一种针对不同倾角入射的单粒子瞬态电流源建模方法技术

本发明专利技术提供一种针对不同倾角入射的单粒子瞬态电流源建模方法，解决传统电流源建模方法在推广到倾角入射情形时参数提取复杂、注入电荷总量估计不准确的问题。该方法综合考虑了入射位置、入射角度和有源区形状大小，能够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。其包括：步骤一、获取待研究器件的版图；步骤二、确定离子在材料中的线性能量传输值，设定需要评估的离子在版图上的入射位置和入射方位角；步骤三、提取版图中的敏感节点轮廓，记录其在版图上的坐标；步骤四、获取不同倾角入射情况下的单粒子瞬态电流；步骤五、调用计算得到的单粒子瞬态电流，执行电路级仿真计算得到敏感节点的电压波形，并分析辐射效应结果。

【技术实现步骤摘要】
一种针对不同倾角入射的单粒子瞬态电流源建模方法
本专利技术属于集成电路可靠性的单粒子效应模拟与仿真领域，具体涉及一种针对不同倾角入射的单粒子瞬态电流源建模方法。
技术介绍
单个高能粒子撞击半导体器件的灵敏区，会在材料中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。由单粒子效应引发的电路逻辑错误及功能失效对在轨航天器的可靠性造成了严重威胁。在重离子加速器地面模拟试验研究评估单粒子效应时，采用垂直入射的重离子辐照器件，获得其单粒子效应截面与重离子能量关系是一种常用的实验手段。但是，实际空间中的重离子是从各个不同方向入射至器件上，特别是在各向异性的器件中，沿不同倾角入射的粒子会在器件中产生具有较大差异的单粒子瞬态脉冲，进而影响实验获取的单粒子效应截面，因此针对不同倾角入射下的单粒子瞬态建模方法的研究很有价值。目前，针对不同倾角入射的单粒子瞬态建模主要采用等效线性能量传输值(LET)法，当倾斜角度为θ时，等效LET值可表示为：LETeff＝LET0/cos(θ)其中，LET0表示粒子在垂直入射情况下的线性能量传输值。因此，在倾斜角度为θ入射时，敏感节点收集的电荷总量增加了1/cos(θ)倍。但是，对于小尺寸器件该方法并不适用，大量实验结果表明该方法误差较大，不能准确估计倾角入射带来的影响。现有单粒子效应电路级仿真方法主要是在电路中添加电流源项来替代由高能粒子入射引发的敏感节点电荷收集。在处于固定偏置的理想p-n结条件下，G.C.Messenger导出了电流脉冲的双指数解析形式。中国专利201510386358.7公开了一种基于替代模型的单粒子瞬态效应注入方法，该方法将双指数电流源法在具体电路中加以实现。但是，随着电路特征尺寸下降至纳米以下，电路响应时间低至百皮秒量级，p-n结收集电荷的过程与周围电路的动态响应发生耦合，双指数的脉冲注入形式所带来的误差已逐渐不可接受。同时双指数脉冲的时间参数与入射角度的依赖关系无法直接导出，对该方法的应用推广带来了困难。中国专利201210551771.0公开了一种基于注入距离的电流源模型的建立方法，该方法建立了一种基于扩散机制的电流源模型，在解析表达式中引入了注入距离，表征了入射位置对单粒子瞬态的影响，但是该方法针对不同倾角入射情形时仍采用了等效LET值法，对注入电荷总量的估计误差较大。中国专利201911058784.2公开了一种单粒子效应电路仿真中考虑有源区形状尺寸的建模方法，该方法采用了两个双指数电流源，分别表征漂移收集和扩散收集过程，但是模型参数物理意义不明晰，依赖于TCAD仿真及试验数据的校准，不便于推广到倾角入射情况。
技术实现思路
为了准确获取不同倾角入射对单粒子瞬态的影响，解决传统电流源建模方法在推广到倾角入射情形时参数提取复杂、注入电荷总量估计不准确的问题，基于对三维扩散模型的改进，本专利技术提供一种针对不同倾角入射的单粒子瞬态电流源建模方法，该方法综合考虑了入射位置、入射角度和有源区形状大小，能够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。为解决上述问题，本专利技术采用了如下技术方案：一种针对不同倾角入射的单粒子瞬态电流源建模方法，包括如下步骤：步骤一、选定待研究的器件，获取其版图；步骤二、根据注入离子的种类和能量，获取离子在材料中的线性能量传输值LET(l)，同时获取需要评估的离子在版图上的入射位置(x0，y0，0)和入射方位角(cosx，cosy，cosz)；步骤三、提取版图中的敏感节点轮廓，记录其在版图上的坐标(xs，ys，0)与(xe，ye，0)；步骤四、根据步骤二和步骤三所获取的信息，获取注入单粒子瞬态电流；在时刻t扩散到敏感节点的载流子数目n(t)表示为重积分的形式：其中，dx表示沿x方向的离散步长，dy表示沿y方向的离散步长，dl代表沿入射径迹方向的离散步长；Qa为产生一个过剩载流子所需的平均能量；Dα为等效的载流子的扩散率；dij为从离子径迹的微元到敏感电学端口微元的距离；dz为收集电荷的等效深度；τ表示载流子的寿命；i、j、k为循环参数；M表示x方向的离散步长总量，N表示y方向的离散步长总量，G表示入射径迹方向的离散步长总量；根据载流子通过敏感节点电学端口的平均速度，单粒子瞬态电流I(t)可表示为：I(t)＝n(t)×q×V(3)其中，q为一个电子所带的电荷量；V为载流子迁移的平均速度；步骤五、在电路网表中添加表示单粒子效应的子电路模型，调用步骤四计算得到的单粒子瞬态电流，执行电路级仿真计算得到敏感节点的电压波形，并分析辐射效应结果。进一步地，步骤五中，采用Verilog-A语言编写单粒子效应的子电路模型。进一步地，步骤五中，执行电路级仿真计算得到敏感节点的电压波形具体采用的仿真工具为SPICE。进一步地，步骤三中，坐标提取所采用的软件工具为Calibre。进一步地，步骤四中，N沟道MOS晶体管，载流子为电子，Dα取值为3cm2/s，对于P沟道MOS晶体管，载流子为空穴，Dα取值18cm2/s。进一步地，步骤四中，Qa为3.6eV；dz为收集电荷的等效深度，值为0.15μm。与现有技术相比，本专利技术方法具有的有益效果如下：1.本专利技术提供了一种针对不同倾角入射的单粒子瞬态电流源建模方法，该方法基于物理原理计算得到了单粒子瞬态电流，获取的模型综合反映了有源区面积、射程、入射离子能量和入射位置等特征，并能够表征倾斜角度对单粒子瞬态电流的影响，通过该方法可在版图设计阶段计算器件的单粒子效应截面，缩短抗辐照器件的开发周期。2.本专利技术方法采用的工具均为EDA标准工具，编写的Verilog-A子电路模型可以方便的被SPICE所调用，实施简便，计算速度快，且能结合器件版图特征准确实现电流源的注入。附图说明图1为本专利技术针对不同倾角入射的单粒子瞬态电流源建模方法流程图；图2为本专利技术方法中单粒子瞬态电流计算原理示意图；图3为本专利技术方法中65nmSRAM版图结构及仿真设置示意图；图4为本专利技术方法中入射不同位置时存储节点电压检测波形示意图；图5为本专利技术方法中垂直入射情况下多位翻转分布热点示意图；图6为本专利技术方法中倾角入射情况下(60°)多位翻转分布热点示意图；图7为现有方法垂直及倾角入射情况下(60°)位翻转截面地面试验与仿真结果对比图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。本专利技术提供一种针对不同倾角入射的单粒子瞬态电流源建模方法，该方法综合考虑了入射位置、入射角度和有源区形状大小，能够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。如图1所示，本专利技术提供的针对不同倾角入射的单粒子瞬态电流源建模方法具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种针对不同倾角入射的单粒子瞬态电流源建模方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤一、选定待研究的器件，获取其版图；/n步骤二、根据注入离子的种类和能量，获取离子在材料中的线性能量传输值LET(l)，同时获取需要评估的离子在版图上的入射位置(x

