RU2541894C1 - Trigger for complementary microcircuit of metal-oxide-semiconductor structure - Google Patents

Trigger for complementary microcircuit of metal-oxide-semiconductor structure Download PDF

Info

Publication number
RU2541894C1
RU2541894C1 RU2013143515/08A RU2013143515A RU2541894C1 RU 2541894 C1 RU2541894 C1 RU 2541894C1 RU 2013143515/08 A RU2013143515/08 A RU 2013143515/08A RU 2013143515 A RU2013143515 A RU 2013143515A RU 2541894 C1 RU2541894 C1 RU 2541894C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
transistors
trigger
blocks
block
transistor
Prior art date
Application number
RU2013143515/08A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Яковлевич Стенин
Юрий Вячеславович Катунин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Российской академии наук Научно-исследовательский институт системных исследований РАН (НИИСИ РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Российской академии наук Научно-исследовательский институт системных исследований РАН (НИИСИ РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Российской академии наук Научно-исследовательский институт системных исследований РАН (НИИСИ РАН)
Priority to RU2013143515/08A priority Critical patent/RU2541894C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2541894C1 publication Critical patent/RU2541894C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: trigger consists of pairs of interconnected NMOS and PMOS transistors with power supply bus, control and output lines; the transistors are jointed in two blocks, each of them containing two groups of two NMOS and two PMOS transistors, at that two blocks of transistors are placed at integrated circuit crystal at distance from each other, which is equal to threshold value or bigger than this value in order to exclude simultaneous impact of single nuclear particle on both blocks of transistors at the level more than the threshold value.
EFFECT: improving stability to impact of single nuclear particles without excess increase in square area occupied by the trigger at crystal included into composition of integral CMOS microcircuit.
1 tbl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к логическим элементам микросхем с наноразмерными проектными нормами для высоконадежной вычислительной техники и может быть использовано в элементах управления микропроцессорных микросхем и элементах считывания запоминающих устройств.The invention relates to logic elements of microcircuits with nanoscale design standards for highly reliable computer technology and can be used in control elements of microprocessor microcircuits and reading elements of memory devices.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является триггер комплементарной металл-оксид-полупроводниковой структуры микросхемы, состоящий из пар NMOП и РМОП транзисторов, соединенных между собой, с шиной источника питания, линиями управления и выходными линиями и размещенных на кристалле интегральной микросхемы (см. Wang W., Gong Н. Edge triggered pulse latch design with delayed latching edge for radiation hardened application // IEEE Trans. Nucl. Science. 2004. V.51. №6. P.3616-3630).The closest in technical essence and the achieved result is a trigger of a complementary metal-oxide-semiconductor structure of the microcircuit, consisting of pairs of NMOP and RMOS transistors interconnected with the power supply bus, control lines and output lines and placed on the integrated circuit chip (see. Wang W., Gong N. Edge triggered pulse latch design with delayed latching edge for radiation hardened application // IEEE Trans. Nucl. Science. 2004. V.51. No. 6. P.3616-3630).

Недостатком описанного триггера является недостаточная помехоустойчивость и сниженная радиационная стойкость транзисторов триггера к воздействию одиночных ядерных частиц.The disadvantage of this trigger is the lack of noise immunity and reduced radiation resistance of the trigger transistors to the effects of single nuclear particles.

Техническим результатом, ожидаемым от использования изобретения, является повышение сбоеустойчивости к воздействию одиночных ядерных частиц без избыточного увеличения площади, занимаемой триггером на кристалле.The technical result expected from the use of the invention is to increase the failure resistance to the effects of single nuclear particles without an excessive increase in the area occupied by the trigger on the chip.

