单粒子效应：机理仿真

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概述

如下图所示，机理仿真和空间预估有共通部分。对此的解释在这里。

珂晶达提供三种针对单粒子效应的机理仿真解决方案：

  • 全物理仿真
  • NRED-MC
  • NRED

全物理仿真

介绍

物理上细致的仿真，所以叫“全物理仿真”。沿着高能粒子径迹的能量沉积分布由蒙特卡罗方法来仿真，器件响应用载流子漂移扩散方法来仿真（即 TCAD 器件仿真）。

优点
  • 对高能粒子在器件中传输过程有细致清晰的认识，于是可以：
    • 确定是哪种粒子哪个能量哪个角度导致了单粒子效应
    • 确定哪种作用过程导致了单粒子效应
  • 对器件中载流子的传输过程有细致清晰的认识，于是可以：
    • 确定哪些位置入射高能粒子会导致单粒子效应
    • 找到晶体管的灵敏区
  • 基于以上两类清晰的认识，可以开发合理的抽象模型，用于简化的仿真、空间预估和加固设计
缺点
  • 非常耗机时
  • TCAD 仿真需要有经验的专业人士
实现时候的困难
  • 算法上
    • TCAD 仿真
    • 寻找灵敏区的算法
  • 几何建模
    • 从版图和工艺规则文件建立 TCAD 仿真模型
    • 从版图和工艺规则文件建立蒙特卡罗仿真模型
  • 计算任务的调度
珂晶达的方案

珂晶达采用专业手段来解决以上困难，开发了一完备的全物理仿真解决方案。下图给出其工作流程：

用到的软件
结果示例

下图（左）给出一个 SRAM 单元的单粒子翻转仿真的结果：翻转发生位置地图。黑色方块为导致翻转的事件，圆圈为未翻转的事件，颜色的深度代表接近翻转的程度。模拟结果清晰给出了这个 SRAM 单元的灵敏范围。

下图（右）给出针对某商业 SRAM，仿真得到的翻转截面和实验结果对比。

NRED/NRED-MC

NRED (Nuclear Reaction Energy Deposition) 和 NRED-MC 不再采用版图和工艺规则作为器件的描述方法，而是采用一个人为定义的空间，灵敏体积。代替 TCAD 仿真的是一个简单的判据：当灵敏体积中沉积能量导致的电荷高于某个临界值（临界电荷），发生单粒子效应。

跟全物理仿真相比，NRED/NRED-MC 的优缺点为：

优点
  • 大大节约机时
  • 不需要 TCAD 专业人士
  • 不需要很详细版图和工艺规则信息
缺点
  • 需要人为定义和调整一些参数

NRED/NRED-MC 也可以用于轨道上的 空间预估。