Análise automatizada dos efeitos do alargamento de pulso induzido em single event transients

• Ano de defesa: 2017
• Autor(a) principal: Silva, Michele Gusson Vieira da
• Orientador(a): Wirth, Gilson Inacio
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Palavras-chave em Português: Microeletrônica; Cmos
• Palavras-chave em Inglês: CMOS; Single Event Transiente; Propagation Induced Pulse Broadening; Bias Temperature Instability
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/171361

Aplicações em ambientes expostos a elevados níveis de radiação ionizante impõem uma série de desafios ao desenvolvimento de projetos de circuitos integrados na tecnologia Complementary Metal–Oxide–Semiconductor (CMOS), uma vez que circuitos CMOS estão sujeitos às falhas transientes oriundas de radiação externa. Num circuito do tipo CMOS, as áreas sensíveis aos efeitos da incidência de partículas ionizantes são as regiões dreno-substrato reversamente polarizadas, existentes nos transistores em regime de corte (VARGAS; NICOLAIDIS, 1994). Com o avanço tecnológico e consequente diminuição das dimensões dos dispositivos semicondutores, estes efeitos degradantes tornam-se uma preocupação constante devido às menores características físicas dos transistores (WANG et al., 2007). Os circuitos integrados apresentam, durante a sua vida útil, um processo de degradação das suas características iniciais. Assim, a esse processo de degradação também chamamos de envelhecimento (aging). É um processo lento e cumulativo provocado por todos os mecanismos que acabam por alterar os parâmetros físicos e eléctricos dos circuitos, diminuindo o seu tempo de vida útil (FU; LI; FORTES, 2008). Dentre os efeitos de variabilidade temporal, os que mais têm causado interesse da comunidade científica são o Randon Telegraph Noise (RTN) com sua origem na atividade de traps (armadilhas) de interface e Single Event Transients (SET) com sua origem na radiação ionizante ao qual o circuito é exposto. Em relação aos efeitos de degradação destaca-se o efeito Bias Temperature Instability (BTI) (VALDUGA, 2012), que da mesma forma que o RTS, tem sua origem vinculada aos efeitos das traps.Modelos padrão para simulação elétrica de circuitos não levam em consideração os efeitos causados por armadilhas de cargas tais como Bias Temperature Instability (BTI) e Random Telegraph Noise (RTN). Tais variabilidades em nível de dispositivo podem causar perda de confiabilidade, como por exemplo, o surgimento de Propagation-Induced Pulse Broadening (PIPB). Conforme o escalonamento (scaling) tecnológico, a velocidade das portas lógicas aumenta e os SETs podem ser propagados através de circuito combinacional e, inclusive, sofrer alargamento, caso a largura do pulso transiente supere um valor mínimo crítico que depende da tecnologia (DODD et al., 2004), caracterizando assim um PIPB. Com base nisso, técnicas de injeção de falhas usadas em circuitos complexos não se mostram eficientemente previsíveis, levando a uma subestimativa da sensibilidade de circuitos à propagação de SETs. Com a utilização de um simulador elétrico que agrega a análise de BTI, temos melhores estimativas dos efeitos de PIPB na degradação de um circuito, que pode provocar violações de temporização em sistemas síncronos. Dessa forma, pode-se então trabalhar em uma projeção do circuito de forma a torná-lo mais robusto em relação aos efeitos de envelhecimento e na proteção às falhas transientes. Com base no que foi anteriormente apresentado, este trabalho analisa o comportamento de circuitos através de simulações elétricas de radiação ionizante, permitindo avaliações da suscetibilidade e confiabilidade de circuitos integrados aos efeitos de falhas transientes. Para a realização destes experimentos, foram realizadas simulações elétricas considerando-se os efeitos de envelhecimento. Para uma cadeia lógica de 2000 inversores sequencialmente dispostos na tecnologia 32nm pode-se prever que o pulso transiente está sujeito a um alargamento de sete vezes sua largura inicial no momento da incidência, para transistores em suas dimensões mínimas. A partir da proposta apresentada, pode-se determinar a possibilidade de alargamento ou atenuação de um SET ao longo do circuito de maneira eficiente para que as devidas precauções possam ser tomadas.