一种利用二维查找表耦合注入评估锗硅工艺模拟电路单粒子效应的方法、系统、设备及介质

本发明涉及半导体器件单粒子效应检测，特别涉及一种利用二维查找表耦合注入评估锗硅工艺模拟电路单粒子效应的方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、sige hbt因其高频率、高线性度、低功耗、低噪声系数以及与cmos工艺的高兼容性，被广泛的应用于射频电路的设计。利用sige工艺的性质：即更高的截至频率和低噪性能以及与cmos工艺的高兼容性，使用sige工艺设计低噪放大器以及射频放大器等电路有极大的研究前景，但是sige hbt对单粒子效应非常敏感，具有较低的单粒子效应的临界阈值和较高的翻转截面积，空间粒子入射易造成其相关电路失效。随着近些年来的研究，集成电路和器件的特征尺寸不断减小，在航天领域中，单粒子翻转的产生对电路造成的影响变得更加严重，单粒子瞬态效应(set)成为导致集成电路单粒子失效的主要原因之一，目前，单粒子效应描述评估的最优化方法为单粒子效应的电路级仿真，所以进一步研究set对集成电路的影响的重要性不言而喻。

2、探究set对集成电路的影响首先需要实现set的准确注入，为了实现set的准确注入，近年来的方法为基于tcad与spice的混合仿真，实现实验电路内脉冲电流源的模型来模拟set实验中产生的电荷沉积与电荷收集的现象；常见的方法有独立电源法与器件/电路混合模拟法：独立电源法包括双指数电源法与基于分段插值的pwl电流源法，主要表现为将定义好的电流或测量得到的响应电流以电流源的方式引入spice电路，缺点是结果不准确以及不可拓展于偏压条件，无法实现复杂电路的注入；器件/电路混合模拟法可以根据模拟电路的动态响应来设定边界条件，通过建立电路计算模型，将计算出的瞬态电流注入到电路模型中，在电路模型中计算出电路中节点电压的变化情况，来模拟电路中的耦合效应，这种方法虽然可以得到准确的set电流，但是建立模型过程耗时也很难分析复杂的电路。因此，利用查找表(lut)的方法对感生set电流建模的方式可以综合tcad的设计精度与电路极的仿真速度。由于lut所需的设计范围以及对于电路中元件的校准，利用lut建模set电流需要设备仿真，大多应用于简单数字逻辑电路来分析单粒子效应对电路的影响。

3、目前对于sige hbt的模拟电路的单粒子效应的仿真、评估与测试需要在实验室完成，耗费时间与物力。sige hbt模拟电路单粒子效应的仿真评估需要一种理论的耦合注入方式，以降低实验考核方法的时间与金钱的消耗。

4、benedetto，j.m.，eaton，p.h.，mavis，d.g.，gadlage，m.，turflinger，t.在variation of digital set pulse widths and the implications for single eventhardening of advanced cmos processes中，提出了技术方案为基于分段插值的pwl电流源法，主要表现为将定义好的电流或测量得到的响应电流以电流源的方式引入spice电路(benedetto，j.m.，eaton，p.h.，mavis，d.g.，gadlage，m.，turflinger，t.variationofdigital set pulse widths andthe implications for single event hardening ofadvanced cmos processes.ieee transactions on nuclear science)，但是由于结果不准确以及不可拓展于偏压条件，导致了无法实现复杂电路的注入的缺点。

5、turowski,m，raman,a，jablonski,g在mixed-mode simulation andanalysis ofdigital single event transients in fast cmosics中，提出的技术方案为根据模拟电路的动态响应来设定边界条件，通过建立电路计算模型，将计算出的瞬态电流注入到电路模型中，在电路模型中计算出电路中节点电压的变化情况，来模拟电路中的耦合效应(turowski,m，raman,a，jablonski,g.mixed-mode simulation and analysis of digitalsingle event transients in fast cmosics/2007.doi:10.1109/mixdes.2007.4286199.)；但是由于这种方法虽然可以得到准确的set电流，但是建立模型过程耗时也很难分析复杂的电路，导致了应用起来过于繁杂，用时过久的缺点。

