Static random-access memory (SRAM) circuits exposed to pulsed X- or γ-rays will suffer transient radiation upsets, which poses a significant challenge to their reliability. The transient radiation upsets are caused by global photocurrents, which are governed by the interconnect resistance of the power supply lines and the local photocurrents generated in each memory cell. Thus, accurate modeling of local photocurrents in each memory cell is essential for predicting the global photocurrents and transient radiation upset thresholds of SRAM circuits. In this study, the local photocurrents generated in a 0.18-μm complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) SRAM cell are extracted using a physics-based model of the actual device structure, rather than an analytical or experimental model. The memory cell containing six transistors and parasitic structures is accurately modeled in three-dimensions. Its responses to pulsed γ-rays are simulated with an in-house parallel semiconductor device simulation program, which enables the extraction of accurate local photocurrents. These local photocurrents, together with the interconnect resistance of the power supply lines in SRAM circuits, are modeled and simulated with an in-house parallel SPICE circuit solver. Using this approach, the global photocurrents in the 0.18-μm CMOS SRAM circuit irradiated with γ-rays are obtained and the known rail-span-collapse effect is observed. Finally, the transient radiation upset threshold of the SRAM circuit is predicted numerically and verified experimentally.

暴露于脉冲 X 或 γ 射线的静态随机存取存储器 (SRAM) 电路将遭受瞬态辐射扰动，这对其可靠性构成重大挑战。瞬态辐射扰动是由全局光电流引起的，全局光电流由电源线的互连电阻和每个存储单元中产生的局部光电流控制。因此，每个存储单元中局部光电流的准确建模对于预测 SRAM 电路的全局光电流和瞬态辐射扰乱阈值至关重要。在这项研究中，使用基于物理的实际器件结构模型而不是分析或实验模型来提取 0.18-μm 互补金属氧化物半导体 (CMOS) SRAM 单元中产生的局部光电流。包含六个晶体管和寄生结构的存储单元在三个维度上精确建模。其对脉冲 γ 射线的响应通过内部并行半导体器件模拟程序进行模拟，从而能够提取准确的局部光电流。这些局部光电流与 SRAM 电路中电源线的互连电阻一起使用内部并行 SPICE 电路求解器进行建模和仿真。使用这种方法，获得了用 γ 射线照射的 0.18-μm CMOS SRAM 电路中的全局光电流，并观察到了已知的轨跨塌陷效应。最后，对SRAM电路的瞬态辐射扰乱阈值进行了数值预测和实验验证。其对脉冲 γ 射线的响应通过内部并行半导体器件模拟程序进行模拟，从而能够提取准确的局部光电流。这些局部光电流与 SRAM 电路中电源线的互连电阻一起使用内部并行 SPICE 电路求解器进行建模和仿真。使用这种方法，获得了用 γ 射线照射的 0.18-μm CMOS SRAM 电路中的全局光电流，并观察到了已知的轨跨塌陷效应。最后，对SRAM电路的瞬态辐射扰乱阈值进行了数值预测和实验验证。其对脉冲 γ 射线的响应通过内部并行半导体器件模拟程序进行模拟，从而能够提取准确的局部光电流。这些局部光电流与 SRAM 电路中电源线的互连电阻一起使用内部并行 SPICE 电路求解器进行建模和仿真。使用这种方法，获得了用 γ 射线照射的 0.18-μm CMOS SRAM 电路中的全局光电流，并观察到了已知的轨跨塌陷效应。最后，对SRAM电路的瞬态辐射扰乱阈值进行了数值预测和实验验证。与 SRAM 电路中电源线的互连电阻一起，使用内部并行 SPICE 电路求解器进行建模和仿真。使用这种方法，获得了用 γ 射线照射的 0.18-μm CMOS SRAM 电路中的全局光电流，并观察到了已知的轨跨塌陷效应。最后，对SRAM电路的瞬态辐射扰乱阈值进行了数值预测和实验验证。与 SRAM 电路中电源线的互连电阻一起，使用内部并行 SPICE 电路求解器进行建模和仿真。使用这种方法，获得了用 γ 射线照射的 0.18-μm CMOS SRAM 电路中的全局光电流，并观察到了已知的轨跨塌陷效应。最后，对SRAM电路的瞬态辐射扰乱阈值进行了数值预测和实验验证。