[发明专利]基于入射粒子的线性能量转移分布估算触发器软错误率的方法

说明书

本发明公开了基于入射粒子的线性能量转移分布估算触发器软错误率的方法，通过模拟中子入射产生次级离子的过程，得到其线性能量转移LET值的概率分布，并通过TCAD仿真得到触发器的关键线性能量转移值LETcrit，随后对LET分布求得其概率密度分布函数f_D(LET)，并进一步求得其累计概率密度分布函数f_C(LET)，最后通过f_C(LET)与触发器敏感面积的乘积得到触发器的软错误率SER_FF；本发明相较于制造出实际电路并实验得出软错误率结果，节约了时间和经济资源。

技术领域

本发明公开了基于入射粒子的线性能量转移分布估算触发器软错误率的方法，涉及空间环境工程技术领域。

背景技术

软错误可能是由封装和晶圆材料中的放射性杂质发射的α粒子或源自宇宙射线与地球大气的相互作用的地球中子引起的。当高能辐射粒子入射通过集成电路材料，延入射轨迹会产生自由移动载流子。其中，中子入射，会与集成电路材料发生相互作用，产生次级粒子。载流子被反向p-n结的耗尽区收集，产生瞬时电流流过器件，造成瞬态噪声脉冲。如果该瞬态脉冲通过后续电路传播并被存储元件捕获，则该单粒子瞬态（SET）会被锁存为单粒子翻转（SEU）。因为对硬件没有永久性损坏，这种由SET引起的SEU被称为“软”错误，而其发生率被称为软错误率（SER）。

测试是确定IC的SER的最直接方法。但是实时SER测试是在制造出实际电路的条件下执行的复杂且昂贵的技术，需要测试数百甚至数千个器件以获得统计上显著的结果。此外，典型的实时SER实验的持续时间从几个月到多年不等。这种方法的一种替代方案是加速实验，应用强烈的辐射源，其粒子通量通常大于标称条件下的通量。因此，加速SER实验可以在几天甚至几小时内完成，具体取决于源通量。然后将获得的数据外推至正常条件，并且依据每种辐射类型需要各种实验。该技术要求具有各种辐射源类型的辐射设施和加速器。

另一种方法是通过仿真估计电路的SER灵敏度。在深亚微米CMOS集成电路（IC）设计中，软错误率（SER）越来越受到集成电路设计者们的重视。这一方法能够允许设计者在仿真阶段评估电路设计的SER值，节约了流片时间和实验经费，显著降低了电路设计试错成本。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于入射粒子的线性能量转移分布估算触发器软错误率的方法。提出的方法快速粗略的估算触发器软错误率。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种基于入射粒子的线性能量转移分布估算触发器软错误率的方法，通过模拟中子入射产生次级离子的过程，得到其线性能量转移LET值的概率分布，并通过TCAD仿真得到触发器的关键线性能量转移值LETcrit，随后对LET分布求得其概率密度分布函数f_D(LET)，并进一步求得其累计概率密度分布函数f_C(LET)，最后通过f_C(LET)与触发器敏感面积的乘积得到触发器的软错误率SER_FF；

其包括如下步骤：

第一步，利用GEANT4软件导入入射中子和器件结构，模拟中子入射后与器件材料发生核反应产生次级离子的过程，得到次级离子的线性能量转移LET值的概率分布；

第二步，通过TCAD软件进行单粒子翻转仿真导入触发器版图，得到关键线性能量转移值LETcrit；

第三步，对各单能量中子以中子差分通量为权重对能量这一积分变量进行积分，得到线性能量转移概率密度分布函数f_D(LET)；再对f_D(LET)做从关键线性能量转移值至正无穷的积分，得到线性能量转移的累计概率密度分布函数f_C(LET)；