Моделирование эффекта воздействия одиночной ядерной частицы на дифференциальный усилитель считывания

В. Н. СТРЕЛЬЦОВ

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

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭФФЕКТА ВОЗДЕЙСТВИЯ ОДИНОЧНОЙ ЯДЕРНОЙ ЧАСТИЦЫ НА ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ СЧИТЫВАНИЯ

Приведены результаты исследования влияния ёмкости нагрузки и параметров импульса фототока на амплитуду помехи, возникающей на выходе дифференциального усилителя считывания в режиме чтения.

Воздействие одиночной ядерной частицы на обратно-смещенный pn переход КМОП элемента приводит к возникновению импульса фототока в КМОП ячейках памяти и элементах считывания [1]. В данной работе проведено имитационное моделирование эффекта воздействия частицы на КМОП дифференциальный усилитель считывания с нагрузкой в виде отражателя тока [2]. Параметры КМОП транзисторов: длина канала 60 нм, ширина каналов PМОП и NМОП транзисторов WP = WN = 200 нм, модели tt библиотеки TSMC 65 нм. Моделирование проводилось для идеального случая, когда уровень логической «1» равен UИ. П = 1 В, а уровень логического «0» равен 0 В. Постоянная времени нарастания импульса фототока τН для всех воздействий составляла τН = 2.5 пс, постоянная времени спада τСП изменялась от 5 пс до 30 пс.

На рис. 1 приведены зависимости максимальных значений помехи на выходе усилителя UПОМ. М от амплитуды импульса фототока IФ. М в режиме чтения «1» для разных значений постоянной времени τСП при CН = 0.

На рис. 2 даны зависимости для случая дополнительных ёмкостей нагрузки CН при τСП = 10 пс. Соответствующие графики максимальных значений импульса помехи на выходе UПОМ. М в зависимости от амплитуды импульса тока IФ. М для режима чтения «0» представлены на рис. 3 и рис. 4. При увеличении емкости нагрузки с CН = 1 фФ до 6 фФ длительность импульса напряжения помехи увеличивается с 100 пс до 200 пс.

Из анализа результатов моделирования следует, что возрастание ёмкости нагрузки усилителя считывания сопровождается снижением его чувствительности к величине амплитуды импульса фототока, а увеличение накопленного заряда (характеризуемое возрастанием постоянной времени спада τСП импульса фототока при условии сохранения значений τН и IФ. М) вызывает рост амплитуды импульса помехи UПОМ. М, что приводит к сбою считывания данных усилителем при меньших амплитудах импульсов тока по уровню ложного считывания при │UПОМ. М│ ≥ 0.5UИ. П = 0.5 В.

Рис. 1 Рис. 2

Рис. 3 Рис. 4

Список литературы

1. , Степанов локального воздействия ядерных частиц на 65 нм КМОП ячейки памяти DICE // Микроэлектроника. 2012. Т.41. №4. С. 253−261.

2. Ракитин схемы на KМОП-транзисторах. Учебное пособие. – М. 2007. – С. 64, 65.