Указанный технический результат достигается тем, что в триггере комплементарной металл-оксид-полупроводниковой структуры микросхемы, состоящем из пар NМОП и РМОП транзисторов, соединенных между собой, с шиной источника питания, линиями управления и выходными линиями и размещенных на кристалле интегральной микросхемы, согласно изобретению транзисторы объединены в два блока, каждый из которых содержит две группы из двух NМОП транзисторов и двух РМОП транзисторов, стоки РМОП транзисторов в каждой группе соединены с затвором первого NМОП транзистора в группе, сток которого соединен с затвором первого из двух РМОП транзисторов, а исток со стоком второго NМОП транзистора в этой группе, сток первого РМОП транзистора первой группы блока соединен со стоком первого NМОП транзистора второй группы этого блока, причем два блока транзисторов размещены на кристалле интегральной микросхемы один от другого на расстоянии, равном или больше порогового расстояния, для исключения одновременного воздействия одиночной ядерной частицы на оба блока транзисторов с уровнем больше порогового.The specified technical result is achieved by the fact that in the trigger of the complementary metal-oxide-semiconductor structure of the microcircuit, consisting of pairs of NMOS and RMOS transistors connected together, with a power supply bus, control lines and output lines and placed on an integrated circuit chip, according to the invention, transistors combined into two blocks, each of which contains two groups of two NMOS transistors and two RMOS transistors, the drains of the RMOS transistors in each group are connected to the gate of the first NMOS transistor the transistor in the group, the drain of which is connected to the gate of the first of the two RMOS transistors, and the source with the drain of the second NMOS transistor in this group, the drain of the first RMOS transistor of the first group of the block is connected to the drain of the first NMOS transistor of the second group of this block, and two blocks of transistors are placed on integrated circuit chip from one another at a distance equal to or greater than the threshold distance, to exclude the simultaneous impact of a single nuclear particle on both blocks of transistors with a level greater than the threshold.

Указанная совокупность признаков позволяет снизить вероятность сбоя состояния триггера при воздействии одиночной ядерной частицы при одновременном снижении площади, занимаемой триггером на кристалле.The indicated set of features makes it possible to reduce the probability of a failure of a trigger state when exposed to a single nuclear particle while reducing the area occupied by the trigger on the chip.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена электрическая принципиальная схема триггера, на фиг.2 изображена схема взаимного расположения транзисторов в блоках триггера и блоков относительно друг друга.The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows an electrical schematic diagram of a trigger, Fig.2 shows a diagram of the relative position of the transistors in the blocks of the trigger and the blocks relative to each other.

Триггер содержит два блока I, II транзисторов, первый блок I имеет пять выводов 1, 2, 3, 4, 5, второй блок II имеет пять выводов 6, 7, 8, 9, 10. В состав первого блока I входят четыре NМОП транзистора 11, 12, 13, 14 и четыре РМОП транзистора 15, 16, 17, 18, в состав второго блока II входят четыре NМОП транзистора 19, 20, 21, 22 и четыре РМОП транзистора 23, 24, 25, 26. Выводы 3 и 8 блоков I и II являются двумя прямыми выходами триггера, вывод 27, объединяющий выводы 4 и 10 блоков I и II, и вывод 28, объединяющий выводы 5 и 9 блоков I и II, являются двумя инверсными выходами триггера, выводы 1, 2, 6, 7 являются входами управления триггера.The trigger contains two blocks I, II of transistors, the first block I has five pins 1, 2, 3, 4, 5, the second block II has five pins 6, 7, 8, 9, 10. The first block I contains four NMOS transistors 11, 12, 13, 14 and four RMOS transistors 15, 16, 17, 18, the second block II includes four NMOS transistors 19, 20, 21, 22 and four RMOS transistors 23, 24, 25, 26. Conclusions 3 and 8 blocks I and II are two direct outputs of the trigger, terminal 27, combining the terminals 4 and 10 of blocks I and II, and terminal 28, combining the terminals 5 and 9 of blocks I and II, are two inverse outputs of the trigger, terminals 1, 2, 6 , 7 are the trigger control inputs.

Транзисторы 11, 12, 15, 16 образуют первую группу транзисторов первого блока I, транзисторы 13, 14, 17, 18 образуют вторую группу транзисторов первого блока I, транзисторы 19, 20, 23, 24 образуют первую группу второго блока II, транзисторы 21, 22, 25, 26 образуют вторую группу второго блока II.Transistors 11, 12, 15, 16 form the first group of transistors of the first block I, transistors 13, 14, 17, 18 form the second group of transistors of the first block I, transistors 19, 20, 23, 24 form the first group of the second block II, transistors 21, 22, 25, 26 form the second group of the second block II.

