基于电荷共享的静态存储单元单粒子翻转版图加固方法

本发明涉及静态存储单元单粒子翻转版图加固，具体为基于电荷共享的静态存储单元单粒子翻转版图加固方法。

背景技术：

1、在宇宙空间中，存在大量高能粒子(质子、电子、重离子)。当高能粒子轰击存储电路中的存储单元时，会在存储单元中产生大量的电荷，存储单元中的存储节点便会收集所产生的电荷，从而使所存储的数据发生翻转，产生单粒子翻转效应(seu)。当特征尺寸在130nm及以上时，高能粒子仅能影响到单个存储单元，使得单个存储单元中所存储的数据发生翻转。当特征尺寸缩减到90nm及以下时，高能粒子会对两个或两个以上的存储单元造成影响，使得这些存储单元所存储的数据发生翻转。单粒子轰击集成电路的线性能量转移(let)值越高，产生的电荷越多，越容易使得存储单元发生翻转。航空、航天领域中使用的存储电路都会受到单粒子翻转效应的威胁，使集成电路工作不稳定，甚至产生致命的错误，因此开发先进的存储电路抗单粒子翻转效应加固技术尤为重要。

2、sram是组成静存储电路的基本单元，也是存储电路最常使用的单元。因此sram抗单粒子翻转的能力直接决定了存储电路的抗单粒子翻转性能，对sram版图进行加固设计可以有效地提高存储电路抵抗单粒子翻转的能力，降低存储单元产生错误的概率，即软错误率。典型的sram采用的是6管结构。它是通过两个交叉耦合的反相器来存储数据。该结构由两个pmos管p1，p2以及四个nmos管n1，n2，n3，n4构成。其中p1与n1、p2与n2分别构成反相器单元，p1与n1的漏极连接p2与n2的栅极，p2与n2的漏极连接p1与n1的栅极。通过这种方式便构成了交叉耦合的反相器。n3、n4管作为读写控制管，其栅极连接读写控制信号。n3管的漏极连接位线，n3管的源级则连接p1与n1的漏极。n4管的漏极连接相反信号的位线，n4管的源级则连接p2与n2的漏极。该结构的优点在于晶体管数目少，面积开销较小。该结构的不足之处在于其交叉耦合的反相器易受到单粒子轰击的影响而产生单粒子翻转，从而产生软错误。为了提高sram抵抗单粒子翻转的能力，降低存储单元的软错误率。

3、一种基于增加冗余存储节点的存储单元加固技术，该结构由四个pmos管p1，p2，p3，p4以及八个nmos管n1，n2，n3，n4、n5、n6、n7、n8构成，其中p1与n1、p2与n2、p3与n3、p4与n4分别构成了四个交叉耦合的反相器，并用来存储数据值，n5、n6、n7、n8则作为四个读写控制管，其栅极均连接读写控制信号或时钟信号，n5、n7管的源级连接位线，n5管的漏极与p1和n1的漏极相连，n7管的漏极与p3和n3的漏极相连，n6、n8管的源级连接反向位线，n6管的漏极与p2和n2的漏极相连，n8管的漏极与p4和n4的漏极相连，当特征尺寸为130nm及以上时，高能粒子仅对单个sram造成影响，使得单个sram中所存储的数据发生翻转，该结构通过增加冗余存储节点，消除了因单个sram发生翻转所造成的存储数据错误，而当特征尺寸缩减到90nm及以下时，高能粒子会对多个sram造成影响，该结构抗单粒子翻转的性能也随着特征尺寸的缩减而下降。此外该结构由于采用了12个晶体管，因此增大了版图面积，增加了设计的复杂性。

4、shah m.jahinuzzaman等人在ieee transaction on nuclear science(ieee原子能科学学报)上发表的基于不同读能力的具有软错误容忍能力的10管sram单元，提出了一种新的改进sram软错误率的结构，该结构由六个nmos管n1，n2，n3，n4，n5，n6以及四个pmos管p1，p2，p3，p4组成。其中p1与n1、p2与n2、p3与n3、p4与n4分别构成四个反相器。p1的栅极和p2与n2的漏极相连，p2的栅极和p4与n4的漏极相连，p3的栅极和p4与n4的漏极相连，p4的栅极和p2与n2的漏极相连，nmos管的栅极与pmos管的连接方式相似，n1的栅极和p2与n2的漏极相连，p2的栅极和p4与n4的漏极相连，p3的栅极和p4与n4的漏极相连，p4的栅极和p2与n2的漏极相连。n5，n6管则作为读写控制管，其栅极与读写使能相连。n5的漏极与p1和n1的漏极相连，n5的源级与位线相连，n6的漏极与p3和n3的漏极相连，n6的源级与反向位线相连。该结构的优点在于驱动每一个存储节点的pmos管和nmos管的栅极并没有连接在一起，而是连接在不同的存储节点上。当该存储单元受到单粒子轰击而使存储节点将要发生翻转时，便会在该存储节点处产生负反馈。负反馈使得存储节点能够恢复到原来节点所存储的数据值，从而提高了存储单元抗单粒子翻转的能力。该结构的不足之处在于由于新增加了两个pmos管和两个nmos管，使得存储单元版图面积增大，设计复杂性增加。

5、随着集成电路工艺尺寸的缩减，sram出现了一种新的单粒子现象：与直接发生单粒子翻转效应不同，它是由于间接的电荷收集导致sram发生单粒子翻转效应。

6、基于单节点和多节点电荷收集的sram单元单粒子翻转效应研究，通过计算机模拟软件表明65nmcmos工艺下，典型的6管sram在少量的淀积电荷下就可能翻转，但当入射粒子let值较大时翻转态就会恢复到之前的稳定状态，初始的翻转是由直接的电荷收集引起的，而进入亚稳态及从亚稳态恢复则是由间接的电荷收集所导致，因此，亟待一种改进的技术来解决现有技术中所存在的这一问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于电荷共享的静态存储单元单粒子翻转加固方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于电荷共享的静态存储单元单粒子翻转加固方法，所述

