А.В. АНТОНЮК, А.А. КРУТОВ Научный руководитель – В.Я. СТЕНИН, д.т.н., профессор

А.В. АНТОНЮК, А.А. КРУТОВ
Научный руководитель – В.Я. СТЕНИН, д.т.н., профессор
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ КРИТИЧЕСКИХ
ХАРАКТЕРИСТИК 28-нм КМОП ЯЧЕЕК ПАМЯТИ DICE
Приведены результаты моделирования влияния температуры на критические
характеристики сбоя ячеек памяти DICE с проектной нормой КМОП 28 нм при
учете эффекта воздействии одиночной ядерной частицы.
Основным эффектом воздействия отдельной ядерной частицы на суб100-нм КМОП ячейки памяти СБИС является воздействие одной частицы
на несколько узлов логического элемента за счет разделения
индуцированного заряда с трека частицы между транзисторами с обратно
смещенными p-n переходами [1]. Наиболее сбоеустойчивым вариантом
статической КМОП ячейкой памяти в настоящее время является ячейка
DICE (Dual Interlocked Storage Cell) [2].Логическое состояние ячейки
DICE хранится в ее четырех узлах ABCD.
В данной работе исследовалось влияние температуры на критические
характеристики сбоя статической КМОП ячейки DICE по проектной
норме КМОП 28 нм при воздействии импульсов тока с постоянными
времени нарастания τН = 2.5 пс и спада τСП = 5.0 псна два узла ячейки в
различных логических состояниях узлов. Методика определения
критических зависимостей изложена в работе [3]. Параметры
транзисторов: длина канала 30 нм, ширина каналов PМОП и NМОП
транзисторов WP = WN = 120 нм, модели tt_hvt библиотеки TSMC 28 нм.
На
рис. 1
приведен
пример
критической
характеристики
сбоеустойчивости ячейки памяти DICEпри воздействии одиночной
ядерной частицыпри сборе зарядовQКР.A и QКР.B двумя узлами Aи Bдля
трех значений температуры при исходном логическом состоянии узлов
ячейки ABCD0101.На рис. 2 приведена зависимость минимального
суммарного критического заряда от температуры для исходного
состояния ячейки ABCD0101 для узлов А и В: QAB.КР.МИН =
Min{QA.КР+QB.КР}.
Минимальное критическое значение заряда пары узлов AB в
состоянии ячейки ABCD0101, определяемое по зависимостям на рис. 1
как QAB.КР.МИН = Min{QA.КР+QB.КР} и составляет 1.36 фКл при температуре
+27°C. Значения минимальных сумм критических зарядов для других пар
узлов ABCD определялось аналогично.
Температурные зависимости минимальных значений суммарных
критических зарядов для пар узлов ABи AD характеризуются
температурными коэффициентами kT.АB = 5.19×10-4 фКл/°Cдля пары AB,
что составляет 0.038 %/°C, а для пары AD kT.АD = 4.98×10-4 фКл/°C, что
составляет 0.036 %/°C. Для узлов АС в состоянии ABCD0101 kT.АС = 1.39×10-3 фКл/°C, что составляет - минус 0.048 %/°C, а в состоянии
ABCD1010 – kT.АС = -1.45×10-3 фКл/°C, что составляет минус 0.054 %/°C
160 °C
1
0.5
0
0
0.5
1
1.5
QB.КР, фКл
1.35
1.3
1.4
фКл
QА.КР, фКл
27 °C
= Min{QА.КР + QB.КР},
-60 °C
1.5
QAB.КР.МИ
1.45
2
2
Рис. 1
-60 -10 40 90 140 190
Т, °C
Рис. 2
В результате моделирования установлено, что критические
зависимости сбоя при воздействии импульсов тока напары узлов ячейки
памяти DICEпо коммерческой объёмной КМОП технологии TSMC 28 нм
характеризуются в среднем относительными значениями температурных
коэффициентов 0.036-0.054 %/°C.
Список литературы
1. Стенин В.Я., Катунин Ю.В., Степанов П.В. Особенности проектирования DICE
элементов 65-нм КМОП статических запоминающих устройств с учетом эффекта кратного
воздействия отдельных ядерных частиц // Вестник НИЯУ МИФИ. 2013. Т. 2. № 3. – С. 363370.
2. Nicolaidis M. Soft errors in modern electronic systems. New York: Springer. 2011. 316 p.
3. Катунин Ю.В., Стенин В.Я. Моделирование триггерных элементов 28 нм КМОП DICE
при кратном воздействии отдельных ядерных частиц // Электроника, микро- и
наноэлектроника. Сб. научн. трудов.М.: НИЯУ МИФИ, 2013. – С. 39-44.