Расстояние между двумя блоками транзисторов должно быть равным или больше порогового и определяется из выражения:The distance between the two blocks of transistors must be equal to or greater than the threshold and is determined from the expression:

L1,2≥LПОР={(πQТР2SСБ2Dn,p/(8ΔlТР))(RВЫХ.ОТКР·λНλВЫХ/UПЕР)}1/3×tgθ,L 1,2 ≥L POR = {(πQ TP2 S SB2 D n, p / (8Δl TP )) (R OUT . OPEN · λ N λ OUT / U PER )} 1/3 × tgθ,

где QТР2 - заряд, образованный на отрезке трека ΔlТР, наиболее близкого ко второму блоку II транзисторов;where Q TP2 is the charge formed on the segment of the track Δl TP closest to the second block II of transistors;

SСБ2=ΔlСБ2×wСБ2 - площадь сбора заряда во втором блоке II транзисторов;S SB2 = Δl SB2 × w SB2 - charge collection area in the second block II of transistors;

ΔlСБ2 - размер области сбора заряда в одном направлении с направлением трека, аΔl SB2 - the size of the charge collection area in one direction with the direction of the track, and

wСБ2 - в поперечном направлении;w SB2 - in the transverse direction;

Dn,p - коэффициент амбиполярной диффузии носителей заряда;D n, p is the coefficient of ambipolar diffusion of charge carriers;

ΔlТР - длина отрезка трека, из области которого диффундируют неравновесные носители во второй блок II транзисторов;Δl TP - the length of the segment of the track, from the region of which nonequilibrium carriers diffuse into the second block II of transistors;

RВЫХ.ОТКР - выходное сопротивление (усредненное значение) открытого МОП транзистора, соединенного его собственным стоком со стоком транзистора, собирающего заряд во втором блоке II транзисторов;R OUT.OKR - output resistance (average value) of an open MOS transistor connected by its own drain to the drain of a transistor collecting charge in the second block II of transistors;

UПЕР - напряжение переключения транзистора второго блока II триггера;U PER - switching voltage of the transistor of the second block II of the trigger;

θ - угол наклона трека частицы относительно нормали к поверхности кристалла; λН=(τНСП)a, aН/(τСПН).θ is the angle of inclination of the particle track relative to the normal to the crystal surface; λ N = (τ N / τ SP ) a , a = τ N / (τ SP- τ N ).

Постоянные времени нарастания τН и спада τСП импульса фототока, образованного диффузией заряда от трека частицы, зависят от постоянной времени диффузии неравновесных носителей τD из области трека до собирающей заряд области второго блока II транзисторов ячейки и их связь известна (см. Fulkerson D.E. A physics-based engineering methodology for calculating soft error rates of bulk CMOS and SiGe heterojunction bipolar transistor integrated circuits // IEEE Trans. Nucl. Science. 2010. Vol.57. №1. pp.348):The constants of the rise time τ Н and decay τ of the SP of the photocurrent pulse formed by charge diffusion from the particle track depend on the diffusion time constant of nonequilibrium carriers τ D from the track region to the charge-collecting region of the second block II of the cell transistors and their relation is known (see Fulkerson DE A physics-based engineering methodology for calculating soft error rates of bulk CMOS and SiGe heterojunction bipolar transistor integrated circuits // IEEE Trans. Nucl. Science. 2010. Vol.57. No. 1. pp.348):

τСПD=4r2/(π2Dn,р) и τНСП/9,τ SP = τ D = 4r 2 / (π 2 D n, p ) and τ N = τ SP / 9,

где Dn,р - коэффициент амбиполярной диффузии носителей заряда.where D n, p is the coefficient of ambipolar diffusion of charge carriers.

Коэффициент λВЫХ определяется как λВЫХ=(τВЫХСП)a, aВЫХ/(τСПВЫХ), где τВЫХ=RВЫХ.ОТКР.2×CУЗЛА - постоянная времени перезаряда узла триггера; CУЗЛА - емкость узла, заряд QПЕР на которой образует импульс помехи с амплитудой, переключающей триггер.The coefficient λ is defined as λ OUTPUT OUTPUT = (τ OUT / τ SP) a, a = τ OUT / (τ SP OUTPUT -τ) where OUT τ = R × C VYH.OTKR.2 NODE - the time constant of the trigger assembly of overcharging; C NODE - node capacity, charge Q PER on which forms an impulse of interference with the amplitude switching the trigger.

Заряд QTР2 следует из выражения:The charge Q TP2 follows from the expression:

QТР2=q×LET×ρSi×ΔlТР/Eр,n,Q TP2 = q × LET × ρ Si × Δl TP / E p, n ,

где LET - линейные потери энергии частицей;where LET - linear particle energy loss;

q - заряд электрона;q is the electron charge;

ΔlТР - длина отрезка трека, из области которого диффундируют неравновесные носители;Δl TP - the length of the segment of the track, from the region of which nonequilibrium carriers diffuse;

ρSi - плотность кремния;ρ Si is the density of silicon;

Eр,n - энергия образования одной электронно-дырочной пары.E p, n is the energy of formation of one electron-hole pair.

