Aspectos de robustez para memórias SRAM em FDSOI

Abstract

A evolução tecnológica permitiu a redução agressiva do tamanho dos transistores, proporcionando melhorias nos aspectos de desempenho e funcionalidade geral da eletrônica. Hoje, a microeletrônica se tornou parte essencial em nossas vidas. Em contra partida, esse progresso vem sendo acompanhado por vários desafios. Dentre os principais pontos estão os desafios relacionados ao projeto de memórias SRAM robustas aos efeitos de radiação. Para superar os desafios impostos pela redução agressiva dos transistores e lidar com o impacto dos efeitos da radiação no projeto de circuitos integrados, novas técnicas de projeto e fabricação vem sendo adotadas. A construção dos dispositivos sobre uma camada de óxido sobre o silício (SOI) tem se mostrado uma dos melhores alternativas de fabricação. Sendo a SRAM um componente tão importante, essa dissertação busca contri buir com uma análise sobre algumas das principais características relacionadas ao projeto da SRAM, considerando um processo tecnológico de 28nm FDSOI. Assim, o objetivo principal deste trabalho é a análise da robustez aos efeitos transientes da radiação na ar quitetura da SRAM. Serão consideradas falhas do tipo Single Event Upset e Single Event Transient afetando as células e os circuitos auxiliares da arquitetura. O trabalho avaliou três topologias de célula: a SRAM 6T, SRAM 8T e SRAM 12TDICE. As topologias são comparadas quanto as características elétricas de atraso, margem de ruído, consumo ener gético e robustez aos efeitos de radiação durante as situações de Hold, leitura, escrita e Open-Access Mode(OAM). Os resultados apontam a célula 8T como a melhor opção quanto ao consumo energético, estabilidade e robustez aos efeitos de radiação durante as situações de leitura e OAM. A célula DICE demonstrou a maior robustez aos efeitos de radiação enquanto executa as operações de Hold e escrita. De modo geral, a DICE pode ser considerada a melhor opção quando o parâmetros de projeto priorizam a robus tez. Porém, a célula DICE apresentou uma janela de sensibilidade durante as situações de leitura e OAM, sendo dez vezes mais sensível em relação ao seu resultado durante o Hold.

Technological evolution has allowed the aggressive reduction of transistors size, improv ing the performance and overall functionality aspects of electronics. Today, microelec tronics has become an essential part of our lives. In contrast, this progress has been accompanied by many challenges. Among the key issues are challenges related to the design of robust SRAM memories to the effects of radiation. New project approaches and fabrication techniques are being adopted to overcome the challenges posed by the techno logical scaling and to address the impact of radiation effects on integrated circuit design. Building the devices on a Silicon on Insulator (SOI) layer has proven to be one of the best manufacturing alternatives. As SRAM is such an important component, this dissertation seeks to contribute with an analysis of some of the main characteristics related to the de sign of SRAM, considering a 28 nm FDSOI process. Thus, the main objective of this work is to analyze the robustness to transient radiation effects in SRAM architecture. The investigation considers Single Event Upset and Single Event Transient type faults affect ing even the memory cells and auxiliary circuits of a complete SRAM architecture. The work evaluates three cell topologies: SRAM 6T, SRAM 8T, and SRAM 12TDICE. The topologies are compared for electrical characteristics of delay, noise margins, power con sumption, and robustness to radiation effects during four operations: Hold, Read, Write, and Open-Access Mode. The results showed the 8T cell as the best choice for power consumption, stability, and robustness to radiation effects during Read and Open-Access Mode (OAM) situations. The DICE cell demonstrated the highest robustness to radiation effects while performing Hold and Write operations. Overall, DICE can be considered the best choice when the design parameters give priority to robustness. However, the DICE cell showed ten times more sensitivity during Read and OAM situations than its result during Hold.