Modelamento do single-Event effiects em circuitos de memória FDSOI

Abstract

Este trabalho mostra a comparação dos efeitos das falhas provocadas pelos Single-Event Effects em dispositivos 28nm FDSOI, 28nm FDSOI High-K e 32nm Bulk CMOS e células de memória 6T SRAM feitas com estes dispositivos. Para conseguir isso, foram usadas ferramentas TCAD para simular falhas transientes devido a impacto de íons pesados a nível dispositivo e nível circuito. As simulações neste ambiente tem como vantagem a simulação dos fatos e mecanismos que produz as falhas transientes e seus efeitos nos dispositivos, além de também servir para projetar virtualmente estes dispositivos e caraterizar eles para estas simulações. Neste caso, foram projetados três dispositivos para simulação: um transistor NMOS de 32nm Bulk, um transistor NMOS de 28nm FDSOI e um transistor NMOS de 28nm FDSOI High-K para fazer comparações entre eles. Estes dispositivos foram projetados, caraterizados e testados contra o impacto de íons pesados a níveis dispositivo e circuito. Como resultado obtido, transistor Bulk de 32nm teve, no pior caso, uma carga coletada de 7.57 e 7.19 vezes maior que a carga coletada pelo dispositivo FDSOI de 28nm e FDSOI High-K de 28nm respectivamente atingido pelo mesmo íon pesado de 100MeV-cm2/mg. Com estes dados foi possível modelar o comportamento da carga coletada de ambos dispositivos usando este íon pesado, atingindo os terminais de Fonte e Dreno em distintos lugares e ângulos. Usando a mesma ferramenta e os dados obtidos de carga coletada pelos testes anteriores, foram projetadas células de memória SRAM de 6 transistores. Isso foi para testar elas contra os efeitos do impacto de íons pesados nos transistores NMOS de armazenagem da dados. Neste caso, a Transferência Linear de Energia (LET) do íon necessária para fazer que o dado armazenado na SRAM Bulk mude é 12.8 vezes maior que no caso da SRAM FDSOI e 10 maior no caso da SRAM FDSOI High-K, embora a quantidade de carga coletada necessária para que o dado mude em ambas células seja quase a mesma. Com estes dados foi possível modelar os efeitos dos íons pesados em ambos circuitos, descobrir a Carga Crítica destes e qual é o mínimo LET necessário para que o dado armazenado nestas SRAMs mude.

This work shows a comparison of faults due to Single-Event Effects in 28nm Fully Depleted SOI (FDSOI), 28nm FDSOI High-K and 32nm Bulk CMOS devices, and in 6T SRAM memory cells made with these devices. To provide this, was used TCAD tools to simulate transient faults due to heavy ion impacts on device and circuit levels. The simulations in that environment have the advantage to simulate the facts and mechanisms which produce the transient faults and this effects on the electronic devices, it also allow to simulate the virtual device fabrication and to characterize them. In this case, two devices were created for the simulations: a 32nm Bulk NMOS transistor and a 28nm FDSOI NMOS transistor for compare them. These devices were created, characterized and tested against heavy ion impacts at device and circuit levels. The results show that 32nm Bulk transistor has, in the worst case, a collected charge 7.57 and 7.19 times greater than the 28nm FDSOI and 28nm FDSOI High-K respectively collected charge with the same 100MeV-cm2/mg heavy ion. With these data it was possible to model the behavior of the collected charge in both devices with the same heavy-ion, reach the Source and Drain Terminal in different places and angles. Using the same tools and the obtained collected charge data of previous simulations, it was designed 6 transistors SRAM Memory Cells. That is done to test these circuits against the heavy ion effects on the data-storage NMOS transistor. In this case, the necessary Ion Linear Energy Transfer (LET) to flip the Bulk SRAM is 12.8 greater than the FDSOI SRAM and 10 times greater than the FDSOI High- K SRAM case, although the amount of charge to flip the cells is almost the same in both cases. With these data it was possible to model the heavy-ion effects in both circuits, discover the Critical Charge of them and the minimum LET to flips these SRAMs.