Chapter radiation Effects in cmos technology Radiation and Its Interaction with Matter

Fig. 1.19 DICE latch with
four interlocked nodes
Vdd
X1
X2
X3
X4
Fig. 1.20 Charge generated
from a single particle can
extend up to 10
μm such that
it can be collected by multiple
junctions. The amount of
charge sharing depends on the
position and reverse junction
voltage of both junctions
n+
n+
n+
+
+ +
+ +
+ +
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+-
-
-
-
-
- -
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
n+
p-substrate
library and extract the correct timing for digital place & route tools which may be
time-consuming and expensive.
Note that TMR can be automatically generated from a HDL digital design [37].
1.3.5
Charge Sharing
The charges generated in the chip are typically generated in a diameter of 1
μm
up to 10
μm perpendicular to the particles’ trajectories [38]. In deep submicron
technologies, this charge distribution may influence different junctions or even
different transistors as is seen in Fig.
1.20
[39]. In digital circuits, multiple cells
or registers may be upset simultaneously leading to Multiple-Bit Upsets (MBUs).
Generally, MBUs are not disastrous when triplication techniques are used. However,
TMR relies on the fact that only one bit is upset from a common register. To ensure
a correct TMR operation, the three common registers (representing 1 logical bit)
should be spaced enough to reduce the chances of MBUs. This can be automatically
ensured in place & route tools.
In analog circuits, this effect can even be exploited to improve the radiation
hardness of a circuit. For example, if the drains of a differential amplifier’s input
pair are closely spaced to each other, the collected charge will be shared between
the nodes leading to a common mode component of the SET which will have less
influence on the signal. In general, if an optimized common centroid layout is used
in differential analog circuits, this effect can be exploited which is discussed in detail
in [38].

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Radiation Effects in CMOS Technology