Simulação elétrica do efeito de dose total em células de memória estática (SRAM)

Abstract

Nesta dissertação é apresentado o estudo da célula SRAM estática de 6 transistores, com tecnologia CMOS, sendo utilizada em ambiente exposto à radiação. Foi verificado, através de simulação com o Hspice (HSPICE, 2009; KIME, 1998) e com a análise de Monte Carlo, o seu comportamento com relação à dose de ionização total (Total Ionization Dose, TID), a qual altera a tensão de limiar (threshold voltage, Vth) e a corrente de fuga, não sendo utilizada nenhuma técnica de fabricação especial para tolerância à radiação. Na simulação foi observado o comportamento da célula com relação ao tempo de atraso de escrita, à margem de ruído de leitura e ao consumo de energia. As simulações incluem as tecnologias de 130nm e 350nm sendo, portanto, possível comparar os efeitos de radiação citados em ambas, para verificar qual é a mais naturalmente resistente a radiação, verificando se está coerente com resultados divulgados na literatura. Para simular o efeito de dose, altera-se a tensão de limiar (threshold voltage, Vth) com a análise de Monte Carlo e, para a corrente de fuga, adiciona-se uma fonte de corrente entre o dreno e fonte de cada transistor. Os valores de Vth e corrente de fuga foram obtidos nas referências (HAUGERUD, 2005) para a tecnologia 130nm e (LACOE, 1998) para a tecnologia 350 nm. As simulações mostram que o comportamento foi coerente com resultados já conhecidos, em que a tecnologia mais antiga (350nm) tem alterações mais significativas do que a tecnologia mais atual, em relação à TID.

This work presents the study of the static RAM (SRAM) cell with 6 transistor, using CMOS technology, under radiation environment. The electrical behavior of the cell is evaluated using SPICE simulation (HSPICE, 2009; KIME, 1998) and applying Monte Carlo analysis. The effect of total ionization dose is analyzed through the modeling of threshold voltage shifts and leakage currents. The case study processes of this work do not use any special fabrication steps to make the circuit tolerant to radiation. The behavior of the cell related to write propagation time, read noise margin and energy consumption is evaluated through scripts written to support the simulation campaign. The simulations were performed for both 130nm and 350nm technologies, making possible to compare which one is more resistant to radiation. To further explore the dose effect in the case where the radiation does not affect all transistors in exactly the same way, the threshold voltage (Vth) of the transistors is varied randomly in the Monte Carlo analysis. To consider the leakage current, it is added a current source between drain and source of each transistor. The values of Vth and leakage current were obtained in reference (HAUGERUD, 2005) for the 130nm and in reference (LACOE, 1998) for the 350nm technology. The simulations show that the behavior was consistent with results already known, in which the older technology (350nm) is more significant changes then the most current technology, for the TID.