6、赵雯等人在“基于二维查找表的set耦合注入方法”一文中，提出了使用lut方法的综合tcad的设计精度与电路极的仿真速度，对简单电路进行set的注入仿真以达到探究单粒子效应对电路的影响的目的(赵雯；郭红霞；罗尹虹；丁李利；张科营；基于二维查找表的set耦合注入方法[a]；第六届(2010年)北京核学会核技术应用学术交流会论文集[c]；2010年)。但是由于主要应用于简单数字逻辑电路进行分析，不能切实的完成模拟实际情况下锗硅工艺电路的单粒子效应的仿真、评估与测试，导致了不能应用于复杂模拟电路以及进行后续的实验分析的缺点。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种利用二维查找表耦合注入评估锗硅工艺模拟电路单粒子效应的方法、系统、设备及介质，根据偏压条件建立二维查找表并注入模拟电路平台进行后续的set实验分析，本发明能够实现sige hbt模拟电路单粒子效应的仿真评估，相比于目前的二维查找表应用，可以在模拟电路层面实现sigehbt电路的耦合注入，并进行下一步的分析；相比于实验室级的单粒子瞬态效应set注入实验，具有节省时间、经费，便于初步验证等优点。

2、为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

3、一种利用二维查找表耦合注入评估锗硅工艺模拟电路单粒子效应的方法，包括以下步骤：

4、步骤1，设定sige hbt器件模型的几何结构、材料结构、掺杂成分与参数，定义电极，搭建器件模型，得到sige hbt器件模型；

5、步骤2，设定模拟电路对应特性的技术指标参数，利用步骤1得到的sige hbt器件模型在模拟电路平台上搭建模拟电路；

6、步骤3，对步骤2搭建的模拟电路初步开展器件/电路混合模拟仿真，验证模拟电路功能是否正常，若正常，则得到sige hbt电路；若不正常，则重复步骤2-步骤3，直至功能正常；

7、步骤4，选择入射离子的种类与能量，计算入射离子在步骤1搭建的sige hbt器件模型中的非线性能量传输值let，并确定入射离子的影响因素；

8、步骤5，测量步骤1搭建的sige hbt器件模型的内建电势，根据内建电势，设定二维查找表所需的偏压选择范围；

9、步骤6，利用步骤4选择的入射离子和影响因素以及步骤5设定的偏压选择范围，对步骤3得到的sige hbt电路进行不同影响因素下的离子入射实验，记录二维查找表所需影响因素、自变量与因变量的数据，构建多个独立的二维查找表；

10、步骤7，将步骤6构建的多个独立的二维查找表引入步骤3的sige hbt电路，根据离子注入引起的sige hbt器件模型偏压变化规律，耦合计算不同偏压下的单粒子瞬态效应set电流，并进行数据更新，模拟单粒子瞬态效应set电流的耦合注入电路，实现锗硅工艺模拟电路单粒子效应的评估。

11、所述步骤1中搭建器件模型的方法包括工艺模拟法或器件模拟法；sige hbt器件模型的原料包括硅、多晶硅或二氧化硅材料，其中，hbt的基区材料为组分渐变的sige；使用宽禁带的si作为发射极和集电极、窄禁带的sige作为基区。

12、所述步骤2中模拟电路对应特性的技术指标参数包括中心频率、增益、噪声系数、损耗、输出功率。

13、所述步骤2中利用步骤1得到的sige hbt器件模型在模拟电路平台上搭建模拟电路的具体方法为：

14、将sige hbt器件模型放置于模拟电路平台，以sige hbt器件模型为核心器件，sige hbt器件模型的基极连接模拟电路的输入端口，集电极分别连接模拟电路中偏置电路的端口和模拟电路的输出端口。

15、所述步骤4具体为：

16、步骤4.1，选择入射离子的种类与能量，计算入射离子在步骤1搭建的sige hbt器件模型中的非线性能量传输值let，公式为：

17、

18、式中，非线性能量传输值let表示入射离子在材料中单位长度上沉积的能量，通过密度值归一化处理，单位为mev·cm2/mg，ρ表示密度；

19、步骤4.2，根据sige hbt器件模型的特征尺寸、工作所需特性确定入射离子的影响因素，所述影响因素包括入射离子的非线性能量传输值let大小、入射角度以及特征半径。

20、所述步骤5具体为：

21、步骤5.1，测量步骤1搭建的sige hbt器件模型的内建电势；

22、步骤5.2，利用电路输入电压减去步骤5.1得到的内建电势，得到二维查找表所需的偏压选择范围。

23、所述步骤7中耦合计算不同偏压下的单粒子瞬态效应set电流，并进行数据更新的具体过程为：读取二维查找表中的数据集，采用内插或外推法得到单粒子瞬态效应set电流，将计算出的单粒子瞬态效应set电流代入电路后，重新获取新的第二级共基极cb集电极电压vc和时间t并进行数据更新。