Описанное устройство может работать в одном из двух режимов: хранение и запись данных.The described device can operate in one of two modes: storage and recording of data.

В режиме хранения на выходах 3, 8, 27, 28 триггера сохраняются установленные при записи логические уровни сигналов “0” и “1” с дублированием одного логического уровня данных на выводах 3 и 8, а другого на выводах 27, 28. Триггер в режиме хранения может находиться в двух устойчивых состояниях: в одном состоянии на двух выходах 3 и 8 уровни сигнала “0”, а на двух других выходах 27, 28 - уровни “1”. В другом устойчивом состоянии триггера логические уровни сигналов на этих выходах меняются.In the storage mode, at the outputs 3, 8, 27, 28 of the trigger, the logical signal levels “0” and “1” set during recording are saved, with duplication of one logical data level at pins 3 and 8, and the other at pins 27, 28. The trigger is in the mode storage can be in two stable states: in one state at two outputs 3 and 8 the signal levels are “0”, and on the other two outputs 27, 28 - levels are “1”. In another stable state of the trigger, the logic levels of the signals at these outputs change.

В режиме записи под действием управляющих сигналов на выводах 1, 2, 6, 7 триггер устанавливается в одно из двух устойчивых состояний. Изменить состояние триггера при записи можно, только подавая два сигнала управления с уровнями логических “0” на выводы 2 и 7 в режиме, когда на выходах 3 и 8 находятся логические сигналы с уровнями “0”, а на выходах 27, 28 находятся логические сигналы с уровнями “1”. В этом случае управляющие сигналы на выводах 2 и 7 переключают состояние триггера, замыкая цепь положительной обратной связи в триггере. Аналогично изменить состояние триггера, когда на выходах 3 и 8 находятся логические сигналы с уровнями “1”, а на выходах 27, 28 находятся логические сигналы с уровнями “0”, можно, только подавая два сигнала управления с уровнями логических “0” на выводы 1 и 6.In recording mode, under the influence of control signals at pins 1, 2, 6, 7, the trigger is set to one of two stable states. It is possible to change the trigger state during recording only by supplying two control signals with logic levels “0” to terminals 2 and 7 in the mode when logic signals with levels “0” are located at outputs 3 and 8, and logic signals are located at outputs 27, 28 with levels “1”. In this case, the control signals at pins 2 and 7 switch the trigger state, closing the positive feedback circuit in the trigger. It is similar to change the trigger state when logic signals with levels “1” are located at outputs 3 and 8, and logic signals with levels “0” are located at outputs 27, 28, only by supplying two control signals with logic “0” levels to the outputs 1 and 6.

Снижение площади, занимаемой триггером на кристалле, обеспечивается близким расположением всех транзисторов в блоках и снижением до двух шин связей между блоками.The reduction in the area occupied by the trigger on the chip is ensured by the close arrangement of all transistors in the blocks and the reduction of the links between the blocks to two buses.

При воздействии на триггер одиночной ядерной частицы, когда трек частицы направлен от запертого транзистора одного блока I к запертому транзистору другого блока II, происходит образование вдоль трека частицы неравновесных носителей заряда, которые диффундируют к транзисторам, где выводятся в виде фототоков через стоковые электроды запертых транзисторов и перезаряжают емкости этих узлов, вызывая импульсы напряжения помехи, которые могут произвести сбой состояния триггера при превышении порога переключения.When a single nuclear particle is affected by a trigger, when the particle track is directed from a locked transistor of one block I to a locked transistor of another block II, nonequilibrium charge carriers form along the particle’s track, which diffuse to the transistors, where the locked transistors are output as photocurrents through the stock electrodes and recharge the capacitance of these nodes, causing interference voltage pulses that can cause the trigger to fail if the switching threshold is exceeded.

Критичным для оценки стойкости триггера является сбой состояния в режиме хранения. Сбой логического состояния триггера может произойти при воздействии частицы одновременно на два МОП транзистора триггера, находящихся в запертом состоянии, исключая воздействия на следующие пары транзисторов 11 и 15, 13 и 17, 19 и 23, 21 и 25 в их запертом состоянии, при котором происходит размыкание обратной связи в триггере, что и сохраняет исходное логическое состояние триггера.Critical to assessing the durability of a trigger is a failed state in storage mode. The failure of the logical state of the trigger can occur when the particle simultaneously affects two MOSFETs of the trigger transistors that are in the locked state, excluding the effects on the following pairs of transistors 11 and 15, 13 and 17, 19 and 23, 21 and 25 in their locked state, in which opening feedback in the trigger, which preserves the initial logical state of the trigger.

