65纳米DICE SRAM中径迹结构诱导的单粒子翻转离子能量依赖性

《IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering》：Track-Structure-Induced Ion-Energy Dependence of Single-Event Upsets in a 65-nm DICE SRAM

　　

摘要：

随着倒装芯片封装的广泛应用和集成电路结构复杂度的不断增加，高能重离子在地基单粒子效应（SEE）评估中变得越来越重要。本文通过实验和数值方法研究了商用65纳米双互锁存储单元（DICE）静态随机存取存储器（SRAM）中单粒子翻转（SEU）灵敏度的离子能量依赖性。在相近的线性能量转移（LET）条件下，使用2??Bi和1?1Ta离子测量了SEU截面。尽管LET值相近，2??Bi诱导的SEU截面始终显著大于1?1Ta，差异接近一个数量级。为解释实验观测结果，开发了一个改进的基于G4SEE的蒙特卡罗模型，并引入了双灵敏体积判据，以复现DICE SRAM的双节点翻转行为。仿真结果表明，更高能量的离子会产生更大比例的高能δ射线，导致更宽的水平电离分布和敏感节点对同时收集电荷的概率更高。采用不同物理配置的额外仿真表明，库仑散射和核反应对仿真SEU截面的贡献可忽略不计，这表明所观测到的离子能量依赖性主要由直接电离径迹结构的差异所决定。这些结果表明，仅凭LET不足以表征冗余加固SRAM中的SEU灵敏度，并突出了在SEE评估和抗辐射保证中明确考虑离子能量和径迹结构的重要性。

一、引言

随着技术的持续缩放和后摩尔时代的到来，辐射引起的软错误仍然是航天和地面电子系统面临的关键可靠性问题[1]。空间辐射环境对现代电子系统的可靠运行构成了重大挑战。先进CMOS技术表现出节点电容减小、供电电压裕度降低和电路复杂度增加等特点，这些因素共同显著增强了对单粒子效应（SEE）的敏感性。在各种SEE失效模式中，由于存储密度大以及扰动存储位所需临界电荷的持续降低，SRAM中的单粒子翻转（SEU）仍然是主要的失效模式[1]、[2]。