3、将典型的6管sram中的两个pmos管p1、p2拆为四个pmos管，即第一pmos管、第二pmos管、第三pmos管和第四pmos管；

4、第一pmos管与第二pmos管上下排列放置在n阱中，第一pmos管与第二pmos管之间的间距满足设计规则所要求的最小间距，将第三pmos管与第四pmos管上下排列，并放置在第一pmos管与第二pmos管旁；

5、第一pmos管与第三pmos管向左或向右进行平移，使拆分后的四个pmos管交错排列的方式，并缩减上方晶体管和下方晶体管的间距，直到缩减到设计规则所要求的最小间距；

6、第一pmos管和第二pmos管的源极与电源相连，第三pmos管和第四pmos管的源极与电源相连，第三pmos管和第四pmos管同时与第二nmos管的漏极相连。

7、优选的，所述第一pmos管和第二pmos管的宽度相同，且为0.5×wp1，所述第三pmos管与第四pmos管的宽度相同，且为0.5×wp2；

8、所述第一nmos管、第二nmos管、第三nmos管和第四nmos管与典型的6管sram结构中四个nmos管的宽度相同。

9、优选的，所述第一pmos管的漏极与第二pmos管的漏极相连，并与第一nmos管的漏极相连，第一pmos管的栅极与第二pmos管的栅极相连，并与第一nmos管的栅极相连，第一nmos管的源级接地，第三pmos管和第四pmos管的源极与电源相连；

10、所述第三pmos管的栅极与第四pmos管的栅极相连，并与第二nmos管的栅极相连，第二nmos管的源级接地，第三nmos管和第四nmos管则作为读写控制管，第三nmos管的栅极和第四nmos管的栅极与读写控制线相连，第三nmos管的源级与位线相连，第三nmos管的漏极与第一pmos管、第二pmos管、第一nmos管的漏极相连，并与第三pmos管，第四pmos管、第二nmos管的栅极相连，第四nmos管的源级与反向位线相连，第四nmos管的漏极与第一pmos管、第二pmos管、第一nmos管的栅极相连，并与第三pmos管，第四pmos管、第二nmos管的漏极相连。

11、优选的，所述基于电荷共享的静态存储单元单粒子翻转效应的工作过程为：

12、第一pmos管、第二pmos管和第一nmos管的漏极构成的存储节点所存储的数据值为“0”时，第三pmos管、第四pmos管和第二nmos管的漏极构成存储节点；存储的数据值为“1”时，此时第一pmos管、第二pmos管和第二nmos管处于关断状态，第三pmos管、第四pmos管和第一nmos管处于导通状态；

13、单粒子轰击第一pmos管或第二pmos管的漏极时，轰击粒子在漏极产生电荷，第一pmos管或第二pmos管的漏极收集所产生的电荷时，使存储的数据值由“0”翻转到“1”，第三pmos管、第四pmos管和第二nmos管的漏极构成的存储节点所存储的数据值从“1”翻转到“0”；

14、第一pmos管、第二pmos管和第二nmos管由关断状态变为导通状态，第三pmos管、第四pmos管和第一nmos管则由导通状态变为关断状态，处于关断状态的第三pmos管和第四pmos管的漏极也会收集由粒子轰击所产生的电荷，当第三pmos管和第四pmos管的漏极收集到足够的电荷值时，变会使由第三pmos管、第四pmos管和第二nmos管的漏极构成的存储节点所存储的数据值从“0”恢复到“1”，并会导致第一pmos管、第二pmos管和第一nmos管的漏极构成的存储节点所存储的数据值从“1”恢复到“0”；

15、当第一pmos管、第二pmos管和第一nmos管的漏极构成的存储节点所存储的数据值为“1”时，第三pmos管、第四pmos管和第二nmos管的漏极构成的存储节点所存储的数据值为“0”时，抗单粒子翻转的工作过程与第一种情况相同；

16、第一pmos管、第二pmos管和第二nmos管处于导通状态，而第三pmos管、第四pmos管和第一nmos管处于关断状态，当单粒子轰击第三pmos管或第四pmos管的漏极时，电荷收集的影响使得该节点的数据值由“0”翻转到“1”，第一pmos管、第二pmos管和第一nmos管的漏极构成的存储节点所存储的数据值从“1”翻转到“0”；

17、第一pmos管、第二pmos管和第二nmos管由导通状态变为关断状态，第三pmos管、第四pmos管和第一nmos管则由导关断状态变为导通状态，此时第一pmos管的漏极和第二pmos管的漏极收集电荷并使得该节点所存储的数据值由“0”恢复到“1”，从而使得第三pmos管、第四pmos管和第二nmos管的漏极构成的存储节点所存储的数据值从“1”恢复到“0”。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

19、(1)充分利用了间接的电荷收集导致sram发生单粒子翻转效应这一新的单粒子现象，从而有效地提高了本发明抗单粒子翻转的能力，降低了该结构的软错误率；

20、(2)第一pmos管与第三pmos管向左或向右进行平移，使得拆分后的四个pmos管交错排列的方式，并缩减上方晶体管和下方晶体管的间距，直到缩减到版图设计规则所要求的最小间距，由于上下晶体管之间的间距减小了，本发明反而减小了版图面积；

21、(3)该方法采用交错排列的方式，缩减上方晶体管和下方晶体管的间距，并且有效地提高了本发明抗单粒子翻转的能力，降低了该结构的软错误率，有效地提高了抗单粒子翻转的能力，降低了该结构的软错误率。