FinFETSRAM輻射效應(yīng)仿真建模研究.pdf

1、隨著國(guó)防軍事事業(yè)的快速發(fā)展，核輻射環(huán)境問(wèn)題也越來(lái)越復(fù)雜而廣泛存在，器件和系統(tǒng)的可靠性越來(lái)越被重視，因此，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，抗輻射問(wèn)題必然要成為整個(gè)電子技術(shù)的一個(gè)基礎(chǔ)，而對(duì)整個(gè)電子技術(shù)產(chǎn)生影響。例如，在對(duì)新電子器件的研制過(guò)程中，一開(kāi)始就應(yīng)該考慮到輻射的問(wèn)題；而對(duì)于電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)開(kāi)始時(shí)就要考慮如何提高抗輻射能力，這將成為一個(gè)設(shè)計(jì)原則。而由于難以在實(shí)驗(yàn)室中得到空間中各種真實(shí)的輻射環(huán)境，所以有必要對(duì)輻射效應(yīng)的模擬仿真做深入研究，從而解決真實(shí)實(shí)

2、驗(yàn)所不能解決的問(wèn)題，模擬所得到的結(jié)果一樣可以對(duì)器件或系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供一定的數(shù)據(jù)參考。
　　本文從輻射效應(yīng)的角度出發(fā)，對(duì)影響器件正常工作的總劑量效應(yīng)、單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)和瞬時(shí)輻射效應(yīng)進(jìn)行了研究，取得了下面三方面的研究成果：
　　1、介紹了SOI FinFET器件的結(jié)構(gòu)，并通過(guò)Silvaco TCAD對(duì)其進(jìn)行了建模和仿真，研究了器件閾值電壓隨輻射劑量的影響，對(duì)比了寬Fin器件與窄Fin器件處在相同的輻射劑量下的閾值電壓的漂移程度，由仿真

3、結(jié)果可知：（1）當(dāng)以200krad(Si)的輻射劑量入射時(shí)，SOI FinFET器件閾值電壓的漂移現(xiàn)象就已經(jīng)變的非常明顯了，而當(dāng)以超過(guò)400krad(Si)的輻射劑量入射時(shí)，SOI FinFET器件的閾值電壓漂移量則逐漸趨于平緩；（2）當(dāng)輻射劑量達(dá)到200 krad(Si)時(shí)，寬Fin器件的閾值電壓就已經(jīng)有了較大的漂移，幾乎達(dá)到了窄Fin器件的4倍。
　　2、研究了單粒子翻轉(zhuǎn)的機(jī)理，電荷的收集模式，并繼續(xù)基于 Silvaco TC

4、AD對(duì)SOI FinFET器件進(jìn)行了單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)的仿真模擬，得到了漏極電流隨時(shí)間的變化關(guān)系，并以Messenger提出的經(jīng)典的雙指數(shù)曲線模型為原型，通過(guò)最小二乘法擬合，得到了單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)的電流脈沖表達(dá)式，并將其帶入用 Cadence軟件所畫(huà)的基于SOI FinFET的6T SRAM存儲(chǔ)單元，從而進(jìn)行電路模擬，得到了令此存儲(chǔ)單元產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)的LET范圍在40MeV·cm2/mg到50MeV·cm2/mg之間。
　　3、對(duì)瞬時(shí)輻射效應(yīng)

5、和單粒子效應(yīng)進(jìn)行了區(qū)分，并簡(jiǎn)要介紹了蒙特卡羅工具包Geant4的內(nèi)核結(jié)構(gòu)和主要功能模塊，并針對(duì)瞬時(shí)輻射效應(yīng)、FinFET結(jié)構(gòu)和粒子能量所對(duì)應(yīng)的物理模型，對(duì)Geant4程序進(jìn)行了編寫(xiě)；研究了瞬時(shí)輻射效應(yīng)產(chǎn)生電流脈沖的模型，并將其帶入用Cadence軟件所畫(huà)的基于SOI FinFET的6T SRAM中，從而模擬瞬時(shí)輻射效應(yīng)，得到了令此存儲(chǔ)單元產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)的電流峰值閾值為0.991mA，然后通過(guò)使用假定的電流脈沖模型，得到了SOI FinFET結(jié)

6、構(gòu)被質(zhì)子（30MeV）、負(fù)電子（50keV）、X射線（10keV）分別從器件正向和背向入射時(shí)的“粒子數(shù)量閾值”，從而得出對(duì)于SOI FinFET結(jié)構(gòu)抗質(zhì)子和X射線瞬時(shí)輻射時(shí)，應(yīng)該正面加固強(qiáng)于背面加固，而對(duì)于抗負(fù)電子瞬時(shí)輻射時(shí)，背面加固應(yīng)該強(qiáng)于正面加固的結(jié)論；接著又對(duì)比了SOI FinFET結(jié)構(gòu)和體硅FinFET結(jié)構(gòu)的抗瞬時(shí)輻射能力，得到了SOI FinFET結(jié)構(gòu)的抗瞬時(shí)輻射能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于體硅 FinFET結(jié)構(gòu)的結(jié)論。最后，通過(guò)考慮粒子入