CMOS工艺中单粒子效应调制下阱电势测量电路的制作方法

本发明涉及在单粒子效应调制下测量阱电势在时间和空间位置上值的变化情况，便于检测电路是否产生逻辑错误。

背景技术：

随着科技的进步，航空航天技术进一步成为衡量一个国家综合实力的重要标准之一。集成电路作为航天器件的核心，其性能和功能直接关系到航天器件的先进水平。在航天器工作的环境中，太空中众多高能粒子的撞击无疑对集成电路的性能稳定性提出了更高的要求。

当一个带电粒子穿过硅体时会产生额外的电子空穴对，从而引起单粒子效应。一方面，这些过剩电荷会通过漂移和扩散作用被受打击和附近的MOS管的源极/漏极所收集。另一方面，MOS管所在的N阱和P阱的电势也会发生扰动，从而激活寄生的三极管并收集额外的电荷。因此，这会导致MOS管总的被收集电荷量大于粒子沉积的电荷量，造成器件逻辑状态的非正常改变或器件损坏。特征尺寸的减小导致晶体管密度增大，所以一个粒子沉积电荷所引起的N阱或P阱电势的改变有可能产生多个寄生三极管，从而对电路造成更大的影响。这在亚100nm技术节点的CMOS工艺中更为明显。

因此，测量入射粒子在不同条件下（如不同时间和空间纬度）的阱势变化显得尤为重要。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种CMOS工艺中单粒子效应调制下阱电势测量电路，实现单粒子效应调制下阱电势在时空上的数值分布测量。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种CMOS工艺中单粒子效应调制下阱电势测量电路，其特征是，包括采集M个阱接触电势值的采集模块、对应N个不同时钟信号CLK的D触发器模块和PISO输出模块；

采集模块包括N个一级时间精度采集子模块，每个一级时间采集子模块包括对应各阱接触的M个二级位置精度采集子模块，每个二级位置精度采集子模块包括S个三级数值精度采集子模块，每个三级数值精度采集子模块包括NAND门和非门，NAND门的一个输入端连接SET信号，另一个输入端连接与NAND门所属二级位置精度采集子模块相对应的阱接触的电势值，NAND门的输出端连接非门的输入端；

D触发器模块包括对应各时钟信号的N个一级时控D触发器子模块，每个一级时控D触发器子模块包括对应各二级位置精度采集子模块的M个二级D触发器子模块，每个二级D触发器子模块包括对应各三级数值精度采集子模块的S个D触发器，每个一级时控D触发器子模块中所有D触发器的触发信号为相应的时钟信号CLK，D触发器的输入端连接相应三级数值精度采集子模块中非门的输出端；

PISO输出模块包括与N个一级时控D触发器子模块相对应的N个PISO输出子模块，每个PISO输出子模块包括移位寄存器，移位寄存器的输入端连接相应的一级时控D触发器子模块中所有D触发器的输出端。

进一步的，测量电路可以用于P型衬底中的N阱在单粒子效应调制下电势的测量以及N型衬底中P阱在单粒子效应调制下的阱电势的测量。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明采集不同位置的阱电势值控制空间位置精度，通过采集模块中NAND门的翻转阈值的不同来控制测量阱电势的数值精度，在多个由不同时钟信号控制的一级时控D触发器子模块的基础上，通过控制各子模块的时钟信号来设置测量阱电势的时间精度，由此实现单粒子效应调制下阱电势在时空上的数值分布测量。

附图说明

图1是本发明测量电路的示意框图；

图2是三级数值精度采集子模块的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明的一种CMOS工艺中单粒子效应调制下阱电势测量电路，其特征是，包括采集M个（M为正整数）阱接触电势值的采集模块、对应N个（N为正整数）不同时钟信号CLK的D触发器模块和PISO输出模块；

