[发明专利]一种基于粒子入射随机性的单粒子故障注入方法

说明书

本发明提出了一种基于粒子入射随机性的单粒子故障注入方法，解决了传统电路级单粒子效应仿真中故障注入模型无法模拟粒子入射的随机性导致仿真精度差的问题。该方法通过最劣情况下单粒子瞬态效应的实际脉冲电流特性曲线修正器件单粒子瞬态电流源模型，并基于中心极限定理实现具有高斯分布单粒子脉冲故障注入模型，还根据被测电路的版图信息以及器件单粒子效应敏感区域信息计算有效入射概率，进而得出符合实际的有效入射粒子数量，从而模拟粒子入射的随机性，提高了仿真精度。

技术领域

本发明属于空间辐射效应领域，涉及一种基于粒子入射随机性的故障注入方法。

背景技术

随着航空航天事业的进一步发展，无论是国防现代化还是国民经济建设都迫切需要同时具有高可靠性和高性能的电子元器件。单粒子效应(SEE)是指宇宙中单个高能粒子射入半导体器件灵敏区使器件逻辑状态发生翻转的一种现象。它将导致系统功能紊乱，严重时会发生灾难性事故。随着工艺技术的提高、晶体管尺寸的减小，单粒子效应成为影响与单粒子效应相关的可靠性问题的重要因素，也成为总的软错误率的主导因素之一。

针对空间环境中使用的半导体器件和电路，必须经过抗辐射加固才能保证正常工作。国内能进行单粒子效应的实验场所非常有限，且成本高昂。单粒子瞬态效应的仿真分析相对于实验十分低廉，同时单粒子瞬态效应仿真的速度较快。在单粒子实验中，粒子注入的具体位置是无法确定，无法定位是那些粒子导致了电路出现错误。相比之下，仿真分析能够准确定位是哪些注入的故障导致电路出现错误。此外，仿真分析可以针对某一个节点或者说某一个信号进行故障注入，从而分析这个信号的单粒子瞬态的敏感性。但在传统的单粒子仿真中，粒子注入位置、入射角度等因素均为定值，使得传统的单粒子故障注入模型难以模拟实际单粒子对电路造成的影响，最终导致电路级单粒子效应仿真具有一定的局限性。

发明内容

本发明的目的是解决传统电路级单粒子效应仿真中故障注入模型无法模拟粒子入射的随机性导致仿真精度差的问题，提出了一种基于粒子入射随机性的单粒子故障注入方法。

本发明的方案如下：

步骤一：采用双指数模型作为基础模型对被测电路单粒子效应进行建模，记为单粒子瞬态效应双指数模型；设定最劣情况的粒子入射角度和入射位置，进行单粒子瞬态效应实验，根据实验数据得出器件单粒子瞬态效应的实际脉冲电流特性曲线，修正单粒子瞬态效应双指数模型中的各个参数，获得该最劣情况下的器件单粒子瞬态电流源模型；

步骤二：根据步骤一中所述实验数据，获得单粒子实际LET分布，通过计算获得LET高斯分布的参数，最终得到基于实验统计结果的LET分布函数；

步骤三：将步骤二得到的LET分布函数代入步骤一建立的器件单粒子瞬态电流源模型，获得基于粒子入射随机性的单粒子故障模型，并采用VerilogA语言实现该故障模型；

步骤四：根据被测电路的电路网表获得电路节点列表，并根据入射粒子数量随机选择故障模型注入节点进行故障注入。

其中，步骤一中所述单粒子瞬态效应双指数模型，公式为：

I_SET＝I₀(e^-αt-e^-βt) (1)

式中：I₀是单粒子瞬态电流的幅值，1/α为电荷收集的时间常数，1/β为建立粒子轨迹的时间常数，e为自然常数；

式中：LET为线性能量转移值，q为电子的电量，μ_n为电子迁移率，N_A为衬底掺杂浓度，Xp为空间电荷区在衬底一侧的宽度，ε为介电系数。

进一步可基于TCAD软件，获得最劣情况下单粒子瞬态效应的实际脉冲电流特性曲线，通过曲线数值拟合获得参数α和β，完成单粒子瞬态效应双指数模型的修正。