REDOX: Reduktion der Simulations- und Bestrahlungszeit von strahlungsharten Schaltungen durch Optimierung der SET Modelle

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Rolf Kraemer
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 318876990

Das Hauptziel des laufenden REDOX-Projekts ist die Schaffung eines einheitlichen Frameworks für die optimierte und genaue Charakterisierung von Single-Event-Transient (SET) -Effekten auf der Schaltungsebene. Dies wird dazu beitragen, die Notwendigkeit umfangreicher Device-Simulationen und Bestrahlungsexperimenten zu reduzieren und die effektive Entwicklung von neuartigen rad-harten CMOS- und BiCMOS-Bibliotheken zu erleichtern. Um dieses Ziel zu erreichen, ist es erforderlich, die Auswirkungen aller relevanten Einstrahlungs-, Entwurfs-, Technologie- und Betriebsparameter auf die SET-Erzeugung und -Weiterleitung innerhalb der Kombinationslogik und deren Übernahme in die sequentielle Logik besser zu verstehen.In dem genehmigten ersten Teil des Projekts haben wir die SET-Effekte in Standard- und Nicht-Standard-Logikgattern untersucht, wobei SPICE-Simulationen für 250, 130 und 65 nm CMOS-Technologien und TCAD-Simulationen für 250 nm-Technologie verwendet wurden. Die wichtigste Errungenschaft in der ersten Phase ist die Erstellung von zwei analytischen Modellen zur Vorhersage der SET-Robustheit von Standard- und Nicht-Standard-Logikgattern. Darüber hinaus haben wir wesentliche Einblicke in die physikalischen Mechanismen von SET-Effekten und den Einfluss von Bestrahlungs-, Design- und Betriebsparametern auf die Bildung von SET-Strom- und -Spannungspulsen gewonnen. Außerdem haben wir eine detaillierte Analyse fortgeschrittener Techniken zur experimentellen Charakterisierung von SET-Effekten durchgeführt, und ein erster Testchip für die Pulsbreitenmessung von SET wurde im 250-nm-Bulk-CMOS-Prozess des IHP entworfen und hergestellt. Auf der Grundlage der in den ersten 18 Monaten des Projekts erzielten Ergebnisse haben wir einige Publikationen veröffentlicht.Wir sind Überzeugt, dass die beantragte Erweiterung des Projekts eine vollständige Umsetzung der ursprünglich vorgeschlagenen Ziele ermöglichen würde. Um die vorgeschlagenen Ziele zu erreichen, konzentriert sich die geplante Forschung auf: (1) weitere Verbesserung der in der ersten Phase des Projekts abgeleiteten SET-Robustheitsmodelle, (2) Nutzung des erworbenen Wissens über SET-Effekte zur Verbesserung des bestehenden SET-Stroms, SET-Spannungs- und SET-Ausbreitungsmodelle und (3) Integration der verbesserten SET-Modelle in ein kohärentes SET-Bewertungs-Framework. Die SET-Modelle und das komplette Charakterisierungs-Framework werden an ausgewählten Benchmark-Schaltkreisen mit SPICE-Simulationen und Bestrahlungsexperimenten getestet. Darüber hinaus möchten wir den Umfang unserer Arbeit in Bezug auf den aktuellen Stand der Technik etwas erweitern, indem wir zusätzliche wichtige Themen behandeln, die im ursprünglichen Projektantrag nicht behandelt wurden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen