王定洪，王 坦，丁李利，陳 偉， 張鳳祁，徐靜妍，羅尹虹

(1. 湘潭大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖南湘潭 411105；2. 強(qiáng)脈沖輻射環(huán)境與模擬國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710024)

隨著空間技術(shù)與微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，越來(lái)越多的高性能電子器件應(yīng)用于航天領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)對(duì)在軌衛(wèi)星的相關(guān)研究指出，2004～2011年發(fā)生的7例在軌衛(wèi)星故障案例中，6例為單粒子效應(yīng)引發(fā)的故障，占比高達(dá)85.7%[1-2]。單粒子效應(yīng)(single event effect, SEE)是指單個(gè)高能粒子穿過(guò)器件敏感區(qū)域產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)被電路中節(jié)點(diǎn)收集后形成電流脈沖，引發(fā)瞬時(shí)擾動(dòng)及邏輯功能錯(cuò)誤等，甚至導(dǎo)致整個(gè)芯片失效的輻射效應(yīng)。在數(shù)字電路設(shè)計(jì)中，由于電路的復(fù)雜性和基本邏輯單元的重復(fù)性，需使用標(biāo)準(zhǔn)單元來(lái)組成電路。標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)中通常包含數(shù)百甚至上千個(gè)不同邏輯類型和驅(qū)動(dòng)能力的標(biāo)準(zhǔn)單元。其中，反相器是最基礎(chǔ)的單元之一，也是大規(guī)模集成電路中最典型的電路單元[3]。反相器的可靠性嚴(yán)重影響大規(guī)模集成電路的穩(wěn)定性，開(kāi)展反相器的單粒子效應(yīng)評(píng)估及抗輻射加固設(shè)計(jì)對(duì)提升集成電路抗輻照性能具有重要意義[4]。

在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中，常使用反相器鏈構(gòu)建延時(shí)單元。Dodd等[5]將10級(jí)反相器鏈加入電路構(gòu)建設(shè)計(jì)，延遲單粒子瞬態(tài)脈沖在電路中的傳播，Baze等[6]也使用反相器鏈進(jìn)行電路脈沖的延遲與后一級(jí)門電路的加固，但較強(qiáng)的延遲濾波能力與帶負(fù)載能力要求反相器鏈中反相器的數(shù)量極大，導(dǎo)致了電路面積與功耗的增大，所以高驅(qū)動(dòng)能力的反相器更受到電路設(shè)計(jì)者的青睞。Cannon等[7]使用回旋加速器研究了重離子對(duì)不同驅(qū)動(dòng)能力反相器單粒子敏感截面和瞬態(tài)脈沖的影響。但由于實(shí)驗(yàn)環(huán)境的限制，Cannon等的實(shí)驗(yàn)方法并不利于電路規(guī)模的擴(kuò)展和時(shí)間開(kāi)銷的削減。當(dāng)前，單粒子效應(yīng)仿真方法逐漸成熟，可用于解決該問(wèn)題。單粒子效應(yīng)電路級(jí)仿真技術(shù)的主體思想是將輻射效應(yīng)等效為電流脈沖引入到電路模型中[8-9]，在對(duì)電路的單粒子效應(yīng)仿真研究中，研究者們發(fā)現(xiàn)重離子入射電路引起的瞬態(tài)電流脈沖并不完全符合傳統(tǒng)雙指數(shù)電流源模型，而是與阱接觸、阱邊界、重離子轟擊位置及雙極放大電荷收集等眾多因素密切相關(guān)[10-16]。但現(xiàn)有的電路仿真方法均只考慮到以上眾多因素中的一至兩個(gè)因素，使仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在一定差異。本文基于一種綜合考慮有源區(qū)形狀尺寸、重離子轟擊位置、電路響應(yīng)反饋和雙極放大電荷收集等因素的電路級(jí)單粒子效應(yīng)仿真方法[17-18]，針對(duì)180 nm工藝下，7種不同驅(qū)動(dòng)能力的反相器(INV1,INV2,INV4,INV8,INV12,INV16,INV20)開(kāi)展了單粒子效應(yīng)敏感性計(jì)算分析，對(duì)比了單粒子瞬態(tài)敏感區(qū)域及脈沖寬度分布、探索驅(qū)動(dòng)能力和結(jié)構(gòu)特征等因素對(duì)不同驅(qū)動(dòng)能力反相器單粒子效應(yīng)敏感性的影響，并在此基礎(chǔ)上，提出了加固設(shè)計(jì)的若干建議。

