微电子器件SEU灵敏体积研究

航天微电子器件灵敏体积(Sv)的厚度d在预估空间单粒子效应中是一个关键参数。这是由于多数预估单粒子翻转(SEU)率的模型都用到灵敏体积的概念。人们假定器件灵敏区是个长方的六面体(RPP模型),当入射粒子在该长方六面体中沉积的能量大于临界能量时引起SEU等事件。由于缺乏灵敏体     

空间单粒子翻转甄别与定位系统原理样机的设计及试验

单粒子翻转（SEU）是影响空间电子设备可靠性的重要因素,本文提出了一种SEU甄别与定位技术方法,研制了原理样机。硅探测器与辐照敏感器件在垂直方向相互临近安装,粒子入射到硅探测器的位置区域与目标辐照器件单粒子翻转的物理位置相对应。采用波形数字化技术实现了多道粒子甄别与能量信号测量,通过数据回读比较法实现了SRAM器件翻转逻辑定位检测。根据实验室测试和单粒子辐照试验结果,可探测高能粒子的LET≥6?06×10-3 MeV·cm2/mg,入射粒子的位置分辨率优于5 mm,最大计数率≥10 000 s-1,SRAM器件的SEU巡检周期时间分辨率为13?76 ms。通过掌握大容量SRAM型器件的SEU甄别与定位及其辐射环境感知能力,有助于提升空间电子设备的在轨工作性能。     

重离子单粒子效应实验研究

在HI—l3串列加速器上建立了对微电子器件进行单粒子效应模拟实验的辐照和检测技术。利用该Q3D磁谱仪获得种类和能量单一、强度分布均匀且足够弱的重离子辐照源，利用散射室内的半导体探测器和焦面上的位置灵敏半导体探测器监测辐照离子。用该装置和技术测量了在8个传能线密度(LET)值的重离子辐照下引起的几个存储器器件的单粒子翻转（SEI）截面o(L)。从测得的o(L)——LET曲线，结合空间重离子和质子辐照环境模型以及离子与微电子器件相互作用模型计算，预言了器件在空间的单粒子翻转率。     

中国原子能科学研究院100 MeV质子单粒子效应辐照装置试验能力研究

为检验中国原子能科学研究院100 MeV质子回旋加速器（CY CIAE-100）建立的单粒子效应（SEE）辐照装置的试验能力和数据测量的准确性和可靠性，利用欧洲航天局（ESA）研制的SEU监测器进行了校核试验。试验中选取多个不同能量点对SEU监测器进行辐照获取了相应的单粒子翻转（SEU）截面，同时对束流的均匀性进行了检验。SEU监测器SEU截面测试结果与其在国外其他加速器，如瑞士PSI、比利时LIF等所获得的数据基本一致。校核试验验证了中国原子能科学研究院100 MeV质子回旋加速器SEE试验能力以及数据测量的准确性。     

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     

应用锎源实验结果预估空间轨道单粒子翻转率

在实验研究的基础上，分析了应用锎源实验结果预估空间轨道单粒子翻转率的可行性。以静态存储器的锎源单粒子翻转截面为例，分3种情况预估了该器件在地球同步轨道上的单粒子翻转率。结果表明，若器件的锎源单粒子翻转截面小于10^-10 cm²/bit，在地球同步轨道上的单粒子翻转率则应小于10^-8d^-1•bit^-1。     

抗辐射加固高压NMOS器件的单粒子烧毁效应研究

由于施加高栅极工作电压,使得器件容易发生重离子辐射损伤效应,其中,重大的重离子辐射损伤效应是单粒子栅穿效应（SEGR）和单粒子烧毁效应（SEB）。本文介绍了抗辐射加固高压SOI NMOS器件的单粒子烧毁效应。基于抗辐射加固版图和p型离子注入工艺,对高压器件进行抗辐射加固,提高器件的抗单粒子烧毁能力,并根据电路中器件的电特性规范,设计和选择关键器件参数。通过仿真和实验结果研究了单粒子烧毁效应。实验结果表明,抗辐射加固器件在单粒子辐照情况下,实现了24 V的高漏极工作电压,线性能量传输（LET）阈值为835 MeV·cm2/mg。     

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。     

65 nm工艺SRAM低能质子单粒子翻转错误率预估

质子单粒子效应是纳米工艺集成电路空间应用面临的主要辐射问题之一。本文开展了一款商业级65 nm工艺4 M×18 bit随机静态存储器（SRAM）质子单粒子翻转实验研究。针对地球同步轨道、低地球轨道，使用Space Radiation 7.0程序，预估了低能质子、高能质子和重离子引起的错误率。错误率预估分析结果表明，不同轨道及环境模型下低能质子错误率占总错误率的比例范围为1%~86%，其中太阳质子事件、地球俘获带等环境模型中低能质子单粒子翻转引起的错误率占主导，建议空间应用的元器件对低能质子不敏感。     

静态存储器同一字节多位翻转实验研究

对两种大容量静态存储器（SRAM）HM628128、HM628512进行了同一字节多位翻转（SMU）实验研究。HI-13串列加速器提供的F、Cl及Br离子轰击样品时,采用网络控制的6116-628512全系列SRAM单粒子效应测试系统进行动态检测,得到了两种器件的单粒子翻转（SEU）以及SMU的σLET曲线,分析了LET值以及测试图形对截面的影响。研究结果为航天器抗辐射加固设计以及轨道翻转率预示提供重要依据。     

