典型卫星轨道辐射环境及在轨软错误率预计模型分析

使用最新版本的Space Radiation 7.0软件对典型卫星轨道(包括地球同步轨道、中地轨道和低地轨道)的空间辐射环境进行提取和计算,分析不同空间天气和屏蔽条件下的轨道离子通量-能量谱和通量-线性能量沉积(LET)谱特点。以一款SOI SRAM为例,结合地面加速器重离子试验获得的单粒子翻转截面-LET值关系曲线,预计该器件的在轨软错误率(SER),并分析关键参数对预计结果的影响规律和内在机理。结果表明,使用Space Radiation软件的四种输入模式获得的预计结果可相差5倍左右;灵敏区厚度的增大导致在轨SER降低数个数量级,原因为灵敏区厚度的设置与灵敏区平均投影面积和符合条件的空间离子通量的大小直接相关;漏斗长度的大小对预计结果有一定的影响。最后,对SER预计模型的适用性和发展趋势进行了讨论。     

基于蒙特卡洛和器件仿真的单粒子翻转计算方法

文章提出了一种基于蒙特卡洛和器件仿真的存储器单粒子翻转截面获取方法,可以准确计算存储器单粒子效应,并定位单粒子翻转的灵敏区域.基于该方法,计算了国产静态存储器和现场可编程门阵列(FPGA)存储区的单粒子效应的截面数据,仿真结果和重离子单粒子效应试验结果符合较好.仿真计算揭示了器件单粒子翻转敏感程度与器件n,p截止管区域面积相关的物理机理,并获得了不同线性能量转移(LET)值下单粒子翻转灵敏区域分布.采用蒙特卡洛方法计算了具有相同LET、不同能量的离子径迹分布,结果显示高能离子的电离径迹半径远大于低能离子,而低能离子径迹中心的能量密度却要高约两到三个数量级.随着器件特征尺寸的减小,这种差别的影响将会越来越明显,阈值LET和饱和截面将不能完全描述器件单粒子效应结果.     

空间高能离子在纳米级SOI SRAM中引起的单粒子翻转特性及物理机理研究

基于蒙特卡罗方法研究空间高能离子在65—32 nm绝缘体上硅静态随机存取存储器(SOI SRAM)中产生的灵敏区沉积能量谱、单粒子翻转截面和空间错误率特性及内在的物理机理.结果表明:单核能为200 MeV/n的空间离子在60—40 nm厚的灵敏区中产生的能损歧离导致纳米级SOI SRAM在亚线性能量转移阈值区域出现单粒子翻转;宽的二次电子分布导致灵敏区仅能部分收集单个高能离子径迹中的电子-空穴对,致使灵敏区最大和平均沉积能量各下降25%和33.3%,进而引起单粒子翻转概率降低,以及在轨错误率下降约80%.发现俘获带质子直接电离作用导致65 nm SOI SRAM的在轨错误率增大一到两个数量级.     

国内典型地区地面大气中子能谱测量与仿真

基于多球能谱仪开展了广州、兰州和拉萨等地区的大气中子能谱和通量测量,获取了大气中子能谱的典型特征。测量结果表明：不同地区的大气中子通量受海拔高度的影响明显,地面大气中子通量随着海拔的增加而增加。此外,基于蒙特卡罗仿真工具也可以模拟初级宇宙射线粒子在地球大气层中的核反应过程,从而计算获取大气中子能谱。大气中子能谱测量数据与仿真数据吻合良好。     

高功率半导体激光器的可靠性与寿命评价

介绍了高功率半导体激光器的结构特点、失效机理和热产生机制等方面的内容。就寿命评价方面展开讨论,详细分析了高功率半导体激光器寿命评价的难点、现有方法以及国内外发展状况,最后就寿命评价系统及寿命试验提出了一些建议。高功率半导体激光器在工业加工、国防航天等领域的巨大应用前景推动其可靠性与寿命的发展,而其可靠性的提高和寿命的延长会大大拓宽其应用领域。     

