ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СРЕДСТВ МОДЕЛИРОВАНИЯ СЛУЧАЙНЫХ СБОЕВ В СОВРЕМЕННЫХ КОМБИНАЦИОННЫХ КМОП ИМС

  • Д. В. Тельпухов Институт проблем проектирования в микроэлектронике РАН (ИППМ РАН)
  • А.И. Деменева Институт проблем проектирования в микроэлектронике РАН (ИППМ РАН)
  • В.В. Надоленко Институт проблем проектирования в микроэлектронике РАН (ИППМ РАН)
Ключевые слова: Моделирование, комбинационные ячейки, радиационная стойкость, тяжелые заряженные частицы, случайный сбой, одиночные сбои, критический заряд

Аннотация

Схемы становятся более восприимчивыми к воздействию тяжелых заряженных
частиц из-за изменения технологий проектирования: уменьшения проектных норм, напря-
жений питания, увеличения степени интеграции и тактовых частот. Актуальным явля-
ется широкое использование микросхем в космической, военной промышленности, научно-
исследовательских установках и медицинском оборудовании в условиях воздействия радиа-
ции, где сбои недопустимы. Но также следует учитывать, что случайные сбои возможны
и на земле в результате воздействия нейтронов и альфа – частиц, что делает применение
средств защиты для наземных схем так же необходимым. На сегодняшний день разраба-
тываются методы обеспечения сбоеустойчивости на схемотехническом уровне. Для оцен-
ки методов повышения надежности необходимы быстрые и точные методы автоматизи-
рованного моделирования случайных сбоев. Но средств автоматизированного моделирова-
ния эффектов воздействия высокоэнергетичных частиц в составе коммерческих САПР
нет. Так как для КМОП технологий 45нм и ниже большая часть наблюдаемых случайных
сбоев будет происходить в комбинационных схемах, в работе предложен способ реализа-
ции автоматизированного метода моделирования случайных сбоев переключения, проведе-
но сравнение разработанного метода с существующими аналогами, показано применение
метода на большом наборе комбинационных ячеек.

Литература

1. Nicolaidis M. Soft Errors in Modern Electronic Systems. – N.Y.: Springer, 2011. –318 p.
2. Зольников К.В. Модель радиационных эффектов воздействия тяжелых заряженных час-
тиц в КМОП – элементах микросхем // Программные продукты и системы. – 2011.
– № 3. – С. 17-21.
3. Selahattin S. Soft Error Mechanisms, Modeling and Mitigation. – N.Y.: Springer, 2016. – 105 p.
4. Данилов И.А., Василегин Б.В., Осипенко П.Н. Метод автоматизированного схемотехни-
ческого моделирования эффектов воздействия тяжелых заряженных частиц на совре-
менные КМОП ИМС // Вопросы атомной науки и техники. Серия: физика радиационно-
го воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. – 2011. – № 4. – С. 13-16.
5. Ding G., Chen S. Full-TCAD Device Simulation of CMOS Circuits with a Novel Half-Implicit
Solver // 2012 International Conference on Simulation of Semiconductor Processes and Devices
(SISPAD), Denver, USA, 2012. – P. 272-275.
6. Hubert G., Artola L. Single-Event Transient Modeling in a 65-nmBulk CMOS Technology
Based on Multi-Physical Approach and Electrical Simulations // IEEE Transactions on Nuclear
Science. – 2013. – Vol.60, No. 6. – P. 4421-4429.
7. Hubert G. [and others]. Operational SER Calculations on the SAC-C Orbit Using the Multy-
Scales Single Event Phenomena Predictive Platform (MUSCA SEP3) // IEEE Transactions on
Nuclear Science. – 2009. – Vol. 56, No. 6. – P. 3032-3042.
8. Andjelkovic M., Ilic A., Stamenkovic Z., Kraemer R. An Overview of the Modeling and Simulation
of the Single Event Transients at the Circuit Level // International conference on microelectronics
(MIEL 2017), Serbia. 2017. – P. 35-44.
9. Смолин А.А. и др. Схемотехническое моделирование одиночных эффектов при воздей-
ствии тяжелых заряженных частиц в КМОП СБИС с суб-100-нм проектными нормами /
// Известия вузов. Электроника. – 2017. – № 5. – С. 447-459.
10. Messenger G.C. Collection of charge on junction nodes from ion tracks // IEEE Transactions
on nuclear science. – 1982. – No. 6. – P. 2024-2031.
11. Amusan O.A. [and others]. Single Event Upsets in Deep – Submicrometer Technologies Due
to Charge Sharing // IEEE Transactions on device and materials reliability. – 2008. – No. 3.
– P. 582-589.
12. Zhou Q., Mohanram K. Gate Sizing to Radiation Harden Combinational Logic // IEEE Transactions
on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems. – 2006. – Vol. 25,
No. 1. – P. 155-166.
13. Kauppila J.S. [and others]. A Bias – Dependent Single – Event Compact Model Implemented
Into BSIM4 and a 90nm CMOS Process Design Kit // IEEE Transactions on nuclear science.
– 2009, No. 6. – P. 3152-3157.
14. Black D.A. [and others]. Modeling of Single Event Transients With Dual Double – Exponential
Current Sources: Implication for Logic Cell Characterization // IEEE Transactions on nuclear
science. – 2015. – No. 4. – P. 1540-1549.
15. Петросянц К.О., Харитонов И.А., Орехов Е.В., Самбурский Л.М. Определение парамет-
ров электрической подсхемы, подключаемой к SPICE модели МОП транзистора для
учета влияния ОЯЧ // 13-я Российская научно-техническая конференция «Электроника,
микро- и наноэлектроника»: Сб. научны трудов. – М: МИФИ, 2011. – С.8-15.
16. Тельпухов Д.В., Деменева А.И. Разработка программных средств моделирования эффек-
тов воздействия тяжелых заряженных частиц на современные КМОП ИМС // Матер. на-
учно – практической конференции «Актуальные проблемы информатизации в науке и
образовании - 2018». – 2018. – С. 88-93.
17. Balbekov A., Gorbunov M. Estimation Technique for SET-tolerance of Combinational ICs //
International Conference on Micro-and Nano-Electronics. – 2014. – DOI:
10.13140/2.1.3590.8804. – URL: https://www.researchgate.net/publication/267925908_ Estimation_
Technique_for_SET-tolerance_of_Combinational_ICs (дата обращения 04.08.2019).
18. Danilov I.A., Gorbunov M.S., Antonov A.A. SET Tolerance of 65 nm CMOS Majority Voters: A
Comparative Study // IEEE Transactions on nuclear science. – 2014. – No. 4. – P. 1597-1602.
19. Andjelkovic M., Jagdhold U., Krstic M., Kraemer R. 2D TCAD Simulations of Single Event
Transients in 250nm Bulk CMOS Technology // Reliability by Design; 9.ITG/GMM/GISymposium,
Cottbus, Germany, 2017. – P. 90-96.
20. Andjelkovic M., Krstic M., Kraemer R. Comparison of the SET sensitivity of standard logic
gates designed in 130nm CMOS technology // 2017 IEEE 30th International conference on
microelectronics (MIEL). – 2017. – P. 217-220.
Опубликован
2019-11-13
Выпуск
Раздел
Раздел III. Автоматизация проектирования