PDSOI SRAM单元的单粒子加固方法

通过MEDICI的二维器件模拟,提出不仅在正栅下的体区受到单粒子入射后释放电荷,漏极也可以在受到单粒子入射后释放干扰电荷。对SOI SRAM单元中器件的漏极掺杂浓度进行优化,可以减小漏极受到单粒子入射所释放的电荷。改进了SOI SRAM的单元结构,可以提高SRAM抗单粒子翻转（SEU）的能力。     

质子和中子引起的单粒子效应及其等效关系理论模拟

根据器件几何尺寸、掺杂浓度、偏压等因素确定灵敏体积和临界电荷，从而提出单粒子效应的物理模型。考虑了质子和中子在硅中的弹性散射、非弹性散射、两体反应、多体反应以及质子的库仑散射等所有相互作用类型，采用蒙特卡罗方法模拟跟踪入射粒子与核的相互作用以及各种次级带是粒子和反冲核的能量沉积过程。采用Ziegler的拟合公式精确计算质子、a粒子、氚核、反冲核等带电离子的能量沉积。根据模拟结果确定了两种粒子引起的单粒子效应等效系数，并将模拟结果与实验数据进行了对比。     

新型微电子技术单粒子效应研究面临的挑战

随着器件特征尺寸的减小,单粒子效应成为影响CMOS工艺空间辐射环境可靠性的关键因素之一。未来航天和国防系统需要了解新型工艺中的单粒子效应损伤机制及其加固方法,包括在器件几何尺寸和材料方面的改变如何影响到能量淀积、电荷收集、电路翻转、参数退化等等。分析了随着特征尺寸减小,在高速数字电路中的单粒子瞬态效应SET的影响,包括由质子的直接电离作用产生的单粒子效应、粒子能量效应和非直接电离对单粒子效应的影响。对可能替代体硅器件的新型器件单粒子能力进行了简要介绍。     

MLFC在质子单粒子效应实验束流诊断中的应用

对宇航微电子器件进行抗质子辐射性能评估时,常利用加速器产生的质子束流来测量其质子单粒子效应截面曲线（σ-E曲线）。基于北京HI-13串列加速器重离子辐照装置,研制了适用于质子能量测量的多叶法拉第筒（MLFC）,为今后开展质子单粒子效应辐照实验奠定基础。测试结果表明,研制的MLFC既可测量质子能量和束流强度,也能测量质子束流的能量纯度,这对判定束流是否符合实验要求及调束非常实用。     

不同特征尺寸SRAM质子单粒子效应实验研究

利用中国原子能科学研究院100 MeV质子回旋加速器开展了一系列不同特征尺寸双数据速率（DDR）静态随机存储器（SRAM）单粒子效应实验研究。获得了不同能量、不同入射角度下3款SRAM的单粒子翻转（SEU）截面曲线。分析了入射质子能量及角度对不同特征尺寸SRAM的SEU饱和截面的影响和效应规律，并利用蒙特卡罗方法对65 nm SRAM SEU特性进行了模拟。研究结果表明：随特征尺寸的减小，SEU饱和截面会出现不同程度的降低，但降低程度会由于多单元翻转（MCU）的增多而变缓；随入射角度的增加，MCU规模及数量的增加导致器件截面增大；3款SRAM所采用的位交错技术并不能有效抑制多位翻转（MBU）的发生。     

静态随机存储器单粒子翻转效应的二维数值模拟

采用MEDICI二维模拟软件对静态存储器SRAM的单粒子翻转(SEU)现象进行了计算。对MOSFET漏区模拟得到的结果与电荷漏斗模型相吻合,表明所建立的物理模型的正确性。通过输入不同粒子的线性能量传输LET值,得到了某一结构器件的收集电荷与LET值的关系曲线,并给出临界电荷7 73×10-14C。     

SRAM型FPGA的静态与动态单粒子效应试验

静态随机存取存储器(SRAM)型现场可编程门阵列(FPGA)在空间电子设备中取得了广泛的应用。但它内部大量的SRAM型存储单元极易发生单粒子软错误,特别是配置存储器中的单粒子翻转,有可能改变整个电路的结构,给其空间应用带来严重的可靠性问题。因此,有必要开展地面加速器模拟试验以评价该器件对单粒子效应的敏感程度,且对系统在空间中的失效行为进行预估。本工作在重离子加速器上对Xilinx的Virtex系列FPGA进行了单粒子效应试验,取得了典型器件的静态单粒子翻转截面曲线。针对3个测试电路进行的动态测试表明,系统的失效率远低于内部存储器发生翻转的频率,也不能简单地用资源占用率来进行估计。     

高能电子单粒子效应模拟实验研究

本文基于2 MeV自屏蔽电子加速器和10 MeV电子直线加速器，开展了电子单粒子效应实验研究，并分析了其机理。在保持入射电子能量不变的情况下，在±20%范围内改变器件的工作电压进行了单粒子翻转实验。实验结果表明：45 nm SRAM（额定工作电压1.5 V）芯片在电子直线加速器产生的高能电子照射下能产生明显的单粒子翻转，单粒子翻转截面随入射电子能量的变化趋势与文献数据相符合；电子引起的单粒子翻转截面随器件工作电压的变化趋势与理论预期一致，即工作电压越小，单粒子翻转临界电荷越小，翻转截面也越高。     

利用重离子束开展半导体器件单粒子效应的探讨

讨论了利用重离子研究宇航半导体器件单粒子效应（ＳＥＥ）时应重视的几个问题，即空间辐射环境中的重离子，粒子辐射对半导体器件的影响和利用重离子束进行ＳＥＥ测试，以及重离子和质子在器件单粒子效应研究中的关系，最后介绍单粒子翻转重离子显微学。     

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。