

SOI(SiliconOnInsulator)器件中氧化埋层的隔离作用带来的浮体效应,将显著地影响器件的性能。本文阐述了浮体效应产生的原因以及它对SOI器件和电路的影响,并从体接触和工艺角度两个方面介绍了目前国际上比较优异的抑制浮体效应的几种典型器件结构。