[发明专利]一种电路级总剂量辐射效应仿真方法

说明书

本发明涉及一种电路级总剂量辐射效应仿真方法，该方法包括晶体管偏置电压提取、晶体管平均偏置电压计算、晶体管辐射陷阱电荷计算、晶体管总剂量效应模型参数更新、电路总剂量辐射损伤仿真、电路总剂量辐射损伤时间连续反馈计算。该方法的理论基础是晶体管辐照偏置条件不同，总剂量辐射损伤特性不同，进而影响电路的总剂量辐射损伤。该方法的优势在于根据电路中晶体管的偏置状态，计算晶体管总剂量辐射损伤，实现电路总剂量辐射效应的精确仿真。

技术领域

本发明属于抗辐射集成电路设计技术领域，具体涉及一种电路级总剂量辐射效应仿真方法。

背景技术

卫星电子系统中的集成电路受空间辐射环境中高能带电粒子辐射，造成辐射损伤,严重威胁卫星的安全可靠运行。总剂量辐射效应是其中重要的辐射损伤效应之一，它是由质子和电子电离作用产生的永久性累积损伤，决定了器件在空间使用的最长期限，是高轨、长寿命卫星面临的重要问题。为了保障卫星安全、提高卫星寿命，必须了解集成电路的总剂量辐射效应及其机理，从而采取相应的措施。但是，由于集成电路结构、功能的复杂性和多样性，我们对其总剂量辐射损伤机理的认识仍不清晰。

总剂量辐射效应首先将引起组成集成电路最小单元的晶体管参数变化，当晶体管参数变化到一定程度时将引起逻辑门及功能模块性能退化，模块性能退化进而造成整个电路性能的退化、甚至失效。从目前研究来看，对晶体管总剂量辐射损伤机制的研究早已深入至了器件氧化层、钝化层、隔离层的辐射陷阱电荷产生等微观层面；电路辐照前后宏观性能参数变化，只要具备必要的时间和设备，也可进行全面详细的测量；然而，逻辑门、功能模块级的辐射损伤情况，由于集成电路结构的复杂性，尚无办法直接测量，需要借助电路级总剂量辐射效应仿真的方法获得集成电路内部辐射损伤信息。

辐照偏置条件是指电路工作时晶体管各端口的偏置电压，辐照偏置条件不同导致晶体管氧化物中的电场强度及方向不同，进而辐射感生陷阱电荷数量、位置不同。辐照偏置条件不同引起的晶体管辐射损伤差异会导致差分对管失配等电路辐射损伤特性，是电路级总剂量效应仿真必须要考虑的因素。晶体管总剂量效应模型需要考虑辐照偏置条件影响因素，而辐照偏置条件需要通过电路仿真获得，进而电路级总剂量效应仿真需要实现晶体管总剂量效应模型与电路仿真计算的互相通信，而常规的电路仿真通常是晶体管模型到电路仿真计算的单向输入。

本发明提出一种电路级总剂量辐射效应仿真方法，利用不同偏置电压在晶体管氧化物产生电场分布不同的特点，分别计算晶体管不同端口偏置电压引入陷阱电荷，进行随辐照时间的电路总剂量辐射损伤迭代计算，实现考虑辐照偏置条件影响的电路级总剂量效应仿真。

发明内容

本发明目的在于，提供一种电路级总剂量辐射效应仿真方法，该方法包括晶体管偏置电压提取、晶体管平均偏置电压计算、晶体管辐射陷阱电荷计算、晶体管总剂量效应模型参数更新、电路总剂量辐射损伤仿真、电路总剂量辐射损伤时间连续反馈计算。该方法的理论基础是晶体管辐照偏置条件不同，总剂量辐射损伤特性不同，进而影响电路的总剂量辐射损伤。该方法的优势在于根据电路中晶体管的偏置状态，计算晶体管总剂量辐射损伤，实现电路总剂量辐射效应的精确仿真。

本发明所述的一种电路级总剂量辐射效应仿真方法，按下列步骤进行:

晶体管偏置电压提取：

a、根据待研究电路静态状态下各输入端口条件，对待研究电路进行直流仿真，输出电路中各个晶体管栅、源、漏、体端电压，根据待研究电路不同工作模式下各输入端口条件，对待研究电路不同工作模式分别进行瞬态仿真，瞬态仿真时间长度为一个工作周期，输出电路中各个晶体管栅、源、漏、体端电压；

晶体管平均偏置电压计算：

b、对于步骤a中的直流仿真，仿真中输出的晶体管偏置电压即为晶体管平均偏置电压，对于步骤a中的瞬态仿真，在一个工作周期内对仿真中输出的晶体管偏置电压进行随时间的积分并除以工作周期，即为晶体管平均偏置电压，栅端平均偏置电压具体计算公式：