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论文课题基于深圳市国微电子有限公司研究开发的“大容量抗辐照PROM”项目。大容量抗辐照存储器作为载人航天工程、星载计算机系统和武器装备系统中的核心器件,其抗辐照性能直接影响到整个系统的可靠性。在项目设计过程中,对比分析了不同存储单元的存储原理和结构,选择具有天然抗辐照特性的反熔丝1T单元作为课题的基本存储单元管;然后研究了不同存储器的设计架构,设计出符合课题要求的大容量PROM存储器架构,并据此设计了整体电路。深入研究了辐照机理和抗辐照加固设计方法,着重探讨了辐照作用机理、单粒子效应TCAD软件建模、电路级抗辐照加固设计方法和仿真验证方法。运用TCAD软件对单粒子效应进行了建模仿真研究,通过改变仿真条件,得到了一系列的脉冲电流。研究了不同宽长比NMOS管、不同LET值单粒子入射、不同入射角度和入射位置对瞬态脉冲宽度和幅值的影响,建立了单粒子效应PWL瞬态脉冲电流仿真模型。在项目抗辐照加固设计过程中,从系统级、电路级、工艺级分别对芯片电路进行了抗辐照加固设计。系统级抗辐照加固设计采用存储单元单倍冗余设计和输出数据一位纠错二位检错(EDAC)设计;电路级抗辐照加固设计主要采用三模冗余加固设计、时间冗余加固设计、C单元加固设计和DICE加固设计四种方式综合进行抗辐照加固设计,并且在电路关键节点增加电阻、引入耦合电容进行抗辐照加固;工艺级加固主要是采用适当的版图设计规则和工艺来增强芯片抗辐照性能。为了验证电路抗辐照加固的效果,根据建立的PWL瞬态脉冲电流模型对电路级加固技术进行了仿真验证,通过对加固和未加固的电路进行对比仿真,来检验电路抗辐照加固设计方案,最后对整个芯片系统进行了前仿真和后仿真验证。通过芯片流片测试和芯片辐照实验表明,项目电路设计指标和抗辐照指标满足设计要求,设计容量为16Mbit,抗单粒子闩锁(SEL)的LET能力为75 Mev·cm2/mg,抗单粒子翻转(SEU错误率)小于1x10-10次/天·位,抗总剂量(TID)大于100krad(Si)。