【技术特征摘要】
1.一种针对不同倾角入射的单粒子瞬态电流源建模方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、选定待研究的器件，获取其版图；
步骤二、根据注入离子的种类和能量，获取离子在材料中的线性能量传输值LET(l)，同时获取需要评估的离子在版图上的入射位置(x0，y0，0)和入射方位角(cosx，cosy，cosz)；
步骤三、提取版图中的敏感节点轮廓，记录其在版图上的坐标(xs，ys，0)与(xe，ye，0)；
步骤四、根据步骤二和步骤三所获取的信息，获取注入单粒子瞬态电流；
在时刻t扩散到敏感节点的载流子数目n(t)表示为重积分的形式：






其中，dx表示沿x方向的离散步长，dy表示沿y方向的离散步长，dl代表沿入射径迹方向的离散步长；Qa为产生一个过剩载流子所需的平均能量；Dα为等效的载流子的扩散率；dij为从离子径迹的微元到敏感电学端口微元的距离；dz为收集电荷的等效深度；τ表示载流子的寿命；i、j、k为循环参数；M表示x方向的离散步长总量，N表示y方向的离散步长总量，G表示入射径迹方向的离散步长总量；
根据载流子通过敏感节点电学端口的平均速度，单粒子瞬态电流I(t)可表示为：
I(t)＝n(t)×q×V(3)
其中，q为一...

【专利技术属性】
技术研发人员：王坦，丁李利，罗尹虹，张凤祁，赵雯，潘霄宇，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61