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SOI FINFET器件和SRAM单元单粒子效应研究

杨振宇  
【摘要】:随着集成电路设计和制造技术的发展,器件尺寸不断减小,短沟道效应和阈值电压漂移等非理想效应对器件性能的影响越来越显著。传统的平面器件越来越不适合22nm尺寸以下的制造工艺,FINFET技术由于其纳米尺寸下栅对沟道的控制能力强、集成密度高等优势而开始崭露头角。SOI FINFET使用的全介质隔离工艺,不仅去除了困扰体硅器件已久的闩锁效应,而且敏感翻转体积仅局限在很小范围里,在辐照加固领域具有光明的应用前景。本文对三栅SOI单鳍FINFET和双鳍FINFET器件在单粒子效应下的特性进行了TCAD模拟研究,并比较了两种器件对相同辐射条件的敏感性。利用ISE TCAD软件对40nm三栅SOI单鳍FINFET和双鳍FINFET器件建立三维模型,然后加入单粒子效应模块进行模拟,分别提取不同漏极偏压、不同LET值、不同入射位置三种因素下漏端电流随时间变化的曲线,得到高能粒子入射器件的最坏条件,并根据脉冲电流等参数比较单鳍FINFET和双鳍FINFET受单粒子效应的影响程度。仿真结果表明,漏极偏压越大、入射单粒子LET值越大、入射位置距离栅下体区与靠近漏端的鳍界面越近,漏端收集的脉冲电流峰值越高;相同入射条件下,LET值较小时,双鳍FINFET器件漏端电流明显小于单鳍FINFET器件,LET值较大后,双鳍器件漏端电流约为单鳍器件的一半,说明双鳍FINFET器件在入射粒子能量较小时抗单粒子效应能力比单鳍FINFET器件高很多,但LET值增大后,两种器件对SEE敏感性的差异减小。其次利用ISE TCAD软件对SOI SRAM单元进行单粒子效应的混合级仿真,得到的敏感节点电流和电压与电路级仿真的结果进行比较,两种仿真结果与文献中数据对比表明混合级仿真方法的精确度更高;由于真实的辐射空间中单粒子和总剂量辐射都会存在,又对SOI SRAM单元进行了单粒子和总剂量耦合条件下的混合级仿真,模拟结果与单粒子条件下的仿真结果对比,发现两种辐射耦合情况下SRAM单元翻转阈值降低0.1pC/μm左右,即两种辐射耦合条件下SRAM电路抗单粒子翻转能力更差;在同一工艺条件下对存储节点添加耦合电容、双互锁存储单元(DICE)、10管冗余单元等典型的抗辐照加固电路进行单粒子效应的混合级仿真,并通过翻转阈值等参数比较这几种电路和未加固SRAM单元的抗辐照加固能力,结果表明这几种加固电路的抗单粒子翻转能力均好于普通SRAM,DICE和10管冗余单元抗单粒子翻转效果最好。


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1 杨振宇;SOI FINFET器件和SRAM单元单粒子效应研究[D];西安电子科技大学;2014年
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