1 仿真流程介紹

圖1為體硅CMOS工藝單粒子效應(yīng)電路級(jí)仿真流程圖。單粒子效應(yīng)電路級(jí)仿真流程包含模型庫(kù)構(gòu)建和電路單粒子效應(yīng)敏感性評(píng)價(jià)2部分。

模型庫(kù)構(gòu)建部分：首先，基于工藝設(shè)計(jì)PDK模型卡校準(zhǔn)晶體管電學(xué)特性，得到待研究器件的結(jié)構(gòu)與摻雜信息作為輸入文件；其次，結(jié)合器件仿真得到電阻與有源區(qū)接觸面積及有源區(qū)間距之間的解析表達(dá)式。同時(shí)構(gòu)建單管3維TCAD模型，并在不同線性能量傳輸(linear energy transter，LET)值及不同入射位置情況下執(zhí)行瞬態(tài)仿真，獲取瞬時(shí)收集電流總電荷與時(shí)間特性隨所定義自變量(漂移因子和擴(kuò)散因子)變化的解析表達(dá)式和擬合參數(shù)取值；獲取阱間收集電流總電荷與時(shí)間特性隨入射位置與N阱/P阱交界處之間間距變化的解析表達(dá)式及擬合參數(shù)；隨后，利用Verilog-A編程語(yǔ)言編寫以單管瞬時(shí)收集電流作為輸入量并考慮電路對(duì)節(jié)點(diǎn)偏壓調(diào)制作用的子電路模型。其中，基于對(duì)單倍驅(qū)動(dòng)能力反相器單粒子瞬態(tài)響應(yīng)的校準(zhǔn)獲取了擬合參數(shù)。

電路單粒子效應(yīng)敏感性評(píng)價(jià)部分：首先，對(duì)電路版圖進(jìn)行離散化，離散化后的每一個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)均作為待研究的重離子入射點(diǎn)。選定任一入射點(diǎn)后，與以入射點(diǎn)為圓心、半徑為1 μm(數(shù)值可調(diào))的圓形區(qū)域有交集的所有有源區(qū)均自動(dòng)計(jì)算漂移因子、擴(kuò)散因子和入射點(diǎn)與阱交界處的相對(duì)距離，通過(guò)調(diào)用模型庫(kù)中解析表達(dá)式重構(gòu)各有源區(qū)的瞬態(tài)電流脈沖，幅值高于0.1 μA(數(shù)值可調(diào))時(shí)，對(duì)應(yīng)有源區(qū)將通過(guò)調(diào)用模型庫(kù)中Verilog-A語(yǔ)言描述的子電路模型，將擾動(dòng)注入到電路節(jié)點(diǎn)中。同時(shí)，在N阱接觸與P阱接觸間引入計(jì)算得到的瞬態(tài)電流源及電阻網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各有源區(qū)襯底電勢(shì)的變化，并定量評(píng)價(jià)雙極放大效應(yīng)帶來(lái)的影響。在此基礎(chǔ)上執(zhí)行電路仿真，評(píng)價(jià)待研究電路的單粒子響應(yīng)，記錄瞬態(tài)脈沖波形或監(jiān)測(cè)是否發(fā)生狀態(tài)翻轉(zhuǎn)。通過(guò)遍歷所有離散點(diǎn)可獲取電路的單粒子效應(yīng)敏感區(qū)域熱點(diǎn)圖及翻轉(zhuǎn)截面。

采用上述仿真方法對(duì)180 nm工藝D觸發(fā)器單元進(jìn)行了仿真計(jì)算，得到D觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)截面面積，并與實(shí)測(cè)翻轉(zhuǎn)截面進(jìn)行了對(duì)比。圖2為180 nm工藝D觸發(fā)器鏈單粒子翻轉(zhuǎn)截面的實(shí)測(cè)與仿真預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)比圖。圖2中實(shí)心點(diǎn)為D觸發(fā)器的實(shí)測(cè)單粒子翻轉(zhuǎn)截面，LET值為9.01，21.8，42.0，65.6 MeV·cm2·mg-1時(shí)的數(shù)據(jù)點(diǎn)來(lái)自于中國(guó)原子能科學(xué)研究院HI-13加速器上的測(cè)量值，LET值為78.3 MeV·cm2·mg-1的數(shù)據(jù)點(diǎn)來(lái)自于中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所蘭州重離子加速器上的測(cè)量值?？招狞c(diǎn)為仿真得到D觸發(fā)器單粒子翻轉(zhuǎn)截面。由圖2可見(jiàn)，翻轉(zhuǎn)截面均隨LET值增加而增大，仿真結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果趨勢(shì)一致，驗(yàn)證了所采用仿真方法的正確性。

