Моделирование импульсных помех в двухфазных КМОП инверторах при сборе заряда с трека ионизирующей частицы

Приводятся результаты моделирования сбора заряда с треков одиночных ионизирующих частиц двухфазными КМОП инверторами с проектной нормой 65 нм на двух взаимно связанных каналах (фазах), образующих цепочку. Анализируется возникновение импульсных помех, вызванных сбором заряда с треков, направленных по нормали к поверхности приборной части кристалла, с точками входа трека как в стоковые области транзисторов, так и на расстоянии 0.3–0.7 мкм от них через слой диоксида кремния, изолирующего между собой транзисторы. Длительности импульсов помех на узлах элементов при сборе заряда с трека составляют от 120 до 300 пс, а амплитуды помех относительно напряжений на шине питания или общей шины находятся в пределах от 0.05 до 1.0 В. Распространение импульсов помех по цепочке двухфазных КМОП инверторов происходит только для треков с точками входа в стоковые области транзисторов. При линейной передаче энергии на трек 60 МэВ см² /мг помеха может распространиться на два инвертора, если импульсы помех образовались на двух выходах двухфазного КМОП инвертора и сумма их амплитуд превышает напряжение питания.

1. Canaris J., Whitaker S. Circuit techniques for the radiation environment of space // IEEE 1995 Custom Integrated Circuits Conference. 1995. P. 77–80.

2. Knowles K. R. Logic architecture for single event upset immunity // US Patent № 6614257 B2, Sep. 2, 2003.

3. Zhang M., Shanbhag R. Design of soft error tolerant logic circuits // Proceedings of the Workshop on System Effects of Soft Logic Errors, Univ. of Illinois, USA, Apr. 2005. P. 1–4.

4. Calin T., Nicolaidis M., Velazco R. Upset hardened memory design for submicron CMOS technology // IEEE Transactions on Nuclear Science. 1996. V. 43. № 6. P. 2874–2878.

5. Ольчев С. И. Двухфазные КМОП логические элементы с повышенной сбоеустойчивостью к воздействию отдельных ядерных частиц / С. И. Ольчев, В. Я. Стенин // Микроэлектроника. – 2011. – Т. 40. – № 3. – С. 170–183.

6. Катунин Ю. В. Моделирование эффектов локальных воздействий ядерных частиц на КМОП элементы двухфазной логики с проектными нормами 65 нм / Ю. В. Катунин, В. Я. Стенин // Микроэлектроника. – 2012. – Т. 41. – № 4. – С. 262−274.

7. Катунин Ю. В. Моделирование характеристик триггерных элементов КМОП двухфазной логики с учетом разделения заряда при воздействии отдельных ядерных частиц / Ю. В. Катунин, В. Я. Стенин, П. В. Степанов // Микроэлектроника. – 2014. – Т. 43. – № 2. – С. 104−117.

8. Garg R., Khatri S. P. Analysis and design of resilient VLSI circuits: mitigating soft errors and process variations. N. Y.: Springer, 2010. P. 194–205.

9. Катунин Ю. В. TCAD моделирование эффектов воздействия одиночных ядерных частиц на ячейки памяти STG DICE / Ю. В. Катунин, В. Я. Стенин // Микроэлектроника. – 2018. – Т. 47. – № 1. – С. 23–37.

10. Soft errors in modern electronic systems / Ed. M. Nicolaidis. N. Y.: Springer, 2011. P. 35–37.