負偏壓溫度不穩(wěn)定性影響下存儲器抗多位翻轉(zhuǎn)可靠性評估模型的設計方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及抗福射加固電路領域，具體涉及一種存儲器在多位翻轉(zhuǎn)效應下可靠性 評估模型的設計方法。
【背景技術】
[0002] 單粒子翻轉(zhuǎn)效應造成的軟錯誤是航空航天應用集成電路可靠性設計面臨的嚴 峻挑戰(zhàn)之一。當空間福射粒子轟擊其存儲器敏感節(jié)點時，會產(chǎn)生額外的電子空穴對，若 電荷積累到一定程度超過一個臨界值，即臨界電荷，將會翻轉(zhuǎn)存儲單元邏輯值，發(fā)生軟 錯誤，繼而致使電子系統(tǒng)故障，航天器功能失效等。單粒子翻轉(zhuǎn)包括單位翻轉(zhuǎn)（single bit upset, SBU)和多位翻轉(zhuǎn)（multiple bit upsets, MBUs),采用錯誤糾正碼（error correction code, ECC)是保護存儲器抗單粒子翻轉(zhuǎn)的有效手段。隨著集成電路特征尺寸發(fā) 展到深亞微米領域，相鄰單元之間的距離隨著存儲單元密度的增加而不斷減小，單位翻轉(zhuǎn) 概率的增長趨于飽和，多位翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象日益嚴重，已經(jīng)成為不可忽視的問題。在存儲器可靠性 設計時，需要采取糾正能力強的碼來容錯。
[0003] 除了通過昂貴的福射試驗分析芯片抗軟錯誤能力的方法外，目前廣泛使用的一種 方法是將存儲器受福射影響的特性抽象成數(shù)學模型的方式來評估存儲器發(fā)生多位翻轉(zhuǎn)時 的可靠性。該種方法通常W平均無故障時間（mean time to化ilure,MT町')為可靠性指標 進行建模，可W在存儲器設計初期對存儲器可靠性進行快速、有效地評估，并且每次分析過 程中幾乎不需要任何費用。目前較成熟的分析存儲器抗多位翻轉(zhuǎn)的可靠性模型是通過修改 存儲器容量或事件到達率，將多位翻轉(zhuǎn)事件進行簡化，等效成單位翻轉(zhuǎn)事件，未使用擦除技 術和使用擦除技術下存儲器抗多位翻轉(zhuǎn)可靠性評估模型分別為公式一和公式二：
【主權項】
1.負偏壓溫度不穩(wěn)定性影響下存儲器抗多位翻轉(zhuǎn)可靠性評估模型的設計方法， 其特征在于：包括以下步驟： 步驟一、分析NBTI效應對臨界電荷的影響，得到NBTI效應與臨界電荷的對應值以及對 應關系； 步驟二、搭建輻射環(huán)境模擬平臺，建立不同臨界電荷對應的存儲單元等效敏感體，針對 不同尺寸敏感體，使不同能量的不同粒子以不同角度入射存儲陣列，每種情況分別重復進 行仿真，統(tǒng)計SBU事件次數(shù)EventSBU和MBUs事件次數(shù)Eventmu，根據(jù)公式（1)，得到不同臨界 電荷的存儲器發(fā)生MBUs事件的概率p_;
步驟三、根據(jù)NBTI效應與臨界電荷的對應值、對應關系和不同臨界電荷的存儲器發(fā)生MBUs事件的概率，得到不同NBTI應力時間所分別對應的MBUs事件概率，繪制MBUs事件概 率與NBTI應力時間的關系曲線；根據(jù)MBUs事件概率與NBTI應力時間的關系曲線，建立考 慮NBTI效應的多位翻轉(zhuǎn)事件概率模型，如公式（2)
其中，Pi是發(fā)生1位翻轉(zhuǎn)的概率；PNBTU為考慮NBTI效應時發(fā)生1位翻轉(zhuǎn)的概率；t是NBTI應力時間；0是粒子的入射角度；ApBpQ、A2、B2、C2是與粒子種類、能量和存儲器的 制造工藝有關的常數(shù)，是通過擬合MBUs事件概率與NBTI應力時間的關系曲線得到的；e是 數(shù)學常數(shù)； 步驟四、令第一次輻射事件造成存儲器一個字上發(fā)生i位翻轉(zhuǎn)的概率為Pi，第二次輻射 事件造成一個字上發(fā)生j位翻轉(zhuǎn)的概率為IV根據(jù)公式（2)，得到存儲器失效概率Pf，如公 式⑶：
