Single Event transient propagation and capture in nanometer CMOS ICs: Analysis and modeling
- Autores: Xavier Gili Pérez
- Directores de la Tesis: Jaume Agapit Segura Fuster (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat de les Illes Balears ( España ) en 2015
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Charles F. Hawkins (presid.), Sebastià A. Bota (secret.), Francesc Moll Echeto (voc.)
- Programa de doctorado: Programa Oficial de Doctorado en Ingeniería Electrónica
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: RepositoriUIB
- Resumen
- español
Durante las últimas décadas la tecnología CMOS ha sufrido un escalado constante permintiendo el aumento de la frecuencia de operación y de la densidad de integración. Estos logros, a priori beneficiosos, han implicado la aparición de fenómenos adversos para el correcto funcionamiento de los circuitos electrónicos. Unos de estos efectos son los llamados Single-Event Effects (SEE) causados por la colección de carga debida al impacto de una partícula energética en un nodo sensible del circuito. Los SEEs se pueden dividir en Single-Event Upsets (SEU) si cambian el estado de un elemento de memoria y en Single-Event Transients (SET) si generan un pulso de tensión en un circuito combinacional. Un SET puede dar lugar a un SEU si es capaz de propagarse por un circuito combinacional, llegar a un elemento de memoria y ser capturado, guardando un valor erróneo. Esta tesis se ha centrado en el estudio de la propagación de los SETs. Para ello se ha desarrollado un modelo analítico que predice las características del SET propagado. El modelo se puede utilizar para observar cómo evolucionan estas características cuando el SET se propaga a través de un camino dentro de un circuito, así como para evaluar la sensibilidad de los nodos de un circuito a los SETs. El modelo se ha validado mediante resultados experimentales. La técnica utilizada para generar los SETs ha sido la del laser pulsado, que se utiliza para emular la deposición de carga que genera la radiación. También se ha estudiado la estabilidad de las celdas SRAM, proporcionando un modelo para calcular la carga crítica, que es la carga mínima necesaria para generar un SEU, y que es la métrica más común para medir la estabilidad de las celdas SRAM. El estudio se ha completado con el desarrollo de un modelo para calcular la probabilidad de captura de un SET por un elemento de memoria, incluyendo la dependencia tanto en duración como en altura del SET.
- català
Durant les últimes dècades la tecnologia CMOS ha sofert un escalat constant que ha permès l'augment de la freqüència d'operació i de la densitat d'integració. Aquestes fites, a priori beneficioses, han comportat l'aparició de fenòmens adversos en el funcionament dels circuits electrònics. Uns d'aquests efectes són els anomenats Single-Event Effects (SEE) causats per la col•lecció de càrrega deguda a l'impacte d'una partícula energètica en un node sensible del circuit. Els SEEs es poden dividir en Single-Event Upsets (SEU) si canvien l'estat d'un element de memòria i en Single-Event Transients (SET) si generen un pols de tensió en un circuit combinacional. Un SET pot esdevenir un SEU si és capaç de propagar-se per un circuit combinacional, arribar a un element de memòria i ésser capturat, guardant un valor erroni. Aquesta tesi s'ha centrat en l'estudi de la propagació dels SETs. Per això s'ha desenvolupat un model analític que prediu les característiques del SET propagat. El model es pot utilitzar per observar com evolucionen aquestes característiques quan el SET es propaga a través d'un camí dins un circuit, així com per avaluar la sensibilitat dels nodes d'un circuit als SETs. El model s'ha validat mitjançant resultats experimentals. La tècnica utilitzada per generar els SETs ha estat la del làser polsat, que s'utilitza per emular la deposició de càrrega que genera la radiació. També s'ha estudiat l'estabilitat de les cel•les SRAM, proporcionant un model per calcular la càrrega crítica, que consisteix en la càrrega mínima necessària per generar un SEU, i que és la mètrica més comú per mesurar l'estabilitat de les cel•les SRAM. L'estudi s'ha completat amb el desenvolupament d'un model per calcular la probabilitat de captura d'un SET per part d'un element de memòria, incloent la dependència tant de la durada com de l'alçada del SET.
- English
In the last decades CMOS technology have experienced a constant scaling allowing an increasing operating frequency and integration density. These achievements imply adverse effects to the proper operation of electronic circuits. One of these effects are the Single-Event Effects (SEE) caused by the charge collection due to the impact of an energetic particle in a sensitive circuit node. The SEES can be divided into Single-Event Upsets (SEU) if there is a change of the state of a memory element and Single-Event Transients (SET) if they generate a voltage pulse in a combinational circuit. An SET may become an SEU if it is able to propagate through a combinational circuit, reaching a memory element and being captured, storing a wrong value. This thesis has focused on the study of SET propagation. In this way we have developed an analytical model which predicts the characteristics of the propagated SET. The model can be used to observe how these characteristics evolve as the SET propagates through a path in a circuit, and to assess the sensitivity of the nodes of a circuit to SETs. The model has been validated through experimental results. The technique used to generate SETs is the pulsed laser, which is used to emulate the charge deposition that radiation generates. We also studied the stability SRAM cells, providing a model to calculate the critical charge, consisting in the minimum charge required to generate an SEU, that is the most common metric to measure the stability of the SRAM cell. The study is completed with the development of a model to compute the SET capture probability by a memory element, including the dependence on the SET length and height.
- español
