脉冲激光模拟SRAM器件单粒子翻转效应的试验方法研究

针对0.13 μm和0.35 μm工艺尺寸的两款商用SRAM器件进行了脉冲激光背部单粒子翻转效应试验方法研究。单粒子翻转效应主要测试单粒子翻转阈值和单粒子翻转截面,本文主要研究了激光聚焦深度、激光脉冲注量、测试模式和芯片配置的数据对测试两者的影响。试验结果表明：只有聚焦到芯片有源区才可测得最低的翻转阈值和最大的翻转截面,此时的结果与重离子结果基本一致;注量对翻转阈值测试无影响,但注量增大时翻转截面会减小,测试时激光脉冲注量应小于1×10⁷cm^-2;测试模式和存储数据对翻转阈值和翻转截面的影响不大,测试时可不考虑。     

单粒子效应模拟实验研究

单粒子效应是卫星抗辐射加固研究的主要对象之一。文章重点介绍了所建立的模拟实验测量系统、装置和研究方法，提出了二次翻转问题及其修正公式，以及器件的高能质子和１４ＭｅＶ中子单粒子效应的规律相似性，指出今后需重点研究的问题是高能质子及其与１４ＭｅＶ中子等效研究，及对单粒子效应的评估。     

脉冲激光模拟单粒子效应研究

脉冲激光在集成电路和器件单粒子效应(Single Event Effect,SEE)研究中有着广泛的应用。与重离子源相比,通过脉冲激光诱发SEE更容易获得空间信息和时间信息。本文介绍激光诱发SEE的产生机理、模拟试验设置以及线性能量传输(Linear Energy Transfer,LET)算法,通过皮秒激光诱发单光子与飞秒激光诱发双光子的模拟试验,对SEE现象发生时电压响应与能量的关系进行分析,验证了脉冲激光在SEE研究中的有效性和可行性。     

深亚微米SRAM器件单粒子效应的脉冲激光辐照试验研究

利用脉冲激光模拟试验装置对IDT公司0.13 μm工艺IDT71V416S SRAM的单粒子效应进行了试验研究。在3.3 V正常工作电压下,试验测量了单粒子翻转阈值和截面、单粒子闩锁阈值和闩锁电流及其与写入数据和工作状态的关系。单粒子翻转试验研究表明,该器件对翻转极敏感,测得的翻转阈值与重离子、质子试验结果符合较好;该器件对多位翻转较敏感,其中2位翻转占绝大部分且其所占比例随辐照激光能量增加而增大,这与重离子试验结果也一致。单粒子闩锁试验分析了闩锁效应的区域性特点,发现了器件闩锁电流呈微小增大的现象,即表现出单粒子微闩锁效应,分析了这种现象对传统的抗闩锁电路设计可能造成的影响。     

脉冲激光模拟超大规模集成电路单粒子效应试验初探

本文利用实验室的激光模拟单粒子效应试验系统,开展超大规模集成电路Intel386EX CPU单粒子效应的模拟试验研究,探索超大规模集成电路单粒子效应脉冲激光模拟试验方法.文中详细地介绍了Intel386EX CPU单粒子效应试验原理、试验方法、试验系统的软硬件组成以及试验取得的结论.试验研究表明,利用实验室的激光模拟系统可以开展超大规模集成电路单粒子效应试验研究,Intel386EX CPU具有较强的抗单粒子锁定能力.     

基于脉冲激光单粒子效应的二次光斑研究

脉冲激光可有效模拟重离子触发芯片的单粒子效应。本工作在应用背部激光试验方法辐照芯片时观察到了二次光斑现象,通过Si衬底和Si晶圆片研究了芯片单粒子效应实验中二次光斑的成因。实验结果表明,二次光斑主要是由于激光在芯片有源区附近的金属布线层反射形成的。通过测量芯片的Si衬底厚度以及激光触发芯片单粒子效应时的聚焦深度,实验验证了二次光斑是在金属布线层区域形成的。     

FPGA单粒子效应的脉冲激光试验方法研究

通过测试基于静态随机存储器（SRAM）的现场可编程门阵列（FPGA）芯片的单粒子效应,研究脉冲激光的试验方法,评估脉冲激光试验单粒子效应的有效性。研究表明,激光光斑聚焦深度和激光注量是影响脉冲激光单粒子效应试验的重要因素。试验发现,脉冲激光在较高能量时,单个激光脉冲会触发多个配置存储位发生单粒子翻转,造成芯片饱和翻转截面偏大。激光辐照芯片时,观察到芯片的内核工作电流以1～2 mA的幅度逐渐增加,在此期间器件工作正常。试验获得了Virtex 2 FPGA芯片的静态单粒子翻转截面和翻转阈值。通过对比激光与重离子的试验结果发现,二者在测试器件单粒子翻转方面基本一致,脉冲激光可有效研究芯片的单粒子效应特性。     

SOI NMOSFET单粒子效应的3-D模拟

随着SOI器件尺寸不断缩小，单粒子效应敏感区域相对有源区比例增加，对于其敏感区域的机理研究显得越来越重要。本文利用软件对SOI MOSFET的敏感区域进行了3-D空间模拟，阐述了敏感区域的机理：截止NMOSFET的反偏漏结迫使单粒子轰击产生的电子空穴对分离，漏极迅速收集电子产生瞬时电流，空穴向体区漂移并在体区堆积，使体电势升高导致寄生三极管开启产生较长时间的放大电流。良好的体接触能够快速抽走堆积的空穴，抑制体电位的升高，降低漏极收集电流。     

SOI NMOSFEET单粒子效应的3-D模拟

随着SOI器件尺寸不断缩小,单粒子效应敏感区域相对有源区比例增加,对于其敏感区域的机理研究显得越来越重要.本文利用软件对SOI MOSFET的敏感区域进行了3-D空间模拟,阐述了敏感区域的机理:截止NMOSFET的反偏漏结迫使单粒子轰击产生的电子空穴对分离,漏极迅速收集电子产生瞬时电流,空穴向体区漂移并在体区堆积,使体电势升高导致寄生三极管开启产生较长时间的放大电流.良好的体接触能够快速抽走堆积的空穴,抑制体电位的升高,降低漏极收集电流.     

SiC器件单粒子效应敏感性分析

新一代航天器需要使用耐高压、功率损耗低的第3代半导体SiC器件,为了给器件选用和抗辐射设计提供依据,以SiC MOSFET和SiC二极管为对象,进行单粒子效应敏感性分析。重离子试验发现,在较低电压下,重离子会在SiC器件内部产生永久损伤,引起漏电流增加,甚至单粒子烧毁。SiC MOSFET和SiC二极管试验结果类似。试验结果表明SiC器件抗单粒子能力弱,与器件类型关系不大,与SiC材料有关。为了满足空间应用需求,有必要进一步开展SiC器件辐射效应机理、试验方法和器件加固技术等研究。     

基于概率统计的单粒子多单元翻转信息提取方法

航空航天电子系统对电子器件选型评估时需考虑器件的多单元翻转（MCU）情况,而MCU信息提取面临的最主要困难是缺少器件的版图信息。本文提出一种基于概率统计的单粒子MCU信息提取方法,其可在无版图信息条件下以较高精度提取单粒子翻转（SEU）实验数据中的MCU信息。该方法通过统计分析SEU实验数据中不同翻转地址间的按位异或和汉明距离以提取MCU模板,然后利用该模板提取MCU信息。采用一款位交错SRAM器件的重离子实验数据对上述方法进行了验证,结果表明,该方法能以较高的精度提取实验数据中的MCU信息。该方法可省去对器件进行逆向工程的时间和成本,提高科学研究和航空航天器件选型效率。     

