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深亚微米SRAM存储单元稳定性研究

作　者: 赵乐
导　师: 王子欧
学　校: 苏州大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: SRAM单元稳定性 N型曲线法 α粒子软错误
分类号: TP333
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 24次
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内容摘要

在深亚微米工艺条件下,芯片内部可变性日益增加,电源电压VDD日渐降低,使得SRAM存储单元稳定性受到一定影响,所以我们需要一种简单高效的稳定性判断方法来提高设计时间。并且随着器件尺寸等比例缩小,芯片集成度升高,封装密度上升,这一系列的变化都会导致一些意想不到的问题,使得半导体存储器件的可靠性变差。例如,阿尔法粒子注入引发的软错误(Soft Error)问题正日益受到关注。本文首先介绍了传统的SRAM单元稳定性判断方法:静态噪声容限(SNM)。随后引入一种新型N型曲线法对单元的读写操作进行分析,发现该方法比SNM有着明显的优越性。它不但能提供存储单元的电压信息,还能提供电流信息,综合两者能做出更准确的稳定性判断。此外,N型曲线法比SNM实现起来也容易很多,只要通过电路仿真即可实现,不需要另外的数学运算求静态噪声容限的值。运用N型曲线法对6T存储单元电路进行仿真,研究电源电压VDD、单元比率r、上拉比率q对存储单元读写操作的稳定性影响,得出以下结论:VDD的增大使得读操作稳定性增强而写能力却降低;单元比率r升高有利于改善读稳定性;降低上拉比率q有利于提高单元写能力。然后,针对目前SRAM存储单元面临的α粒子注入引起的软错误问题,用一个简化的反相器模型,模拟其在α粒子注入时的输出变化。将该输出用作SRAM存储单元电路仿真的输入信号,从而研究α粒子注入对存储单元双稳电路的稳定性影响。其中,α粒子的注入通过一个单指数电流源来模拟。得出结论:PMOS等效电阻越大或者存储节点电容越小,α粒子的注入越容易导致存储单元软错误的发生,以及关键电荷(Critical Charge)的值越小,发生软错误的可能性越大。最后,利用N型曲线法,比较分析了有无α粒子注入时的单元稳定性,发现当α粒子注入时单元的读稳定性下降,而写能力却得到增强。

全文目录

中文摘要  4-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-16
  1.1 静态随机存储器（SRAM）及其稳定性概述  10-13
  1.2 研究背景及意义  13-14
  1.3 论文主要工作  14-15
  1.4 章节安排  15-16
第二章静态随机存储器稳定性分析基础  16-29
  2.1 静态噪声容限（SNM）  16-22
    2.1.1 SNM 的推导分析  18-20
    2.1.2 SNM 仿真方法  20-22
  2.2 N 型曲线法分析SRAM 单元稳定性  22-27
    2.2.1 SRAM 存储单元读能力分析  23-25
    2.2.2 SRAM 存储单元写能力分析  25-26
    2.2.3 N 型曲线法相关单元参量  26-27
  2.3 阿尔法粒子注入下SRAM 的可靠性分析  27-28
  2.4 小结  28-29
第三章阿尔法粒子注入下SRAM 可靠性模型  29-35
  3.1 关键电荷(CRITICAL CHARGE)分析  29-30
  3.2 可靠性模型  30-33
    3.2.1 反相器模型  31
    3.2.2 存储单元模型  31-32
    3.2.3 电流源模型  32-33
  3.3 小结  33-35
第四章仿真结果及分析  35-47
  4.1 N 型曲线法判断SRAM 单元稳定性  35-41
  4.2 阿尔法粒子注入下SRAM 单元稳定性  41-44
  4.3 N 型曲线法分析α粒子注入时的单元稳定性  44-45
  4.4 小结  45-47
第五章总结与展望  47-49
  5.1 总结  47-48
  5.2 展望  48-49
参考文献  49-53
攻读硕士学位期间发表的论文  53-54
致谢  54-55

深亚微米SRAM存储单元稳定性研究

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