[发明专利]一种基于双-双指数电流源的单粒子故障注入仿真方法

说明书

本发明涉及一种基于双‑双指数电流源的单粒子故障注入仿真方法，包括1)单管辐射模型建立与参数提取；2)对CMOS工艺反相器电路执行器件与电路混合仿真，选取的入射离子LET值，获取单粒子瞬态脉冲电流；3)在目标电路故障注入节点插入如下形式的双‑双指数电流源的步骤，考虑电路实际的负载情况，通过增加一个双指数电流源来增加仿真精度，在保证注入脉冲波形正确的前提下提高注入电荷总量的准确度，解决了传统故障注入方法在瞬态电流注入时参数提取复杂、高估注入电荷总量、非常耗时的技术问题。

技术领域

本发明属于CMOS集成电路的单粒子效应模拟与仿真领域，涉及一种基于双-双指数电流源的单粒子故障注入仿真方法。

背景技术

半导体器件长期工作于空间辐射环境中，单个高能粒子撞击器件的灵敏区产生大量电离的电子-空穴对，瞬时的载流子收集将导致器件节点电压产生异常，进而导致电路暂时性或永久性的功能失效，这种辐射电离损伤称为单粒子效应。

对于单粒子效应的仿真而言，器件级仿真可以精确模拟单粒子损伤的基本物理过程，准确量化电荷收集及节点电压的瞬态响应，但受到计算能力的限制只能针对单个晶体管结构或很小的电路开展工作，且非常耗时。电路级仿真主要采用故障注入的方法，可以在大规模集成电路中开展仿真，并分析单粒子效应的传播规律，分辨电路中的敏感模块。单粒子效应电路仿真故障注入的主体思想是将辐射效应引入晶体管级的SPICE模型，但需要实现准确、快速的故障注入。一般采用双指数电流源方法实现单粒子效应故障注入，目前已经有相关机构进行过研究，参见申请号为201510386358.7名称为“一种基于替代模型的单粒子瞬态效应注入方法”的中国专利。当电路特征尺寸逐渐减小时，电荷收集过程与电路节点响应的耦合不可忽略，单粒子瞬态脉冲形状与传统的双指数具有明显的区别。有研究证明，采用双指数电流源表征会增加单粒子故障注入电荷总量，而一般在进行加固效果评估时经常采用临界电荷的办法，因此会高估电路的实际加固效果。

对于这一耦合过程，需要在电流源的构建中加以改进，参见专利申请号201610073979.4，名称为“一种单粒子瞬态脉冲电流源的建模方法”。该方法通过试验数据对单粒子瞬态脉冲电流源模型参数进行校准，但存在试验数据获取困难、高估注入电荷总量等问题。

对于单粒子效应的仿真也可以采用器件与电路混合仿真，但非常耗时。

发明内容

为了准确估计单粒子故障注入电荷总量，解决传统故障注入方法在瞬态电流注入时参数提取复杂、高估注入电荷总量、非常耗时的技术问题，基于对传统双指数电流源注入方法的改进，本发明提供一种针对数字集成电路的基于双-双指数电流源的单粒子故障注入仿真方法，用于更加合理准确的研究电路的单粒子效应并且预测其抗辐照能力。

本发明的技术解决方案是：

本发明的基于双-双指数电流源的单粒子故障注入仿真方法，其特殊之处在于，包括如下步骤：

1)单管辐射模型建立与参数提取

1.1)选定待研究的场效应晶体管特征工艺尺寸，建立MOS晶体管常态模型；

1.2)参照生产厂家给出的待研究晶体管的PDK，根据PDK中给出的实测数据和SPICE模型中给出的参数，提取待研究的晶体管工艺掺杂信息，通过调整沟道及源漏区掺杂信息，校准晶体管常态模型的常态电学特性参数；

1.3)使校准后的晶体管常态模型处于固定的最劣偏置状态下，设定入射重离子参数，执行瞬态器件仿真，记录产生的瞬态电流脉冲I_transistor(t)，按照双指数电流源方法执行拟合，并提取参数I_peak、τ₁、τ₂、(t_f-t_r)，记录参数τ₁、τ₂、(t_f-t_r)；