铁电存储器激光微束单粒子效应试验研究

利用脉冲激光微束单粒子效应(SEE)模拟装置,研究了铁电存储器(FRAM)工作频率对其单粒子翻转(SEU)的影响。研究结果表明,随工作频率的降低,被测器件SEU截面显著增大,且翻转是由外围电路引发的。被测芯片1→0翻转截面明显大于0→1翻转截面。对FRAM工作时序及不同芯片使能信号(CE)占空比下SEU截面的分析表明,频率降低导致的CE有效时间延长与SEU截面的增大有直接关系。本文同时开展了FRAM不同功能模块的单粒子锁定(SEL)敏感性试验,获得了相应的SEL阈值能量和饱和截面,并研究了静态和动态工作模式下由SEL引发的数据翻转情况,发现动态模式下被测器件更易受SEL影响而发生翻转。     

脉宽调制器单粒子效应测试系统研制

本文在分析脉宽调制器(PWM)单粒子效应主要失效模式的基础上,研制了具备频率异常测试、占空比异常测试和参考电压测试功能的PWM单粒子效应测试系统,并在中国原子能科学研究院HI-13串列加速器上开展了单粒子效应试验。试验结果表明:单粒子效应会导致PWM输出信号的脉冲丢失和占空比改变,脉冲丢失时间和占空比改变的持续时间有时可达数ms;UC1825AJ型PWM的单粒子效应LET阈值约为4.4MeV·cm2·mg-1,UC1845AJ型PWM的抗单粒子性能受工艺批次的影响较大。     

温度对TFT SRAM单粒子翻转及其空间错误率预估的影响

本文研究了215～353 K温度范围内商用4M 0.15 μm薄膜晶体管结构SRAM单粒子翻转(SEU)截面随温度的变化。实验结果显示,在截面曲线饱和区,SEU截面基本不随温度变化;在截面曲线上升区,SEU截面随温度的升高而增加。使用Space Radiation 7.0软件研究了温度对其空间错误率预估的影响,模拟结果显示,SEU截面随温度的变化改变了SRAM SEU截面-LET值曲线形状,导致其LET阈值漂移,从而影响空间错误率预估结果     

欧空局单粒子监督器在北京HI-13串列加速器上的单粒子效应校核实验

为检验北京HI-13串列加速器单粒子效应(SEE)实验能力与数据测量的可靠性,利用束流参数校核系统——欧空局单粒子监督器进行了单粒子效应校核实验。实验使用C、F、Cl、Cu 4种离子辐照单粒子监督器,通过改变入射角度获得了有效LET值在1.8~67.4 MeV·cm~2·mg~(-1)之间的单粒子翻转(SEU)截面数据。实验结果与比利时HIF、芬兰RADEF装置上测得的截面数据一致性较好,证实了北京HI-13串列加速器单粒子效应实验束流参数测量的准确性及截面数据测试的可靠性。     

SRAM单粒子锁定效应电路级防护设计研究

高密度CMOS工艺SRAM对单粒子锁定极端敏感的特性使其在空间应用时必须采取相应的防护策略。对于抗辐照能力较弱的CTOS,电路级防护成为提高系统可靠性的一项重要内容。利用激光单粒子效应试验装置,对CYPRESS公司的CY62167DV30LL型SRAM开展了一系列单粒子锁定效应试验。通过对试验结果进行线性拟合,计算出该款SRAM维持电压为1?5?1?6 V,维持电流为9?9?11?2 mA。根据维持电流、维持电压、工作电流、工作电压,对能否采用电路级防护做出判断。提出了电源限流和分压电阻两种电路级防护方法,并定量计算出电源限流取值和分压电阻取值范围。以往文献中电阻只是作为锁定被触发后限流的一种手段,并不能阻止器件发生锁定,本研究发现在满足一定条件下分压电阻可达到退出锁定的目的。两种防护方法均通过脉冲激光试验进行了验证。