Research on temperature sensitivity of Single-event Transient pulse width in 28-nm bulk technology

The influence of temperature on single-event transient (SET) pulse width has always been a hot issue in the field of anti-irradiation. Based on 3D-TCAD simulation, the temperature sensitivity of the SET pulse width of 28-nm bulk devices has been studied. The simulation results show that the electrical characteristics of the device shows an anti-temperature effect, but the worst case of SET pulse width still occurs at high temperature rather than low temperature. The influence of the triple-well structure on the temperature sensitivity of the SET pulse width has also been studied. The N+ deep well can significantly increase the SET pulse width when hitting NMOS device and enhance the temperature sensitivity of the SET pulse width. The research content of this article will provide reference for the design of radiation resistant chip.

LIHL: Design of a Novel Loop Interlocked Hardened Latch

A single event causing a double-node upset is likely to occur in nanometric complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS). Contemporary hardened latch designs are insufficient in meeting high reliability, low power consumption, and low delay. This paper presents a novel soft error hardened latch, known as a loop interlocked hardened latch (LIHL). This latch consists of four modified cross-coupled elements, based on dual interlocked storage cell (DICE) latch. The use of these elements hardens the proposed LIHL to soft errors. The simulation results showed that the LIHL has single-event double upset (SEDU) self-recoverability and single-event transient (SET) pulse filterability. This latch also reduces power dissipation and propagation delay, compared to other SEDU or SET-tolerant latches.

Optimized switch-level soft error detection based on advanced switch-level models

Due to the reduction of transistor size, modern circuits are becoming more sensitive to soft errors. The development of new techniques and algorithms targeting soft error detection are important as they allow designers to evaluate the weaknesses of the circuits at an early stage of the design. The project presents an optimized implementation of soft error detection simulator targeting combinational circuits. The developed simulator uses advanced switch level models allowing the injection of soft errors caused by single event-transient pulses with magnitudes lesser than the logic threshold. The ISCAS'85 benchmark circuits are used for the simulations. The transients can be injected at drain, gate, or inputs of logic gate. This gives clear indication of the importance of transient injection location on the fault coverage. Furthermore, an algorithm is designed and implemented in this work to increase the performance of the simulator. This optimized version of the simulator achieved an average speed-up of 310 compared to the non-algorithm based version of the simulator.

Optimized switch-level soft error detection based on advanced switch-level models

Due to the reduction of transistor size, modern circuits are becoming more sensitive to soft errors. The development of new techniques and algorithms targeting soft error detection are important as they allow designers to evaluate the weaknesses of the circuits at an early stage of the design. The project presents an optimized implementation of soft error detection simulator targeting combinational circuits. The developed simulator uses advanced switch level models allowing the injection of soft errors caused by single event-transient pulses with magnitudes lesser than the logic threshold. The ISCAS'85 benchmark circuits are used for the simulations. The transients can be injected at drain, gate, or inputs of logic gate. This gives clear indication of the importance of transient injection location on the fault coverage. Furthermore, an algorithm is designed and implemented in this work to increase the performance of the simulator. This optimized version of the simulator achieved an average speed-up of 310 compared to the non-algorithm based version of the simulator.

Integrated Silicon Photonics for Enabling Next-Generation Space Systems

A review of silicon photonics for space applications is presented. The benefits and advantages of size, weight, power, and cost (SWaP-C) metrics inherent to silicon photonics are summarized. Motivation for their use in optical communications systems and microwave photonics is addressed. The current state of our understanding of radiation effects in silicon photonics is included in this discussion. Total-ionizing dose, displacement damage, and single-event transient effects are discussed in detail for germanium-integrated photodiodes, silicon waveguides, and Mach-Zehnder modulators. Areas needing further study are suggested.

Models and algorithms of soft error inducing mechanisms in ICs

Η αξιοπιστία των Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων (ΟΚ) ήταν ανέκαθεν μία από τις πιο συχνές ανησυχίες στον τομέα του VLSI, πόσο μάλλον σήμερα, που η συνεχής συρρίκνωση της τεχνολογίας που ακολουθεί το Νόμο του Moore τα καθιστά πιο ευάλωτα σε διάφορους παράγοντες. Η πρόκληση που έχει να κάνει με την αξιοπιστία και τα Μεταβατικά Σφάλματα που προκαλούνται από ιονίζουσα ακτινοβολία κερδίζει συνεχώς έδαφος και έχει τραβήξει την προσοχή αρκετών ερευνητών προσφάτως. Ένα σωματίδιο επαρκούς ενέργειας που συγκρούεται με ένα τρανζίστορ μπορεί να προκαλέσειδιαταραχή στην ισορροπία μεταξύ ηλεκτρονίων και οπών εντός της συσκευής, έχοντας ως αποτέλεσμα την αλλαγή της λογικής κατάστασης της εξόδου της πύλης που διαρκεί συνήθως ορισμένα picoseconds. Το προσωρινό αυτό φαινόμενο που εμφανίζεται ως ένας ανεπιθύμητος παλμός στην έξοδο, που καλείται και Single Event Transient (SET), μπορεί να επηρεάσει τη σωστή λειτουργία του κυκλώματος καθώς διαδίδεται και εν τέλει αποθηκεύεται σε κάποιο στοιχείο μνήμης. Αυτό ονομάζεται Μεταβατικό Σφάλμα και παρόλο που δεν είναι μόνιμο μπορεί να προκαλέσει απρόσμενη συμπεριφορά στο κύκλωμα. Έτσι, είναι σημαντικό για τη βιομηχανία να γνωρίζει την ευπάθεια των κυκλωμάτων σε τέτοιου είδους κινδύνους, ειδικότερα όταν αυτά αφορούν κρίσιμα συστήματα, όπως ιατρικά, αεροηλεκτρονικά, στρατιωτικά, κ.ά. Σε αυτήν τη διατριβή παρουσιάζουμε ένα ολοκληρωμένο πλαίσιο για τη μοντελοποίηση των Μεταβατικών Σφαλμάτων εξαιτίας της ιονίζουσας ακτινοβολίας στη συνδυαστική λογική των ΟΚ, παρέχοντας μία εκτίμηση της Συχνότητας Μεταβατικών Σφαλμάτων (ΣΜΣ), ενός ευρέως διαδεδομένου μέτρου για την ευπάθεια των ΟΚ σε τέτοιους κινδύνους. Η προτεινόμενη μεθοδολογία που βασίζεται σε Monte Carlo προσομοιώσεις, λαμβάνει υπόψην το φυσικό σχέδιο ενός κυκλώματος ούτως ώστε να μοντελοποιήσει τα Single Event Multiple Transients (SEMTs), τα οποία γίνονται ολοένα και πιο συχνά με τη συρρίκνωση της τεχνολογίας. Επίσης, παρουσιάζονται δύο παραλλαγές του κύριου αλγορίθμου της εκτίμησης της ΣΜΣ, για την ταυτοποίηση των ευαίσθητων περιοχών και των πιο ευαίσθητων πυλών ενός κυκλώματος, επιτρέποντας μικρές τροποποιήσεις είτε της σχεδίασης του κυκλώματος, είτε ακόμη και των στρατηγικών χωροθέτησής του στα πρώτα στάδια της σχεδίασης με σκοπό τη μείωση της ΣΜΣ. Τα αποτελέσματα της εκτίμησης της ΣΜΣ επιδεικνύονται με μία ποικιλία προσομοιώσεων που πραγματοποιούνται πάνω στα ISCAS ’89 κυκλώματα για τις τεχνολογίες των 45nm και 15nm, ενώ η επαλήθευση με το εργαλείο προσομοίωσης HSPICE υποδεικνύει αποδεκτή απόκλιση για τα μικρής κλίμακας κυκλώματα. Τέλος, εξετάζεται η συμπεριφορά της σύγχρονης τεχνολογίας κατασκευής ΟΚ Fully-Depleted Silicon-On-Insulator (FDSOI) απέναντι στα χτυπήματα των σωματιδίων και συγκρίνεται με τη συμβατική Bulk τεχνολογία μέσω προσομοιώσεων TCAD.