2 反相器單粒子效應(yīng)敏感性仿真模擬

2.1 敏感區(qū)域分布

圖3是LET為30 MeV·cm2·mg-1時(shí)，不同驅(qū)動(dòng)能力反相器在輸入為高電平(邏輯1)和低電平(邏輯0)2種偏置情況下的單粒子效應(yīng)敏感區(qū)域熱點(diǎn)圖。

以輸出高電平為反相器翻轉(zhuǎn)的判據(jù)：粒子入射后，讀出反相器輸出端Q的電壓VQ，當(dāng)輸出電壓低于1/2Vdd時(shí)，說(shuō)明檢測(cè)到下降沿，繼續(xù)監(jiān)測(cè)，當(dāng)電壓高于1/2Vdd時(shí)，說(shuō)明檢測(cè)到上升沿；同時(shí)讀到上升沿與下降沿即反相器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，粒子入射點(diǎn)即標(biāo)記為一個(gè)敏感區(qū)域，讀到上升沿與下降沿的時(shí)間差即為反相器的輸出脈沖寬度。圖3中當(dāng)反相器偏置為1時(shí)，藍(lán)色實(shí)心點(diǎn)部分為敏感區(qū)域；偏置為0時(shí)，紅色方框部分為敏感區(qū)域。由圖3可見(jiàn)，不同驅(qū)動(dòng)能力反相器的敏感區(qū)域均分布于反偏狀態(tài)下的漏極區(qū)域。此現(xiàn)象與文獻(xiàn)[19-20]報(bào)道中反相器的單粒子敏感性特征相符，即當(dāng)反相器保持某一種偏置狀態(tài)時(shí)，反偏漏極更易受到單粒子輻照影響。

由圖3(a)-圖3(d)可見(jiàn)：當(dāng)反相器INV1，INV2，INV4，INV8輸入電平為高電平時(shí)，敏感區(qū)域分布在PMOS晶體管漏極區(qū)域；當(dāng)輸入為低電平時(shí)，敏感區(qū)域完全分布于NMOS晶體管反偏漏極區(qū)域。由圖3(e)-圖3(g)可見(jiàn)：當(dāng)反相器INV12，INV16，INV20輸入電平為高電平時(shí)，敏感區(qū)域大部分分布于PMOS晶體管漏極區(qū)域，但仍有小部分敏感點(diǎn)落于NMOS反偏漏極區(qū)域；當(dāng)輸入為低電平時(shí)，情況類似，大部分敏感面積分布于PMOS晶體管漏極區(qū)域，NMOS晶體管漏極區(qū)域有少部分敏感點(diǎn)。造成這種現(xiàn)象的原因?yàn)榉聪嗥鲀?nèi)部晶體管連接方式不同，本文所涉及的系列反相器內(nèi)部晶體管之間的連接方式包含串聯(lián)與并聯(lián)，1～8倍驅(qū)動(dòng)能力反相器在版圖設(shè)計(jì)時(shí)采用了并聯(lián)的插指結(jié)構(gòu)，但隨著反相器驅(qū)動(dòng)能力的增加，反相器內(nèi)部晶體管數(shù)量增多，為同時(shí)實(shí)現(xiàn)小輸入負(fù)載及大的扇出， INV12，INV16，INV20在版圖設(shè)計(jì)時(shí)采用了多級(jí)級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，故敏感區(qū)域開(kāi)始分布于PMOS與NMOS晶體管漏極區(qū)域。

對(duì)比反相器單元中不同MOS管的敏感面積發(fā)現(xiàn)，INV16，INV20中PMOS的敏感區(qū)域完全覆蓋有源區(qū)，而NMOS敏感區(qū)域未能完全覆蓋有源區(qū)?；谶@一現(xiàn)象，利用3維Sentaurus TCAD軟件計(jì)算得到180 nm工藝NMOS及PMOS有源區(qū)域分別產(chǎn)生瞬態(tài)脈沖對(duì)應(yīng)的收集電荷及時(shí)間常數(shù)隨漂移因子的變化關(guān)系，如圖4所示。

