상향식 기법을 이용한 회로 수준에서의 단일 사건 반전 발생 단면적 모델링 기법에 관한 연구

Abstract

SRAM, Latch와 같은 메모리 소자에 고에너지 입자가 입사함에 따라 Single Event Effects(SEE)에 따른 Upset(SEU)을 일으켜 비정상적인 동작을 야기할 수 있다. 그러므로 고에너지 입자에 대한 취약성을 나타내는 SEU Cross Section은 내방사선 회로 설계의 기준이 된다. 기존의 방법인 회로에서 소자 수준으로 Modeling 하거나 실험을 통해서 구하는 방법은 내방사선 회로 설계에 있어 수정(Revision)을 느리게 하는 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 회로 수정에 따른 SEU Cross Section을 빠르게 추정할 수 있으며, 취약 부분을 찾아 적절한 내방사 기술을 적용할 수 있는 단위 소자에서 회로로 접근하는 Bottom-Up Method을 제안하였다.

단위 소자에 대한 에너지 별 양성자(Proton) 입사에 따른 Sensitive Volume에 생성되는 전하량 정보와 Pulse Current를 모델링 한 전류원을 먼저 구한 뒤, 이를 바탕으로 회로에서 취약 부분의 임계 전하량을 바탕으로 SEU cross section을 구할 수 있다. 소자 단위에서 회로 단위로 접근하는 Bottom-Up Method이므로 회로 설계 시 수정(Revision)을 수행하더라도 취약 부분과 임계 전하량만 구하면 SEU cross section을 구할 수 있으므로, Particle Transfer Simulation에서의 Monte Carlo 해석이 줄어들게 되어 빠르게 추정이 가능하다.

제안한 Bottom-Up Method를 통해 SEU Cross Section을 Modeling하는 과정이 적합한지를 확인하기 위해 기존의 방법인 회로를 실제 Chip으로 제작하여 입자를 조사하는 실험을 통해 구하는 과정과의 비교를 수행하였다. Bottom-Up Method를 이용하여 Latch 구조에 적용하여 SEU Cross Section을 추정하고, 이를 기반으로 한 Shift Register를 0.35㎛ Magna/Hynix 공정을 통해 제작하여 양성자(Proton) 빔을 이용하여 실험을 통해 SEU Cross Section을 구하는 과정을 진행하였다. 실험을 통해 구한 SEU Cross Section으로부터 제안한 Modeling 기법을 이용하여 유도한 경우와 비교하여 10% 이내의 오차를 가지는 것을 확인하였다. 기존의 방법과 비교하여 적은 시간과 자원을 통해 비교적 정확한 결과를 얻을 수 있으며, 이를 통해 내방사 회로 설계에 있어 유용하게 이용되리라 기대된다.