Mechanisms of atmospheric neutron-induced single event upsets in nanometric SOI and bulk SRAM devices based on experiment-verified simulation tool

In this paper, a simulation tool named the neutron-induced single event effect predictive platform(NSEEP~2) is proposed to reveal the mechanism of atmospheric neutron-induced single event effect(SEE) in an electronic device, based on heavy-ion data and Monte-Carlo neutron transport simulation. The detailed metallization architecture and sensitive volume topology of a nanometric static random access memory(SRAM) device can be considered to calculate the real-time soft error rate(RTSER) in the applied environment accurately. The validity of this tool is verified by real-time experimental results. In addition, based on the NSEEP~2, RTSERs of 90 nm–32 nm silicon on insulator(SOI) and bulk SRAM device under various ambient conditions are predicted and analyzed to evaluate the neutron SEE sensitivity and reveal the underlying mechanism. It is found that as the feature size shrinks, the change trends of neutron SEE sensitivity of bulk and SOI technologies are opposite, which can be attributed to the different MBU performances. The RTSER of bulk technology is always 2.8–64 times higher than that of SOI technology, depending on the technology node, solar activity, and flight height.     

14 nm FinFET和65 nm平面工艺静态随机存取存储器中子单粒子翻转对比

使用中国散裂中子源提供的宽能谱中子束流,开展14 nm FinFET工艺和65 nm平面工艺静态随机存取存储器中子单粒子翻转对比研究,发现相比于65 nm器件,14 nm FinFET器件的大气中子单粒子翻转截面下降至约1/40,而多位翻转比例从2.2%增大至7.6%,源于14 nm FinFET器件灵敏区尺寸(80 nm×30 nm×45 nm)、间距和临界电荷(0.05 fC)的减小.不同于65 nm器件对热中子免疫的现象,14 nm FinFET器件中M0附近10B元素的使用导致其表现出一定的热中子敏感性.进一步的中子输运仿真结果表明,高能中子在器件灵敏区中产生的大量的射程长、LET值大的高Z二次粒子是多位翻转的产生诱因,而单粒子翻转主要来自于p,He,Si等轻离子的贡献.     

绝缘体上硅金属氧化物半导体场效应晶体管中辐射导致的寄生效应研究

基于⁶⁰Co γ射线源研究了总剂量辐射对绝缘体上硅（silicon on insulator,SOI）金属氧化物半导体场效应晶体管器件的影响.通过对比不同尺寸器件的辐射响应,分析了导致辐照后器件性能退化的不同机制.实验表明：器件的性能退化来源于辐射增强的寄生效应;浅沟槽隔离（shallow trench isolation,STI）寄生晶体管的开启导致了关态漏电流随总剂量呈指数增加,直到达到饱和;STI氧化层的陷阱电荷共享导致了窄沟道器件的阈值电压漂移,而短沟道器件的阈值电压漂移则来自于背栅阈值耦合;在同一工艺下,尺寸较小的器件对总剂量效应更敏感.探讨了背栅和体区加负偏压对总剂量效应的影响,SOI器件背栅或体区的负偏压可以在一定程度上抑制辐射增强的寄生效应,从而改善辐照后器件的电学特性.     

Impact of incident direction on neutron-induced single-bit and multiple-cell upsets in 14 nm FinFET and 65 nm planar SRAMs

Based on the BL09 terminal of China Spallation Neutron Source (CSNS), single event upset (SEU) cross sections of 14 nm fin field-effect transistor (FinFET) and 65 nm quad data rate (QDR) static random-access memories (SRAMs) are obtained under different incident directions of neutrons: front, back and side. It is found that, for both technology nodes, the "worst direction" corresponds to the case that neutrons traverse package and metallization before reaching the sensitive volume. The SEU cross section under the worst direction is 1.7-4.7 times higher than those under other incident directions. While for multiple-cell upset (MCU) sensitivity, side incidence is the worst direction, with the highest MCU ratio. The largest MCU for the 14 nm FinFET SRAM involves 8 bits. Monte-Carlo simulations are further performed to reveal the characteristics of neutron induced secondary ions and understand the inner mechanisms.