漂移因子是指入射離子電荷云與有源區(qū)重合程度，用來(lái)衡量重離子產(chǎn)生的電離電荷徑跡在有源區(qū)內(nèi)直接沉積的電荷量。當(dāng)漂移因子相同時(shí)(此時(shí)重離子徑跡在有源區(qū)內(nèi)直接沉積的電荷量相等)，由圖4(a)可見(jiàn)，PMOS有源區(qū)收集到的電荷量大于NMOS晶體管，由圖4(b)可見(jiàn)，PMOS對(duì)應(yīng)收集的瞬態(tài)脈沖時(shí)間常數(shù)更小，所以瞬態(tài)脈沖的峰值電流將明顯更高，電流波形更加短促，意味著敏感節(jié)點(diǎn)更易發(fā)生擾動(dòng)。圖4的結(jié)果可解釋圖3(f)和圖3(g)中的現(xiàn)象，即LET值相同情況下，敏感區(qū)域完全覆蓋PMOS有源區(qū)，但未能完全覆蓋NMOS有源區(qū)。

2.2 驅(qū)動(dòng)能力對(duì)反相器單粒子敏感性的影響

圖5為L(zhǎng)ET值為30 MeV·cm2·mg-1時(shí)，不同驅(qū)動(dòng)能力反相器的單粒子敏感性。

由圖5(a)可見(jiàn)，反相器輸入高低電平的占空比為50%時(shí)，反相器單元的單粒子效應(yīng)敏感截面為輸入邏輯高電平與輸入邏輯低電平2種偏置下的截面面積的平均值。隨著驅(qū)動(dòng)能力的增加，反相器受單粒子影響發(fā)生單粒子瞬態(tài)效應(yīng)的區(qū)域面積呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。驅(qū)動(dòng)能力的增加導(dǎo)致反相器內(nèi)部晶體管數(shù)量迅速增加，單元保持某一種偏置條件時(shí)，處于反偏狀態(tài)下的晶體管數(shù)量也增加，故反相器單元的單粒子敏感截面面積會(huì)迅速增加。驅(qū)動(dòng)能力增加到16倍后，反相器的敏感截面面積出現(xiàn)輕微下降。由于驅(qū)動(dòng)能力增加不僅增加了晶體管數(shù)量，還增加了單元的版圖面積，為更好地研究驅(qū)動(dòng)能力對(duì)標(biāo)準(zhǔn)單元單粒子敏感性的影響，以標(biāo)準(zhǔn)單元的單粒子敏感截面面積與版圖面積之比(敏感截面比)判斷單元的單粒子敏感性變化。由圖5(b)可見(jiàn)，反相器的敏感截面比隨驅(qū)動(dòng)能力增加也呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)能力為12倍時(shí)，敏感截面比達(dá)最大值，驅(qū)動(dòng)能力繼續(xù)增加，敏感截面比呈明顯的下降趨勢(shì)且下降幅度較大；驅(qū)動(dòng)能力在12倍及更小時(shí)，反相器單元受單粒子影響的敏感區(qū)域面積變化速度大于版圖面積增加的速度，敏感截面比迅速上升；驅(qū)動(dòng)能力超過(guò)12倍后，高驅(qū)動(dòng)能力導(dǎo)致的單元內(nèi)部驅(qū)動(dòng)電流較大，此時(shí)LET值相同條件下，單粒子入射造成的擾動(dòng)電流對(duì)單元的影響減小，反相器的敏感截面比呈明顯的下降趨勢(shì)。

不同驅(qū)動(dòng)能力反相器的單粒子瞬態(tài)脈沖寬度分布如表1所列。由表1可知，隨著驅(qū)動(dòng)能力的增加，反相器的瞬態(tài)脈沖越來(lái)越向較小的脈沖寬度集中；INV1的大部分脈沖集中于200至300 ps范圍內(nèi)；INV2,INV4 在100～200 ps 內(nèi)的脈沖數(shù)量最多；INV8,INV12,INV16,INV20絕大部分脈沖寬度小于100 ps，其中INV20所有脈沖的寬度均在100 ps以內(nèi)。綜合驅(qū)動(dòng)能力對(duì)反相器單元單粒子敏感截面比與瞬態(tài)脈沖寬度的影響，發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)能力越高，反相器受相同能量單個(gè)高能粒子的影響越小。