24、一种利用二维查找表耦合注入评估锗硅工艺模拟电路单粒子效应的系统，包括：

25、器件模型搭建模块：设定sige hbt器件模型的几何结构、材料结构、掺杂成分与参数，定义电极，搭建器件模型，得到sige hbt器件模型；

26、模拟电路搭建模块：设定模拟电路对应特性的技术指标参数，利用器件模型搭建模块得到的sige hbt器件模型在模拟电路平台上搭建模拟电路；

27、模拟电路验证模块：对模拟电路搭建模块搭建的模拟电路初步开展器件/电路混合模拟仿真，验证模拟电路功能是否正常，若正常，则得到sige hbt电路；若不正常，则重复模拟电路搭建模块至模拟电路验证模块的操作，直至功能正常；

28、入射粒子选择模块：选择入射离子的种类与能量，计算入射离子在器件模型搭建模块搭建的sige hbt器件模型中的非线性能量传输值let，并确定入射离子的影响因素；

29、偏压选择范围设定模块：测量器件模型搭建模块搭建的sige hbt器件模型的内建电势，根据内建电势，设定二维查找表所需的偏压选择范围；

30、二维查找表构建模块：利用入射粒子选择模块选择的入射离子和影响因素以及偏压选择范围设定模块设定的偏压选择范围，对模拟电路验证模块得到的sige hbt电路进行不同影响因素下的离子入射实验，记录二维查找表所需影响因素、自变量与因变量的数据，构建多个独立的二维查找表；

31、耦合注入电路模拟模块：将二维查找表构建模块构建的多个独立的二维查找表引入模拟电路验证模块的sige hbt电路，根据离子注入引起的sige hbt器件模型偏压变化规律，耦合计算不同偏压下的单粒子瞬态效应set电流，并进行数据更新，模拟单粒子瞬态效应set电流的耦合注入电路，实现锗硅工艺模拟电路单粒子效应的评估。

32、一种利用二维查找表耦合注入评估锗硅工艺模拟电路单粒子效应的设备，包括：

33、存储器：用于存储实现所述的一种利用二维查找表耦合注入评估锗硅工艺模拟电路单粒子效应的方法的计算机程序；

34、处理器：用于执行所述计算机程序时实现所述的一种利用二维查找表耦合注入评估锗硅工艺模拟电路单粒子效应的方法。

35、一种计算机可读存储介质：

36、所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时能够实现一种利用二维查找表耦合注入评估锗硅工艺模拟电路单粒子效应的方法。

37、相对于现有技术，本发明的有益效果在于：

38、1、本发明步骤4可以通过计算和记录离子非线性能量传输值let及其他因素的方法，搭建不同的查找表数据集，模拟实验室级sige hbt电路的单粒子效应结果，可以弥补实际地面实验中实验入射离子的let值不够高、不全面等缺点，与现有技术相比，具有节省实验经费与时间的优点。

39、2、本发明步骤6在建立二维查找表时，使用的数据是在器件模拟仿真平台通过区分不同影响因素得到的，所以使用本方法建立的二维查找表可以在电路模拟仿真平台探索器件层面的参数对端口电流的影响规律。(例如：不同let值的数据建立起二维查找表，可以在导入模拟电路仿真平台中的电路时，进一步探究在真实实验环境下let值的大小对电路中器件以及电路端口电流的影响，同理包括：离子的特征半径、入射角度等)。与现有技术相比，本发明具有提高后续分析不同因素对sige hbt电路的单粒子效应的影响等实验的研究和评估速率的特点。

40、3、本发明步骤7可以通过将步骤6建立的二维查找表导入模拟电路平台，模拟单粒子瞬态效应set电流的耦合注入以及对锗硅电路进行单粒子入射的评估测试实验。与现有技术相比，本发明可以在模拟电路平台进一步进行电路级sige hbt工艺模拟仿真。

41、4、本发明步骤7后续可以通过二维查找表模拟单粒子瞬态效应set电流的耦合注入锗硅电路得到的实验结果，进一步对其锗硅电路进行改进，并对后续改进电路进行电路的评估与测试。与现有技术相比，本发明能够对锗硅工艺电路及改进的电路进行初步验证，具有节省实验时间、经费等优点。

42、综上所述，本发明使用二维查找表耦合注入set的方法实现了模拟电路平台与器件仿真平台的数据互通的目的，可以在sige hbt电路设计阶段实现单粒子效应性能的评估与测试。同时，可以在模拟电路平台进一步进行电路级sige hbt工艺模拟仿真以及后续电路及其改进电路的评估与测试。相比于目前的二维查找表应用，可以在模拟电路层面实现sige hbt电路的耦合注入，并进行下一步的分析；相比于实验室级的单粒子瞬态效应set注入实验，具有节省时间、经费，便于初步验证等优点。