Сбой исходного состояния триггера возможен только при одновременном воздействии одиночной частицы на пару запертых транзисторов, один из которых относится к блоку I транзисторов, а второй к блоку II транзисторов. В одном из двух логических состояний триггера (см. фиг.1 и фиг.2) это пары транзисторов - 11 и 19, 11 и 23, 15 и 19, 15 и 23, а для другого логического состояния триггера следующие пары: 17 и 25, 17 и 21, 13 и 25, 13 и 21.The failure of the initial state of the trigger is possible only when a single particle is exposed to a pair of locked transistors, one of which belongs to block I of transistors, and the second to block II of transistors. In one of the two logical states of the trigger (see figure 1 and figure 2) these are pairs of transistors - 11 and 19, 11 and 23, 15 and 19, 15 and 23, and for the other logical state of the trigger the following pairs: 17 and 25 , 17 and 21, 13 and 25, 13 and 21.

Пример реализации изобретенияAn example implementation of the invention

Изобретение может быть реализовано в тактируемых одно- и двухступенчатых триггерах, использованных в блоке управления регистрового файла КМОП микропроцессорной системы с проектной нормой 65 нм. Эскизное изображение конструкции триггера приведено на фиг.2.The invention can be implemented in clocked one- and two-stage triggers used in the control unit of the CMOS register file of a microprocessor system with a design norm of 65 nm. A sketch of the design of the trigger is shown in figure 2.

В одном логическом состоянии триггера на фиг.2 заперты транзисторы 11, 15 блока I и транзисторы 19, 23 блока II, расположенные в верхних половинах блоков I и II на фиг 2. В другом логическом состоянии заперты транзисторы 13, 17 блока 1 и транзисторы 21, 25 блока II триггера, расположенные в нижних половинах блоков I и II на фиг 2. На фиг.2 отмечены расстояния между двумя группами запертых транзисторов для одного логического состояния триггера L1,2 и для другого L′1,2. Эти расстояния для приведенного размещения транзисторов одинаковы L1,2=L′1,2 и определяют сбоеустойчивость триггера в двух его логических состояниях.In one logical state of the trigger in FIG. 2, transistors 11, 15 of block I and transistors 19, 23 of block II are locked, located in the upper halves of blocks I and II in FIG. 2. In another logical state, transistors 13, 17 of block 1 and transistors 21 are locked 25 of block II of the trigger located in the lower halves of blocks I and II of FIG. 2. FIG. 2 shows the distances between two groups of locked transistors for one logical state of the trigger L 1,2 and for the other L ′ 1,2 . These distances for the given arrangement of transistors are the same L 1,2 = L ′ 1,2 and determine the fault tolerance of the trigger in its two logical states.

Для достижения технического результата - повышения сбоеустойчивости триггера при воздействии одиночных ядерных частиц блоки I и II транзисторов триггера (см. фиг.2) разнесены на расстояние L1,2=2,5 мкм.To achieve a technical result - to increase the fault tolerance of the trigger when exposed to single nuclear particles, the blocks I and II of the trigger transistors (see figure 2) are spaced at a distance of L 1.2 = 2.5 μm.

Сбоеустойчивость триггера при воздействии одиночных ядерных частиц обусловлена предложенным разделением транзисторов триггера на два блока и разнесением их на кристалле микросхемы на расстояние, равное или больше порогового расстояния, исключающего одновременное воздействие одиночной ядерной частицы на оба блока I и II транзисторов с уровнем больше порогового.The stability of the trigger when exposed to single nuclear particles is due to the proposed separation of the trigger transistors into two blocks and their separation on the chip chip at a distance equal to or greater than the threshold distance, excluding the simultaneous exposure of a single nuclear particle to both blocks of transistors I and II with a level higher than the threshold.

