Электрическое моделирование эффекта компенсации помехи в цепочке 65-нм кмоп инверторов при воздействии одиночной ядерной частицы

В. В. ПУДОВ

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

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭФФЕКТА КОМПЕНСАЦИИ ПОМЕХИ В ЦЕПОЧКЕ 65-нм КМОП ИНВЕРТОРОВ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ОДИНОЧНОЙ ЯДЕРНОЙ ЧАСТИЦЫ

Приведены результаты электрического моделирования влияния эффекта разделения заряда между двумя КМОП инверторами в цепочке инверторов (charge sharing) при воздействии одиночной ядерной частицы [1, 2] и нахождение связи между параметрами амплитуд напряжения помех на двух соседних инверторах в цепочке UПОМ. М2/UПОМ. М1

Цель работы - электрическое моделирование разделения заряда между двумя КМОП инверторами в цепочке инверторов (charge sharing) при воздействии одиночной ядерной частицы [1, 2] и нахождение связи между параметрами амплитуд напряжения помех на двух соседних инверторах в цепочке UПОМ. М2/UПОМ. М1 с учетом расстояния от узла вывода заряда стоком транзистора первого инвертора L1 второго инвертора L2 в цепочке до трека частицы.

Моделирование осуществлялось на транзисторах по проектной норме КМОП 65 нм с шириной канала NМОП и PМОП транзисторов WN = 120 нм и WP = 150 нм в системе автоматического проектирования CADENCE по моделям библиотеки tsmcN65 при температуре t= +27 ˚C. Воздействие моделировалось двумя импульсами тока двухэкспоненциальной формы [3]; на выход первого инвертора (с амплитудой IФ. М1 = 650 мкА и постоянными времени: нарастания τН1 = 2.5пс, спада - τСП1 = 5пс) и на выход второго инвертора (с разными амплитудами и с постоянными τН2 = 5 пс и τCП2 = 50; 100; 300; 1000 пс). Соотношение амплитуд и постоянные времени нарастания τН2 и спада τCП2 импульса тока, подаваемого на выход второго инвертора, моделируют эффект разделения заряда между первым и вторым инверторами, дающими эффект компенсации помехи. На рис. 1 приведены зависимости отношения амплитуд импульса помехи на выходе второго инвертора UПОМ. М.2 к амплитуде импульса помехи на выходе первого инвертора UПОМ. М1 в зависимости от отношения интегральных зарядов, переносимых с трека частицы на выходные узлы первого и второго инверторов QИ2/QИ1.

Рис.1

Отношение интегральных (собранных) зарядов является независимой переменной функции UПОМ. М2/UПОМ. М1 = f(QИ2/QИ1). Параметром каждой из зависимостей является отношение расстояний L2/L1 между узлом воздействия тока и треком частицы для областей стоков транзисторов первого и второго инверторов. Оценка расстояний осуществлялось исходя из предположения, что постоянная времени спада импульсов тока τCП определяется диффузионной постоянной τДИФ = 4L2/π2DДИФ, где DДИФ - коэффициент диффузии: L2/L1 = √(τДИФ2/τДИФ1).

Список литературы

1.  Nicolaidis М. Soft errors in modern electronic systems. New York: Springer, 2011.

2.  Ahlbin J. R., Massengill L. W., Bhuva B. L., Narasimham B., Gadlage M. J., Eaton P. H. Single-event transient pulse quenching in advanced CMOS logic circuits // IEEE Transactions on Nuclear Science. - 2009. - V. 56. - № 6. - P. 3050–3056.

3.  , Стенин КМОП логические элементы с повышенной сбоеустойчивостью к воздействию отдельных ядерных частиц // Микроэлектроника. – 2011. Т.40. №3. С.170-183.