Exploring soft error susceptibility in FET devices via Geant4 simulation
| Ano de defesa: | 2024 |
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| Autor(a) principal: | |
| Orientador(a): | |
| Banca de defesa: | |
| Tipo de documento: | Dissertação |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | eng |
| Instituição de defesa: |
Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul
Escola Politécnica Brasil PUCRS Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação |
| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
Não Informado pela instituição
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| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | https://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/11660 |
Resumo: | In recent years, there have been significant advancements in electronic device technology. However, these devices are susceptible to Single-Event Effects (SEEs) due to the interaction of cosmic rays with sensitive regions, which can lead to processing errors. Therefore, it is necessary to conduct a study to correlate cosmic ray events with the potential for processing errors, particularly concerning interactions between the sensitive area of the device and specific particles. In this work, we present a simulation study using Geant4 to understand the interaction of cosmic rays with technology and their possible effects. Our simulations used incident particles such as protons, alpha particles, positive pions, negative pions, positive muons, and negative muons. These particles were incident with energies ranging from 0.5 MeV to 100 TeV and at various angles of incidence. The simulations showed that alpha particles generate the most electrons, which is particularly relevant near outer space, while protons, which constitute the majority of cosmic rays, have a significant impact not only in outer space on low earth orbit SEEs, although positive muons and pions have less effects, they are more prominent in lower levels, including ground level. Angular incidence is critical in SEE evaluation, with planar technologies demonstrating higher occurrences of electrons, and FinFETs showing potential for bit flip current generation despite fewer electrons. |
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Exploring soft error susceptibility in FET devices via Geant4 simulationExplorando a susceptibilidade a soft error em dispositivos FET por meio de simulação com Geant4Soft ErrorsCosmic RaysMOSFETFinFETGeant4Erros SoftRaios CósmicosCIENCIA DA COMPUTACAO::TEORIA DA COMPUTACAOIn recent years, there have been significant advancements in electronic device technology. However, these devices are susceptible to Single-Event Effects (SEEs) due to the interaction of cosmic rays with sensitive regions, which can lead to processing errors. Therefore, it is necessary to conduct a study to correlate cosmic ray events with the potential for processing errors, particularly concerning interactions between the sensitive area of the device and specific particles. In this work, we present a simulation study using Geant4 to understand the interaction of cosmic rays with technology and their possible effects. Our simulations used incident particles such as protons, alpha particles, positive pions, negative pions, positive muons, and negative muons. These particles were incident with energies ranging from 0.5 MeV to 100 TeV and at various angles of incidence. The simulations showed that alpha particles generate the most electrons, which is particularly relevant near outer space, while protons, which constitute the majority of cosmic rays, have a significant impact not only in outer space on low earth orbit SEEs, although positive muons and pions have less effects, they are more prominent in lower levels, including ground level. Angular incidence is critical in SEE evaluation, with planar technologies demonstrating higher occurrences of electrons, and FinFETs showing potential for bit flip current generation despite fewer electrons.Nos últimos anos, houve um avanço significativo na tecnologia de dispositivos eletrônicos. No entanto, esses dispositivos são suscetíveis a Efeitos de Evento Único (SEEs), devido à interação de raios cósmicos com regiões sensíveis de circuitos, o que pode produzir erros de processamento. Portanto, é relevante conduzir estudos visando correlacionar eventos de raios cósmicos com potenciais erros de processamento causados por estes, especialmente no que diz respeito a interações entre a área sensível de um circuit e partículas específicas. Este trabalho apresenta um estudo de simulação usando o toolkit Geant4 para entender a interação de raios cósmicos com diversos nodos tecnológicos eletrônics, bem como possíveis efeitos. As simulações conduzidas foram realizadas utilizando prótons, partículas alfa, píons positivos, píons negativos, múons positivos e múons negativos. Estas partículas foram incididas com energias variando de 0,5 MeV a 100 TeV e em vários ângulos de incidência. Os resultados revelaram que partículas alfa geram o maior número de elétrons, o que é particularmente relevante nas proximidades do espaço exterior, enquanto prótons, que constituem a maior parte dos raios cósmicos, têm um impacto significativo não apenas no espaço exterior mas também sobre em órbitas baixas da Terra. Embora os múons positivos e pions tenham efeitos menores, eles são mais proeminentes em altitudes inferiores, incluindo o nível do solo. O ângulo de incidência demonstra ser importante na avaliação de SEEs, com tecnologias planares demonstrando maiores ocorrências de elétrons, enquanto FinFETs mostram potencial para a geração de corrente de inversão de bits, apesar de gerarem menos elétrons.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESPontifícia Universidade Católica do Rio Grande do SulEscola PolitécnicaBrasilPUCRSPrograma de Pós-Graduação em Ciência da ComputaçãoMoraes, Fernando Gehmhttp://lattes.cnpq.br/2509301929350826Pereira, Elisa Garcia2025-06-03T15:15:33Z2024-08-30info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/11660enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RSinstname:Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS)instacron:PUC_RS2025-06-10T11:22:20Zoai:tede2.pucrs.br:tede/11660Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://tede2.pucrs.br/tede2/PRIhttps://tede2.pucrs.br/oai/requestbiblioteca.central@pucrs.br||opendoar:2025-06-10T11:22:20Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS - Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS)false |
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In recent years, there have been significant advancements in electronic device technology. However, these devices are susceptible to Single-Event Effects (SEEs) due to the interaction of cosmic rays with sensitive regions, which can lead to processing errors. Therefore, it is necessary to conduct a study to correlate cosmic ray events with the potential for processing errors, particularly concerning interactions between the sensitive area of the device and specific particles. In this work, we present a simulation study using Geant4 to understand the interaction of cosmic rays with technology and their possible effects. Our simulations used incident particles such as protons, alpha particles, positive pions, negative pions, positive muons, and negative muons. These particles were incident with energies ranging from 0.5 MeV to 100 TeV and at various angles of incidence. The simulations showed that alpha particles generate the most electrons, which is particularly relevant near outer space, while protons, which constitute the majority of cosmic rays, have a significant impact not only in outer space on low earth orbit SEEs, although positive muons and pions have less effects, they are more prominent in lower levels, including ground level. Angular incidence is critical in SEE evaluation, with planar technologies demonstrating higher occurrences of electrons, and FinFETs showing potential for bit flip current generation despite fewer electrons. |
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