其中，PNm_#PNBTU分別是考慮NBTI效應時一次輻射事件造成一個字上發(fā)生i位翻 轉(zhuǎn)和j位翻轉(zhuǎn)的概率；L是ECC糾正能力；N是存儲器位數(shù)； 對于字數(shù)為M的存儲器，多位翻轉(zhuǎn)效應影響下，經(jīng)過h個輻射事件后存儲器失效概率 Pf{h)\mu%：
單位翻轉(zhuǎn)效應影響下，經(jīng)過h個輻射事件后存儲器失效概率6 (/〇 |〗：L為：
通過改變存儲器字數(shù)M或事件到達率A，把存儲器的多位翻轉(zhuǎn)事件近似地等效為單位 翻轉(zhuǎn)事件，如公式（6)
把公式（4)和公式（5)帶入公式（6)，可得公式（7)
步驟五、根據(jù)未使用擦除技術下存儲器抗多位翻轉(zhuǎn)可靠性評估模型（9)和公式（8)得 到未使用擦除技術的考慮NBTI效應的存儲器抗多位翻轉(zhuǎn)MTTF模型（10)或者（11)
MrTF皿7 為未使用擦除技術的考慮NBTI效應的存儲器抗多位翻轉(zhuǎn)MTTF模型； MTTTV皿為未使用擦除技術的考慮NBTI效應的存儲器抗單位翻轉(zhuǎn)MTTF模型； 根據(jù)使用擦除技術下存儲器抗多位翻轉(zhuǎn)可靠性評估模型（13)和（8)或（12)得到使用 擦除技術的考慮NBTI效應的存儲器抗多位翻轉(zhuǎn)MTTF模型（14)
MTTFawt為使用擦除技術的考慮NBTI效應的存儲器抗多位翻轉(zhuǎn)MTTF模型； Mr7F?m 為使用擦除技術的考慮NBTI效應的存儲器抗單位翻轉(zhuǎn)MTTF模型。
2. 根據(jù)權利要求1所述的負偏壓溫度不穩(wěn)定性影響下存儲器抗多位翻轉(zhuǎn)可靠性評估 模型的設計方法，其特征在于公式（10) (11)和公式（14)有效的邊界條件分別為：
其中，3是兩次輻射事仵產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)位數(shù)多十L的概率集合；|3___^是未使用擦除技 術下的@，@SCOTbbing是使用擦除技術下的3。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的負偏壓溫度不穩(wěn)定性影響下存儲器抗多位翻轉(zhuǎn)可靠性評 估模型的設計方法，其特征在于所述的存儲器為65nm以下CMOS工藝制造的存儲器。
4. 根據(jù)權利要求3所述的負偏壓溫度不穩(wěn)定性影響下存儲器抗多位翻轉(zhuǎn)可靠性評估 模型的設計方法，其特征在于步驟二中搭建輻射環(huán)境模擬平臺是通過Geant4軟件實現(xiàn)的。
【專利摘要】負偏壓溫度不穩(wěn)定性影響下存儲器抗多位翻轉(zhuǎn)可靠性評估模型的設計方法，涉及抗輻射加固電路領域，具體涉及一種存儲器在多位翻轉(zhuǎn)效應下可靠性評估模型的設計方法。為了解決現(xiàn)有的存儲器抗多位翻轉(zhuǎn)可靠性評估模型設計方法設計出的模型評估準確率低的問題。本發(fā)明分析NBTI效應對臨界電荷的影響，得到NBTI效應與臨界電荷的對應值以及對應關系；統(tǒng)計EventSBU和EventMBU，得到不同臨界電荷的存儲器發(fā)生MBUs事件的概率；根據(jù)MBUs事件概率與NBTI應力時間的關系曲線，建立考慮NBTI效應的多位翻轉(zhuǎn)事件概率模型；最終得到未使用擦除技術的考慮NBTI效應的存儲器抗多位翻轉(zhuǎn)MTTF模型和使用擦除技術的考慮NBTI效應的存儲器抗多位翻轉(zhuǎn)MTTF模型。本發(fā)明適用于抗輻射加固電路領域。
【IPC分類】G11C29-42
【公開號】CN104616699
【申請?zhí)枴緾N201510100847
【發(fā)明人】肖立伊, 柳姍姍, 曹雪兵, 王天琦, 葉蓉
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年3月7日