采集不同位置阱电势值的采集模块，根据对应于D触发器模块的划分，采集模块可设置为对应于不同时钟信号CLKn（0<n<=N且n为正整数）的N个一级时间精度采集子模块，根据实际测量的空间位置精度的要求，每个一级时间精度采集子模块可设置为对应于不同位置阱接触的M个二级位置精度采集子模块，即二级位置精度采集子模块通过连接不同位置的阱接触控制空间位置精度。每个二级位置精度采集子模块根据阱电势数值的测量精度的要求，可设置为S个（S为正整数）三级数值精度采集子模块，每一个三级数值精度采集子模块均包括一个NAND门和一个非门。N个一级时间精度采集子模块各对应于D触发器模块的N个一级时控D触发器子模块，每个一级时间精度采集子模块的M个二级位置精度采集子模块各对应M个不同空间位置的阱接触，所有NAND门的一个输入均为SET信号，对应于第n个时钟信号的第m*s个NAND门的另一个输入即为相应的第m个阱接触电势值Vconm（0<m<=M，0<s<=S且m、s为正整数），NAND门的输出作为所属三级数值精度采集子模块的非门的输入，而非门的输出作为连接的D触发器模块的输入。通过控制SET信号可以实现阱电势测量的开关，实现开关可控的阱电势数值的采集。

控制测量时间精度的D触发器模块，根据实际测量的时间长度和精度要求，可将D触发器模块划分为N个一级时控D触发器子模块，第n个一级时控D触发器子模块对应于第n个一级时间精度采集子模块，每个一级时控D触发器子模块包括M个二级D触发器子模块，第m个二级D触发器子模块对应于第m个二级位置精度采集子模块，每个二级D触发器子模块包括S个D触发器。不同的一级时控D触发器子模块之间的区别仅在于其D触发器的时钟信号CLKn不同，并且同一个一级时控D触发器子模块中所有的D触发器采用同步时钟信号，采集模块中第n个一级时间精度采集子模块中第m个二级位置精度采集子模块中第s个三级数值精度采集子模块的输出连接到第n个一级时控D触发器子模块中第m个二级D触发器子模块中第s个D触发器的输入，再由D触发器传输到PISO输出模块。即第n个一级时间精度采集子模块作为第n个一级时控D触发器子模块的输入，仅在CLKn来临时进行传递。因此，通过改变一级时控D触发器子模块的时钟信号CLKn，可以控制阱电势的测量时间精度。

PISO输出模块包括与N个一级时控D触发器子模块相对应的N个PISO输出子模块，每个PISO输出子模块均为移位寄存器，第n个移位寄存器的输入端连接第n个一级时控D触发器子模块中M*S个D触发器的输出端，实现M*S位数据的并行输入、串行输出。

三级数值精度采集子模块的电路图如图2所示，以第n个一级时间精度采集子模块中第m个二级位置精度采集子模块中第s个三级数值精度采集子模块为例，NAND门为CMOS与非门，包括两个串联的NMOS管和两个并联的PMOS管，两个输入信号分别为SET信号和阱接触的电势值Vconm；非门为CMOS反向器，包括串联的PMOS管和NMOS管。本发明的工作过程为：

当SET信号为0时，所有的NAND门输出为1，非门输出为0，D触发器输出为0，因此M*S位D触发器的输出值0并行输入PISO输出模块，其输出为M*S位串行的数值0，此时，N个PISO输出模块的输出均为M*S位串行的数值0；

当SET信号为1时，在时刻CLKn，任一阱接触连接到S个三级数值精度采集子模块的NAND门的输入，通过改变第m*s个NAND门的NMOS管Nm*s的大小，可以控制该NAND门的翻转阈值，如果在时刻CLKn采集的阱电势值Vconm足以使Nm*s管导通，则该NAND门输出为0，非门输出为1，相应D触发器输出为1，第n个PISO输出模块的第m*s个串行输出值为1；如果在时刻CLKn采集的阱电势值Vconm不足以使Nm*s管导通，即Nm*s管截止，则该NAND门输出为1，非门输出为0，相应D触发器输出为0，第n个PISO输出模块的第m*s个串行输出值为0。

由上可以实现M个阱接触位置在CLKn时刻的阱电势值测量，而同一阱接触传递的阱电势值随时间发生变化时，可以通过第n个一级时间精度采集子模块进行采集，由第n个一级时控D触发器子模块传递，再通过对应的第n个PISO输出模块输出，实现同一位置在不同时刻的阱电势的测量。由此，本测量电路实现了阱电势在时空分布上的数值的测量。

通过控制SET信号可以实现阱电势测量的开关，实现开关可控的阱电势数值的采集。三级数值精度采集子模块通过改变由阱电势值作为输入的NMOS管的大小（导通电压不同）可以控制NAND门的翻转阈值，从而控制测量阱电势数值的精度。

此测量电路适用于P型衬底中的N阱在单粒子势阱调制下电势的测量以及N型衬底中P阱在单粒子势阱调制下电势的测量。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。