Сбой состояния триггера при одновременном воздействии частицы на два обратно смещенных транзистора из разных блоков I и II триггера, например на транзисторы 11 и 23, возможен, когда на каждый из этих транзисторов выводятся заряды больше порогового значения для каждого транзистора QПОР, в результате чего амплитуда импульса помехи на соответствующем узле превышает пороговое значения переключения, например, UПЕР=0,25-0.5 В для триггеров по проектной норме КМОП 65 нм и UПЕР=0,1-0,15 В для триггеров по проектной норме КМОП 28 нм. Если же запертым транзистором блока II от импульса фототока на емкость узла выводится заряд QСБ меньше порогового заряда переключения QСБ<QПОР, то независимо от значения заряда, собранного другим запертым транзистором в блоке I, сбоя триггера не происходит, поскольку импульс помехи в блоке II имеет амплитуду меньше напряжения порога переключения. Критичными при оценке сбоеустойчивости триггера являются воздействия частицы, когда ее трек проходит в направлении от одного блока I к другому блоку II (см. фиг.2) и под малым углом к поверхности полупроводникового кристалла микросхемы, что соответствует углам наклона трека частицы относительно нормали к поверхности кристалла θ≥60°, причем трек частицы проходит через область обратно смещенного pn перехода сток-подложка запертого транзистора в блоке I, например транзистора 11 (см. фиг.2), непосредственно воздействуя на этот транзистор, а на второй из пары запертых транзисторов, который относится к блоку II и одновременно подвергается воздействию частицы, например транзистор 23, действует заряд неосновных носителей, диффундирующих к нему от ближайшей к нему области трека частицы. Для исключения сбоя триггера расстояние L1,2=L′1,2 между парами чувствительных МОП транзисторов из двух блоков I и II должно быть равно или больше порогового значения LПОР.A trigger condition can fail when a particle simultaneously impacts two reverse biased transistors from different trigger units I and II, for example, transistors 11 and 23, it is possible when charges on each of these transistors exceed a threshold value for each transistor Q POR , resulting in an amplitude the interference pulse at the corresponding node exceeds the switching threshold, for example, U PER = 0.25-0.5 V for triggers according to the CMOS design norm of 65 nm and U PER = 0.1-0.15 V for triggers according to the design CMOS norm of 28 nm. If, by a locked transistor of block II, a charge Q SB less than the switching threshold charge Q SB <Q POR is output to the node capacitance from the photocurrent pulse, then regardless of the value of the charge collected by the other locked transistor in block I, the trigger does not fail, because the interference pulse in the block II has an amplitude less than the switching threshold voltage. Critical when assessing the failure stability of a trigger are the effects of a particle when its track passes in the direction from one block I to another block II (see Fig. 2) and at a small angle to the surface of the semiconductor chip chip, which corresponds to the angle of inclination of the particle track relative to the normal to the surface θ≥60 ° crystal, and the particle track passes through the region of the reverse biased pn junction of the drain-substrate of the locked transistor in block I, for example, transistor 11 (see Fig. 2), directly acting on this transistor, and on the second pair of transistors are trapped, which relates to the block II and simultaneously exposed to particles, such as transistor 23, operates the charge of minority carriers which diffuse to it from the nearest thereto particle track area. To exclude a trigger failure, the distance L 1,2 = L ′ 1,2 between pairs of sensitive MOS transistors from two blocks I and II should be equal to or greater than the threshold value L POR .

В таблице 1 приведены результаты моделирования пороговых расстояний LПОР в зависимости от параметров воздействующей частицы для триггера по проектной норме КМОП 65 нм, обеспечивающих стойкость к воздействию одиночных ядерных частиц с линейными потерями 40 и 60 МэВ·cм2/мг для углов падения одиночной частицы θ=60° и 75° в зависимости от параметров транзисторов: IС.НАС=67-107 мкА, RВЫХ.ОТКР=4.1-7.3 кОм при CУЗЛА=4 фФ.Table 1 shows the results of modeling the threshold distances L POR depending on the parameters of the acting particle for the trigger according to the CMOS design norm of 65 nm, which provide resistance to the effects of single nuclear particles with linear losses of 40 and 60 MeV · cm 2 / mg for angles of incidence of a single particle θ = 60 ° and 75 ° depending on the parameters of the transistors: I C. NAS = 67-107 μA, R OUT . OPEN = 4.1-7.3 kΩ at C NODE = 4 fF.