表1 不同驅(qū)動(dòng)能力反相器的單粒子瞬態(tài)脈沖寬度分布Tab.1 SEE transient pulse width distribution for inverters with different driving capacities

3 結(jié)構(gòu)特征對(duì)反相器單粒子效應(yīng)敏感性的影響分析

3.1 子模塊驅(qū)動(dòng)能力對(duì)反相器單粒子效應(yīng)敏感性的影響

設(shè)計(jì)高驅(qū)動(dòng)能力反相器時(shí)考慮到單元的正常運(yùn)行往往采用多級(jí)不同驅(qū)動(dòng)能力的子模塊構(gòu)成單元版圖，其中驅(qū)動(dòng)能力最高的子模塊往往用于保證單元的驅(qū)動(dòng)能力，驅(qū)動(dòng)能力與整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元驅(qū)動(dòng)能力一致。其他級(jí)子模塊作為驅(qū)動(dòng)能力最高子模塊的輔助級(jí)，保證整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元的正常運(yùn)行，且為保證相位不發(fā)生改變，輔助級(jí)子模塊均為偶數(shù)，通常情況下為2級(jí)。圖6為INV20反相器結(jié)構(gòu)中包含3種驅(qū)動(dòng)能力的子模塊。子模塊是一個(gè)完整的反相器，其中，包含一定數(shù)量的PMOS管和NMOS管，圖6中黑色線框所示即為各個(gè)子模塊。1～3級(jí)子模塊的驅(qū)動(dòng)能力分別為3倍、8倍和20倍，在圖7中依次顯示為子模塊1、子模塊2和子模塊3。子模塊1與子模塊2的敏感區(qū)域分布于反相器內(nèi)部晶體管的漏極區(qū)域，且?guī)缀跛新O區(qū)域均受到單粒子效應(yīng)的影響，敏感區(qū)域占各個(gè)子模塊的版圖面積的比重較大；子模塊3的敏感區(qū)域也集中分布于晶體管漏極區(qū)域，但敏感區(qū)域并沒(méi)有完全覆蓋晶體管所有漏極區(qū)域，故子模塊3的敏感面積占版圖面積的比小于子模塊1和子模塊2。

子模塊的驅(qū)動(dòng)能力的差異也對(duì)不同子模塊的單粒子瞬態(tài)脈沖寬度有一定的影響，圖7為不同驅(qū)動(dòng)能力子模塊單粒子瞬態(tài)脈沖寬度分布。由圖7可見(jiàn)，子模塊1的瞬態(tài)脈沖寬度分布最廣，且脈沖寬度較大的脈沖占比較大；子模塊2脈沖寬度的范圍比子模塊1更??；子模塊3脈沖寬度的范圍最小，脈沖寬度都集中在100 ps以內(nèi)。在高驅(qū)動(dòng)能力的標(biāo)準(zhǔn)單元中，只有驅(qū)動(dòng)能力最高的一級(jí)子模塊可用以保證單元的驅(qū)動(dòng)能力，其他子模塊均為輔助級(jí)，若將驅(qū)動(dòng)能力較弱的輔助級(jí)子模塊用驅(qū)動(dòng)能力更高的子模塊代替，可將版圖面積的增加控制在可接受的范圍內(nèi)，有利于從子模塊開(kāi)始對(duì)標(biāo)準(zhǔn)單元進(jìn)行抗單粒子效應(yīng)加固。與低驅(qū)動(dòng)能力的標(biāo)準(zhǔn)單元相比，高驅(qū)動(dòng)能力的標(biāo)準(zhǔn)單元受高能粒子的影響更小，對(duì)內(nèi)部子模塊進(jìn)行加固后能進(jìn)一步提高標(biāo)準(zhǔn)單元的抗單粒子效應(yīng)的能力。

3.2 晶體管連接方式對(duì)反相器單粒子效應(yīng)敏感性的影響

標(biāo)準(zhǔn)單元內(nèi)部晶體管有多種連接方式，如共源極、共漏極或獨(dú)立源漏等，在180 nm反相器單元的單粒子效應(yīng)仿真過(guò)程中發(fā)現(xiàn)不同的連接方式對(duì)標(biāo)準(zhǔn)單元的抗單粒子效應(yīng)能力影響不同。圖8為采用共源極與共漏極連接方式的反相器版圖。由圖8(a)可見(jiàn)，反相器內(nèi)包含2個(gè)PMOS與2個(gè)NMOS共4個(gè)晶體管，其中，同種類的晶體管之間共用源極區(qū)域，而漏極區(qū)域位于源極區(qū)域的兩側(cè)。圖8(b)所示的反相器包含的晶體管數(shù)量與種類均與圖8(a)一致，且2種反相器的版圖面積相同，圖8(b)反相器內(nèi)部晶體管間采用的連接方式為共漏極連接。同種類型的MOS晶體管的漏極區(qū)域分布集中。采用電路級(jí)仿真手段對(duì)2種不同版圖結(jié)構(gòu)的反相器單元進(jìn)行了單粒子效應(yīng)仿真，得到單粒子敏感區(qū)域分布熱點(diǎn)，如圖9所示。由圖9可見(jiàn)，敏感區(qū)域均分布于晶體管的漏極區(qū)域，采用共源極連接方式的反相器敏感面積明顯大于共漏極連接方式的反相器。與圖9(a)相比，圖9(b)所示的敏感區(qū)域總面積下降了近35%，采用共漏極連接方式單元的單粒子效應(yīng)敏感性明顯弱于采用共源極連接方式的單元。

標(biāo)準(zhǔn)單元最易受單粒子輻照影響的區(qū)域?yàn)榉雌O區(qū)域，若晶體管采用共源極連接方式則會(huì)導(dǎo)致晶體管漏極區(qū)域面積過(guò)大，進(jìn)而導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)單元敏感區(qū)域面積增大；若采用共漏極連接，晶體管漏極區(qū)域的重疊大幅度減小了標(biāo)準(zhǔn)單元反偏漏極面積，故在標(biāo)準(zhǔn)單元的版圖設(shè)計(jì)中，采用共漏極連接單元的單粒子效應(yīng)敏感面積比采用共源極連接時(shí)要小的多。標(biāo)準(zhǔn)單元中還有采用獨(dú)立源漏連接方式的單元，這種單元不論是反偏漏極區(qū)域的面積，還是整體版圖面積都比其他連接方式的面積大，會(huì)導(dǎo)致單元更易受到高能粒子的作用，且用于設(shè)計(jì)電路時(shí)對(duì)電路的面積要求大，并不適用抗輻射集成電路的設(shè)計(jì)。若將標(biāo)準(zhǔn)單元中的共源極和獨(dú)立源漏連接方式替換為共漏極的連接方式，有利于減小標(biāo)準(zhǔn)單元敏感漏極的面積，甚至能有效縮減標(biāo)準(zhǔn)單元版圖面積，加強(qiáng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)單元抗單粒子效應(yīng)能力。

4 總結(jié)

本文基于綜合考慮有源區(qū)形狀尺寸、重離子轟擊位置、電路響應(yīng)反饋和雙極放大電荷收集等因素的電路級(jí)單粒子效應(yīng)仿真方法，對(duì)180 nm工藝，不同驅(qū)動(dòng)能力反相器的單粒子效應(yīng)敏感性進(jìn)行了仿真，給出發(fā)生單粒子瞬態(tài)效應(yīng)的單元敏感區(qū)域及脈沖寬度分布，分析了驅(qū)動(dòng)能力和子模塊與晶體管的連接方式對(duì)反相器單粒子效應(yīng)敏感性的影響。研究結(jié)果表明：(1)驅(qū)動(dòng)能力增加至12倍及以上后，反相器的單粒子敏感截面比開(kāi)始下降，瞬態(tài)脈沖的寬度也減小；(2)高驅(qū)動(dòng)能力單元內(nèi)部子模塊的驅(qū)動(dòng)能力對(duì)整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元單粒子敏感性有一定影響，高驅(qū)動(dòng)能力的子模塊更有利于提高標(biāo)準(zhǔn)單元抗單粒子效應(yīng)的能力；(3)對(duì)比內(nèi)部晶體管不同連接方式的反相器單粒子敏感截面與版圖面積之比發(fā)現(xiàn)，與共源極和獨(dú)立源漏的晶體管連接方式相比，共漏極的晶體管連接方式更有利于降低電路單粒子效應(yīng)的敏感性。