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SRAM单粒子效应评估方法研究

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第1章 引言

1.1 研究背景

1.2 研究现状

1.3 本文研究的主要内容

1.4 论文结构

第2章 单粒子效应概述

2.1 空间辐射环境

2.2 单粒子效应的物理机制

2.2.1 能量沉积

2.2.2 电荷收集

2.3 单粒了效应的分类

2.4 单粒子效应的评估方法

2.4.1 地面模拟实验

2.4.2 计算机仿真模拟

2.5 木章小结

第3章 TCAD和GEANT4在单粒子效应中的应用

3.1 TCAD在单粒子效应评估中的应用

3.1.1 TCAD仿真模拟的物理基础[28]

3.1.2 TCAD模拟的主要流程

3.2 GEANT4在单粒子效应中的应用

3.2.1 蒙特卡罗方法概述

3.2.2 Geant4 工具包概述

3.2.3 Geant4的基木原理

3.3 本章小结

第4章 基于TCAD和GEANT4的单粒子效应评估方法

4.1 前言

4.2 重离子单粒子效应的评估

4.2.1 模拟方法

4.2.2 器件模型

4.2.3 模拟结果

4.3 质子单粒子效应的评估

4.3.1 模拟方法

4.3.2 程序采用的物理过程和核反应模型

4.3.3 C-S减方差方法

4.3.4 模拟结果

4.4 本章小结

第5章 诱发单粒子多位翻转的电荷分享研究

5.1 前言

5.2 器件模型

5.3 模拟结果与分析

5.3.1 普通NMOS管的电荷收集

5.3.2 节点隔离NMOS管的电荷收集

5.4 结论

第6章 空间单粒子效应评估系统初步

6.1 前言

6.2 单粒子在轨翻转率计算

6.3 计算实例

6.3.1 空间环境

6.3.2 屏蔽分析

6.3.3 在轨翻转率

6.4 本章小结

第7章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

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摘要

本文基于器件模拟软件TCAD(technology computer aided design)和蒙特卡罗工具包Geant4形成了一套评估SRAM单粒子翻转的方法。本文利用该方法获得0.18um SRAM重离子和质子单粒子翻转截面,分析了电荷分享对单粒子多位翻转的影响,并结合静态辐射环境模型预测不同型号SRAM在不同屏蔽下的单粒子在轨翻转率。本文的主要工作概况如下:
   1.基于TCAD和蒙特卡罗工具包Geant4代替地面模拟实验完成了SRAM的单粒子翻转评估。本文利用TCAD模拟不同LET粒子入射SRAM灵敏节点以及周围区域,获得最小翻转阈值、饱和截面等单粒子效应相关参数,应用Weibull函数拟合得到重离子的σ-LET曲线。采用Geant4模拟质子与硅的核反应,记录次级粒子在灵敏体积内的能量沉积,结合重离子的σ-LET曲线,最终获得质子的单粒子翻转截面。
   2.本文针对TSMC0.18um CMOS工艺分析了高能粒子入射漏区以及周围区域时,NMOS管的电荷分享和电荷收集情况,并定量评估了节点隔离对电荷分享的影响。研究结果表明器件周围的区域比漏区更容易诱发多位翻转,因为高能粒子在器件周围区域产生的电子-空穴对在扩散作用下更容易到达各相邻灵敏单元,进而诱发多位翻转,节点隔离可以抑制电荷在相邻灵敏单元间的扩散,能够有效的降低电荷收集和多位翻转。
   3编写了基于Geant4的多层屏蔽分析软件和在轨翻转率预测软件。多层屏蔽分析软件允许用户自定义材料,记录穿透屏蔽材料的粒子能谱。在轨翻转率计算程序通过计算粒子在器件灵敏单元中的能量沉积,结合地面模拟实验或TCAD模拟获得的σ-LET曲线,最终获得器件的单粒子在轨翻转率。

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