Таблица 1Table 1 Пороговые расстояния LПОР между запертыми транзисторами двух блоков I и II транзисторов триггераThreshold distance L POR between locked transistors of two blocks of trigger transistors I and II Пример №Example No. 1one 22 33 4four 55 66 θ, градусθ, degree 6060 6060 6060 6060 7575 7575 LET, МэВ·см2/мгLET, MeV · cm 2 / mg 4040 6060 4040 6060 4040 4040 ΔlТР, мкмΔl TP , μm 0.60.6 0.60.6 0.60.6 0.60.6 0.60.6 0.60.6 Dn,p, см2D n, p , cm 2 / s 1010 1010 1010 1010 1010 1010 SСБ2, мкм2 S SB2 , μm 2 0.20.2 0.20.2 0.20.2 0.20.2 0.20.2 0.20.2 IС.НАС, мкАI C. NASA , μA 107∗107 ∗ 107∗107 ∗ 67∗∗67 ∗∗ 67∗∗67 ∗∗ 107∗107 ∗ 67∗∗67 ∗∗ RВЫХ.ОТКР, кОмR OUT OPEN , kOhm 4.14.1 4.14.1 7.37.3 7.37.3 4.14.1 7.37.3 UПЕР, фКлU PER , FC 0.30.3 0.30.3 0.30.3 0.30.3 0.30.3 0.30.3 UПОР, мкмU POR , μm 1.191.19 1.381.38 1.371.37 1.571.57 2.562.56 2.972.97 Примечание: ∗ параметры одного логического состояния триггера; ∗∗ параметры второго логического состояния триггераNote: ∗ parameters of one logical state of the trigger; ∗∗ the parameters of the second logical state of the trigger

Моделирование показало, что описанный триггер по проектной норме КМОП 65 нм обеспечивает бессбойную работу при воздействии одиночных частиц с углами наклона трека 60° и значениями линейных потерь энергии LET=60 МэВ×см2/мг при расстоянии между блоками L1,2≥LПОР=1.57 мкм и с углами 75° при линейных потерях энергии LET=40 МэВ×см2/мг при обеспечении расстоянии между блоками L1,2≥LПОР=2.97 мкм.Modeling showed that the described trigger according to the CMOS design norm of 65 nm ensures trouble-free operation when exposed to single particles with track tilt angles of 60 ° and linear energy losses of LET = 60 MeV × cm 2 / mg with a distance between blocks of L 1.2 ≥L POR = 1.57 μm and with angles of 75 ° with linear energy losses LET = 40 MeV × cm 2 / mg while ensuring the distance between the blocks L 1.2 ≥L POR = 2.97 μm.

Claims (1)

Триггер комплементарной металл-оксид-полупроводниковой структуры микросхемы, состоящий из пар NМОП и РМОП транзисторов, соединенных между собой, с шиной источника питания, линиями управления и выходными линиями и размещенных на кристалле интегральной микросхемы, отличающийся тем, что транзисторы объединены в два блока, каждый из которых содержит две группы из двух NМОП транзисторов и двух РМОП транзисторов, стоки РМОП транзисторов в каждой группе соединены с затвором первого NМОП транзистора в группе, сток которого соединен с затвором первого из двух РМОП транзисторов, а исток со стоком второго NМОП транзистора в этой группе, сток первого РМОП транзистора первой группы блока соединен со стоком первого NМОП транзистора второй группы этого блока, причем два блока транзисторов размещены на кристалле интегральной микросхемы один от другого на расстоянии, равном или больше порогового расстояния, для исключения одновременного воздействия одиночной ядерной частицы на оба блока транзисторов с уровнем больше порогового. The trigger of a complementary metal-oxide-semiconductor structure of the microcircuit, consisting of pairs of NMOS and RMOS transistors interconnected with a power supply bus, control lines and output lines and placed on an integrated circuit chip, characterized in that the transistors are combined in two blocks, each of which contains two groups of two NMOS transistors and two RMOS transistors, the drains of the RMOS transistors in each group are connected to the gate of the first NMOS transistor in the group, the drain of which is connected to the gate of the first RMOS transistor, and the source with the drain of the second NMOS transistor in this group, the drain of the first RMOS transistor of the first group of the block is connected to the drain of the first NMOS transistor of the second group of this block, and two blocks of transistors are placed on the chip of the integrated circuit one from another at a distance equal or greater than the threshold distance, to exclude the simultaneous impact of a single nuclear particle on both transistor blocks with a level greater than the threshold.
RU2013143515/08A 2013-09-26 2013-09-26 Trigger for complementary microcircuit of metal-oxide-semiconductor structure RU2541894C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013143515/08A RU2541894C1 (en) 2013-09-26 2013-09-26 Trigger for complementary microcircuit of metal-oxide-semiconductor structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013143515/08A RU2541894C1 (en) 2013-09-26 2013-09-26 Trigger for complementary microcircuit of metal-oxide-semiconductor structure

