[发明专利]冗余SOI电路单元

说明书

技术领域

本发明属于微电子集成电路设计领域，如航空电子的中的抗辐照加固技术，特别涉及航空专用集成电路基本电路单元的设计。

背景技术

太空中的高能离子包括重粒子、质子、α粒子、中子等，它们能导致半导体器件发生单粒子效应，严重影响到航天器的可靠性和寿命。单粒子效应是指辐射中的高能带电离子在穿过电子器件敏感区时，能量沉积，产生大量的电子-空穴对，并在漂移过程中分别被N区和P区所收集，从而产生瞬时脉冲，使器件敏感节点的逻辑状态受到影响的现象。其中，造成器件节点产生电平错误翻转的单粒子效应(single event effect，SEE)称为软错误。

单粒子效应是诱发航天设备发生异常的主要辐射效应之一，随着电子设备集成度的不断提高和特征尺寸的不断缩小，供给电压越来越低，临界电荷越来越小，导致单粒子效应也越来越容易发生。如何解决航空电子器件中的单粒子翻转问题，成为现在航空电子器件设计中一个关键问题。

按照瞬时脉冲的产生位置以及影响，单粒子效应可分为很多种，在集成电路中发生频率最高的是单粒子瞬时脉冲效应(single event transient，SET)和单粒子翻转效应(single event upset，SEU)。瞬时脉冲在组合逻辑路径上产生并被传播，称为SET，SET导致的错误逻辑状态被锁存器存储，发生电平翻转，称为SEU，直接发生在存储器件内部的错误逻辑状态翻转也称为SEU。

互补MOS(CMOS)采用两种类型的金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor-filed-effect transistor，MOSFET)来构建电路。一种称为N沟道MOSFET，它以带负电荷的电子作为载流子，另一种晶体管称为P沟道MOSFET，它以正电荷为载流子。CMOS逻辑电路基于用晶体管的互补对作为开关。一个互补对由一个NMOS管和一个PMOS管组成，它们的栅极连在一起。CMOS由NMOS逻辑网络和与之对应的PMOS逻辑网络组成。图1(a)是一个CMOS的反相器，其中11为PMOS管，12为NMOS管。当A＝0，Y＝1时，反偏PN结在高能离子的辐照下，产生衬底电流从而产生SET，其等效电路如图1(b)所示，其中120为等效的PN结。当高能离子入射到一个反偏的PN结耗尽区及其以下体硅区域时，沿着粒子入射途径，硅被电离，产生电子-空穴对的等离子体，它的浓度比衬底掺杂浓度要高几个数量级，该等离子体被周围的耗尽区中和，造成耗尽区电场的等势面变形，该变形区会产生很强的电场，使沿着入射途径产生的电子-空穴对发生分离，在体硅器件中，空穴被移向衬底，形成衬底电流，电子则在电场作用下被正电极收集。随着等离子体浓度的降低，PN结耗尽区又开始形成。当被正电极收集的电子数量增加到一定程度时，可能会使器件所在的电路节点发生逻辑翻转，从而导致SET，或者是SEU。