Г. И. ЗЕБРЕВ, И. А. ЛАДАНОВ, E.А. ГАГАРИН, М. С. ГОРБУНОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
PRIVET-IC4: КОМПЛЕКС ПРОГРАММ МОДЕЛИРОВАНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ СБОЕВ ЭЛЕМЕНТОВ ЦИФРОВОЙ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ, ВЫЗВАННЫХ ОДИНОЧНЫМИ ИОНАМИ КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА
Разработан комплекс программ для расчета интенсивности единичных событий (обратимых сбоев, защелки), вызванных тяжелыми ионами космического пространства с учетом реального спектра.
Прогнозирование интенсивности отказов цифровых элементов, вызванных одиночными частицами космического спектра, является необходимым элементом обеспечения надежности аппаратуры космических аппаратов. Экспериментальное тестирование микросхем на единичные сбои является весьма дорогостоящим мероприятием, что обуславливает возрастающую роль расчетных методов. Проблема моделирования интенсивности единичных сбоев имеет несколько аспектов. Во-первых, это непосредственный расчет интенсивности сбоев при заданных ЛПЭ спектрах тяжелых ионов космического пространства. В работах [1-3] описана разработанная в нашей группе программа PRIVET – симулятор интенсивности сбоев для заданного спектра космических излучений. Входными данными программы PRIVET (Programming Rate of Irregularities Versus Energy Threshold) являются, в частности, как параметры радиационного окружения (спектры ЛПЭ на заданной орбите космического пространства), так и схемотехнические параметры, такие как геометрические размеры чувствительной области и величина критического заряда цифрового элемента. Размеры чувствительной области определяются, главным образом, размерами обратносмещенных p-n переходов и необходимая информация может быть получена от изготовителя.
Критический заряд, характеризующий помехоустойчивость, например, КМОП ячейки статической памяти, является интегральной характеристикой данной ячейки и зависит от совокупности всех топологических и электрических параметров данной ячейки, таких как крутизна, пороговые напряжения и емкости транзисторов. Критический заряд является чисто схемотехнической характеристикой и может быть рассчитан с помощью стандартных систем схемотехнического проектирования (например, CADENCE SPECTRE или ORCAD). Экспериментальное определение критического заряда в микроэлектронных узлах часто крайне затруднено по техническим и экономическим причинам.
Нами была разработана программа расчета критического заряда ячеек памяти IC4 (Integrated Circuits Critical Charge Calculator). Программа изначально интегрирована с САПР интегральных схем. Она представляет собой независимую оболочку в форме Windows-приложения, реализованную в среде Visual С++, которая формирует входные и анализирует выходные SPICE – файлы. Импульс ионизационного тока от одной частицы моделируется генератором тока
где Q0 ‑ полный заряд, собираемый от одной частицы, t F ‑ время спада, тока связанное со временем собирания заряда (~200…400 пс), t R ‑ время нарастания тока, связанное со временем дрейфа носителей через ОПЗ p-n перехода (~ десятки пикосекунд). Времена считаются фиксированными, а рассчитанное значение собранного заряда Q0, при котором происходит переключение, считается критическим зарядом QС. Входной информацией для симулятора IC4 является набор SPICE параметров для всех компонентов ячейки памяти. В свою очередь, выходная информация симулятора IC4 является входной для программы PRIVET.
Разработанный комплекс программ может использоваться как для прогнозирования радиационной стойкости интегральных схем в космических условиях, так и для оптимизации стойкости при проектировании.
Список литературы
1. , , сборник Научная сессия МИФИ-2005, т.1, 92-93
2. , «Расчет интенсивности единичных сбоев от тяжелых заряженных частиц космического пространства», ВАНТ, 2002, в.4, сс.95-98
3. Zebrev G. I., Ladanov I. A. et al. “PRIVET – A Heavy Ion Induced Single Event Upset Rate Simulator in Space Environment”, RADECS 2005 Proceedings.