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2541894C1 true RU2541894C1 (en) 2015-02-20

Family

ID=53288816

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013143515/08A RU2541894C1 (en) 2013-09-26 2013-09-26 Trigger for complementary microcircuit of metal-oxide-semiconductor structure

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2541894C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2616170C1 (en) * 2015-12-25 2017-04-12 Федеральное государственное учреждение "Федеральный научный центр Научно-исследовательский институт системных исследований Российской академии наук" (ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН) Multiinput logic gate of complementary metal-oxide-semiconductor decoder structure

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU921052A1 (en) * 1980-07-11 1982-04-15 Предприятие П/Я М-5068 Mos-transistor flip-flop
EP0281741A2 (en) * 1987-03-09 1988-09-14 International Business Machines Corporation CMOS flip-flop storage cell
SU1600598A1 (en) * 1989-03-06 1994-11-30 И.И. Дикарев Radiation-resistant flip-flop
US7719304B1 (en) * 2007-05-08 2010-05-18 Arizona Board Of Regents For And On Behalf Of Arizonia State University Radiation hardened master-slave flip-flop

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU921052A1 (en) * 1980-07-11 1982-04-15 Предприятие П/Я М-5068 Mos-transistor flip-flop
EP0281741A2 (en) * 1987-03-09 1988-09-14 International Business Machines Corporation CMOS flip-flop storage cell
SU1600598A1 (en) * 1989-03-06 1994-11-30 И.И. Дикарев Radiation-resistant flip-flop
US7719304B1 (en) * 2007-05-08 2010-05-18 Arizona Board Of Regents For And On Behalf Of Arizonia State University Radiation hardened master-slave flip-flop

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2616170C1 (en) * 2015-12-25 2017-04-12 Федеральное государственное учреждение "Федеральный научный центр Научно-исследовательский институт системных исследований Российской академии наук" (ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН) Multiinput logic gate of complementary metal-oxide-semiconductor decoder structure

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Morris et al. Design of low voltage tunneling-FET logic circuits considering asymmetric conduction characteristics
Chuang et al. SOI for digital CMOS VLSI: Design considerations and advances
Lacoe Improving integrated circuit performance through the application of hardness-by-design methodology
US9191009B1 (en) Radiation hardened by design digital input/output circuits and related methods
US9647452B2 (en) Electrostatic discharge protection for level-shifter circuit
US9130568B2 (en) Controllable polarity FET based arithmetic and differential logic
US11176997B2 (en) Memory cell
Stenin Simulation of the characteristics of the DICE 28-nm CMOS cells in unsteady states caused by the effect of single nuclear particles
Shifman et al. An SRAM PUF with 2 independent bits/cell in 65nm
RU2541894C1 (en) Trigger for complementary microcircuit of metal-oxide-semiconductor structure
US9627340B2 (en) Semiconductor device
González et al. CMOS implementation of a multiple-valued logic signed-digit full adder based on negative-differentiaI-resistance devices
US9165917B2 (en) In-line stacking of transistors for soft error rate hardening
RU2580071C1 (en) Memory cell for complementary metal-oxide-semiconductor ram structure
RU2554849C2 (en) Memory cell for complementary microcircuit of metal-oxide-semiconductor structure
WO2013130966A2 (en) Fault tolerant static random-access memory
Hanafi et al. Design and characterization of a CMOS off-chip driver/receiver with reduced power-supply disturbance
US20070285118A1 (en) Semiconductor integrated circuit device
RU2693685C1 (en) Asynchronous logic element of a complementary metal-oxide-semiconductor structure
Harikrishna et al. Integrating Drain Gating and Lector Techniques for Leakage Power Reduction in Ultra Deep Submicron Technology
RU2692307C1 (en) Radiation-resistant memory element for static random-access memory devices on complementary metal-oxide-semiconductor transistors
RU2621011C1 (en) Logical comparison element of complimentary metal-oxide-semiconductor structure of associate selector of memory device
Beiu et al. On the advantages of serial architectures for low-power reliable computations
Andjelkovic et al. Analysis of Single Event Transient Effects in Standard Delay Cells Based on Decoupling Capacitors
CN210578492U (en) Single event effect resisting reinforcing circuit of CMOS integrated circuit

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner