单粒子效应

摘要： 开展65 nm高速大容量静态随机存取存储器(SRAM)大气中子单粒子效应特性及试验评价技术研究,基于4 300 m高海拔地区大面积器件阵列实时测量试验,突破效应甄别、智能远程测控等关键技术,在153 d的试验时间内共观测到错误43次,其中器件内单粒子翻转39次,多单元翻转(MCU)在单粒子翻转中占比23%,最大的MCU为9位。对高能中子、热中子和封装α粒子的贡献比例进行了分析,并基于多地中子通量数据,推演得到北京地面和10 km高空应用时的单位翻转(SBU)和MCU失效率(FIT)。发现地面处软错误的主要诱因为封装α粒子,随着海拔的增高,大气中子对软错误的贡献比例明显增大;MCU全部由高能中子引起,北京10 km高空处的MCU FIT值明显增大,其占比由地面的8%增大至26%。结合器件版图布局,对MCU产生机理进行了深入分析。最后,提出一种目标导向的存储器软错误加固策略优化方法。

摘要： 建立了可用于器件单粒子效应(single event effect,SEE)敏感区定位的离子诱导光子发射显微镜(ion photon emission microscopy,IPEM)实验方法,利用光子产生、传输和探测装置,设计搭建了IPEM光学成像系统,测试了适用于该系统的多种闪烁体材料的发射光谱和衰减时间等光学性质,分析对比了160 MeV的Cl离子束辐照不同种类和不同厚度的闪烁体材料时的IPEM系统空间分辨率。研究结果表明,选用10μm厚的ZnS(Ag)粉末作为闪烁体材料时,IPEM光学成像系统空间分辨率最佳为2.8μm;同时,降低闪烁体材料的厚度可提高系统的空间分辨率。

摘要： 针对22 nm全耗尽绝缘体上硅(FDSOI)工艺静态随机存储器(SRAM)开展了重离子实验,对比了不同加固设计的FDSOI SRAM的抗单粒子翻转(SEU)和多单元翻转(MCU)能力,分析了读写错误致存储阵列MCU的效应表征和作用机制,揭示了衬底偏置对FDSOI SRAM SEU敏感性的影响机理。研究结果表明:对5款被测FDSOI SRAM而言,抗SEU能力由弱到强依次为八管加固型SRAM2、冗余加固型SRAM1、双互锁结构(DICE)型SRAM3或SRAM4、双DICE型SRAM5;3款DICE型FDSOI SRAM的存储阵列自身抗MCU性能优于其他两款SRAM;虽然DICE型FDSOI SRAM的存储阵列自身抗MCU能力强,但读写错误致存储阵列MCU的影响不可忽略,且该影响随SRAM工作频率的提高愈加严重;衬底偏置通过对寄生双极放大效应的控制来影响FDSOI SRAM的SEU敏感性。

摘要： 利用SILVACO TCAD软件构建了28 nm MOSFET器件的3维结构,创建了单粒子的迁移率和载流子等仿真物理模型,仿真模拟了重离子入射位置、LET值、入射角度及器件的漏极掺杂浓度、漏极偏置电压对28 nm MOSFET器件单粒子效应的影响,分析了重离子入射引起器件双极放大效应。仿真结果表明:MOSFET器件对单粒子效应敏感的位置是临近轻掺杂的漏极,通过提取耗尽区电势,发现不同位置单粒子漏极瞬态电流的峰值与电势的大小基本保持一致;漏极瞬态电流峰值随着LET值和漏极偏置电压的增大而增大,而随着器件的漏极掺杂浓度的增大而减小;漏极瞬态电流峰值随着粒子入射角度的增大而增大,这是器件内部电离面积的变化引起的。另外,单粒子效应会导致MOSFET体内的寄生晶体管导通,使大量电子从源极流入漏极,产生的电流与单粒子电离形成的电流叠加使电路节点电压突变,导致电路功能紊乱,研究表明双极放大增益可达3.3。

摘要： CMOS图像传感器应用于空间任务时容易受到质子单粒子效应影响.本文采用商用正照式(FSI)和背照式(BSI)CMOS图像传感器开展了不同能量的质子辐照实验,实验中通过在线测试方法分析质子单粒子效应.其中,质子能量最高为200 MeV,总注量为10^(10) particle/cm^(2),结果未发现外围电路的单粒子效应,但观察到像素阵列出现不同形状的单粒子瞬态亮斑.通过提取瞬态亮斑沉积能量和尺寸大小两个特征参数,比较了不同能量质子对瞬态亮斑特征的影响,以及FSI和BSI中瞬态亮斑特征的差异.最后,结合仿真方法,与实验结果进行比较,预测了质子在CMOS图像传感器像素单元产生瞬态亮斑的能量沉积分布.仿真结果验证了光电二极管耗尽区厚度减小和外延层减薄是导致BSI图像传感器中质子能量沉积分布左移的主要因素.

摘要： 基于一种综合考虑有源区形状尺寸、重离子轰击位置、电路响应反馈、双极放大电荷收集等因素的电路级单粒子效应仿真方法,开展了180 nm工艺下不同驱动能力反相器的单粒子效应敏感性研究。研究结果表明:当驱动能力增至一定倍数,反相器的单粒子敏感截面与版图面积比及瞬态脉冲宽度会明显下降;含有多个子模块的反相器单元中,驱动能力高的子模块较驱动能力低的子模块具有更强的抗单粒子能力;在版图结构设计中共漏极连接方式有利于降低敏感区域面积,采用共漏极连接方式较共源极、独立源漏连接方式更利于降低电路对单粒子效应的敏感性。

摘要： SiC器件作为宽禁带半导体器件代表,具有高击穿场强、高饱和电子漂移速率、高热导率、高电压、高频率和高抗辐照等优越的物理和电气特性,在卫星电源系统中具有巨大的应用潜力。介绍了卫星电源系统发展的现状与趋势,论述了当前国际宇航研究机构对SiC功率器件在卫星电推进系统中应用的研究,并提出SiC器件在卫星中应用的单粒子需求趋势。分析认为SiC功率器件今后的研究重点在于单粒子失效机理的研究、辐照加固工艺完善以及器件改进。

摘要： 为实现航天器减重增效的目的,FinFET工艺制造的半导体器件因制程小、功耗低和性能佳等优势,成为宇航级集成电路内部功能单元的有力竞争者。空间辐射环境诱发的半导体器件总剂量和单粒子效应是限制航天器在轨寿命的关键因素,FinFET器件的抗辐射性能与工艺参数密切相关,文中从不同工艺参数下FinFET器件的辐射性能退化着手,比较了掺杂浓度、鳍尺寸和材料种类对总剂量和单粒子效应的影响,详细分析了FinFET器件的辐射损伤行为和性能演化规律,为FinFET器件的抗辐射加固提供了科学依据。

摘要： 异质结带隙渐变使锗硅异质结双极晶体管(SiGeHBT)具有良好的温度特性,可承受-180~+200°C的极端温度,在空间极端环境领域具有诱人的应用前景。然而,SiGeHBT器件由于材料和工艺结构的新特征,其空间辐射效应表现出不同于体硅器件的复杂特征。本文详述了SiGeHBT的空间辐射效应研究现状,重点介绍了国产工艺SiGeHBT的单粒子效应、总剂量效应、低剂量率辐射损伤增强效应以及辐射协同效应的研究进展。研究表明,SiGeHBT作为双极晶体管的重要类型,普遍具有较好的抗总剂量和位移损伤效应的能力,但单粒子效应是制约其空间应用的瓶颈问题。由于工艺的不同,国产SiGeHBT还表现出显著的低剂量率辐射损伤增强效应响应和辐射协同效应。

摘要： 铁电场效应晶体管具有非挥发性、低功耗、读写速度快等优异的存储性能,是最有前景的新型半导体存储器件之一.为促进铁电场效应晶体管在辐射环境中的应用,本文利用计算机辅助设计软件对全耗尽绝缘体上硅氧化铪基铁电场效应晶体管存储单元的单粒子效应进行研究,分析了重离子不同入射位置及角度和漏极偏置电压对存储单元相关特性的影响.结果表明:重离子入射位置改变不会使氧化铪铁电层中相应的极化状态发生反向,但会影响存储单元输出电压瞬态变化,最敏感区域靠近漏-体结区域;随着重离子入射角度减小,存储单元输出电压峰值增大,读数据“0”时入射角度变化的影响更为明显;存储单元输出电压峰值受漏极偏置电压调制,读数据“1”时调制效应更为明显.本工作为全耗尽绝缘体上硅氧化铪基铁电场效应晶体管存储单元抗单粒子效应加固设计提供理论依据和指导.

摘要： 本文基于2MeV自屏蔽电子加速器和10MeV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:45nm SRAM(额定工作电压1.5V)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.

摘要： 在中国原子能科学研究院HI-13串列加速器上建立了一套新的离子诱发光子发射型显微镜装置,该装置通过使用高效率的光学探测和传输系统有效提高了光子的总探测效率,高量子效率的CCD和大数值孔径的物镜更有利于光子的收集和探测.通过CCD观测到了单个C1离子的显微光学图像,单个离子的位置分辨率约为6μm,薄膜厚度越薄位置分辨率越高,掺杂杂质以及入射离子与ZnS表面的微小角度也会影响光斑的分辨率.单粒子事件由光学信号和脉冲信号同时出现来确定,并对单粒子有效符合以及偶然符合进行了分析,通过有效符合事件绘制出了单粒子效应二维分布图谱.该设备可以有效的应用于微电子器件的单粒子效应显微成像测试中.

摘要： 纳米级系统芯片(System on Chip,SoC)集成度高、性能优越、功耗低以及体积小,非常适合航天器的发展需求,然而空间辐射环境对系统芯片的可靠性造成了严重威胁,尤其是单粒子效应影响最为严重.本文以28nm系统芯片Xilinx Zynq-7000SoC为研究对象,开展了α单粒子效应实验、低能质子单粒子效应实验以及重离子微束辐照实验,测得了系统级芯片的单粒子效应敏感模块、单粒子效应截面以及芯片敏感区域;采用软件故障注入技术获得了系统级芯片多个功能单元的敏感位置以及故障表现类型;并且通过建立系统芯片软错误故障树,定量计算了系统芯片及各功能单元的故障率和不可靠度.研究结果有助于理解系统芯片的单粒子效应机理.

摘要： 脉冲激光可以模拟测试深空探测载荷半导体器件的单粒子效应现象,可以定位器件对单粒子效应敏感的具体单元,可以动态测试电路系统对单粒子效应的时间响应特性.通过研究,可以建立试验测试单粒子效应的激光能量与重离子LET值的对应关系,据此可以定量摸底评估器件的单粒子效应敏感度.深空探测载荷需要评估其单粒子效应的特性及对电路系统的影响,需要摸索设计合适的电路条件防范单粒子效应影响,需要试验验证电路系统的抗单粒子效应设计措施,甚至要研制载荷专用的抗辐射ASIC电路,这就需要更加精细的单粒子效应测试.便捷、低成本的脉冲激光试验是满足深空探测载荷上述单粒子效应试验需求的重要选择.

摘要： 随着技术的发展,以高性能数字信号处理器(DSP:Digital Signal Processor)为核心的信号处理平台广泛应用于空间电子设备中.而随着器件集成度的提高,单粒子效应的影响就更加显著.本文以星载数字处理平台为背景,首先分析了DSP的单粒子效应的机理,然后针对DSP的系统结构,从体系上采用高可靠FPGA+DSP的架构,从软件设计方面提出了 “关键变量三模冗余和定时刷新+基本模块执行时间监控”的抗单粒子加固方法.本文以大规模星载数字信号处理平台为基础，分析了DSP在空问中的辐射效应，研究了DSP的抗辐射加固技术。

摘要： 针对单粒子效应测试对质子束能量的要求,中国原子能科学研究院设计了一台300MeV/A H2+超导回旋加速器,该加速器使用超导线圈实现主磁铁小型化,剥离引出H2+离子获得可变能量的质子束.通过调节剥离点位置和分析剥离后质子的轨迹与束流包络,对该加速器引出过程的束流动力学进行了研究,完成了引出过程的物理设计.结果表明,此台加速器可在205～240MeV、265～300MeV内连续变能量引出质子,在更低能量范围内有单能量点引出质子的能力.

摘要： 肖特基二极管由于开启压降低、开关速度快等优点被广泛应用于整流电路和功率模块等宇航电路中.由于空间环境辐射造成的故障中,单粒子效应造成的故障占辐射总故障的30％,所以本文对肖特基二极管的抗单粒子辐照特性进行了研究.研究表明,未经加固的肖特基二极管抗单粒子辐照性能差,对单粒子辐照损伤进行仿真及原理分析后提出了抗单粒子加固方案,在兰州近代物理研究所进行单粒子辐照验证后表明,经加固的肖特基二极管达到了抗单粒子辐照的要求.

摘要： 低能质子单粒子效应是纳米集成电路空间应用面临的主要辐射问题之一.本文完成了一款65nm工艺4M×18bit大容量随机静态存储器(SRAM)低能质子单粒子效应实验,结合错误率预估分析,获得主要结论如下:针对论文研究器件,不同轨道及环境下低能质子错误率占总错误率的比例范围在1％～86％,其中太阳质子事件、地球俘获带中低能质子引起的错误率占主导,建议对空间应用的元器件要求对低能质子不敏感.太阳活动不显著时,高轨道错误率以银河宇宙射线重离子的贡献为主,低轨道错误率以地球俘获带质子的贡献为主.发生太阳质子事件时,除了低轨道、低纬度区域,错误率以太阳宇宙射线的贡献为主.随着纬度减小,太阳质子事件引起错误率会急剧下降;对于地球俘获粒子,中纬度区域错误率明显高于高低纬度两侧错误率.饱和截面与错误率成正比变化;LET阈值与错误率大致成反比变化.

摘要： 本文将分析空间辐射效应的分类及作用机理,重点论述单粒子效应与总剂量效应对SAR ADC造成的影响以及目前针对这两类效应的加固方法.总体来讲，SAR ADC中数字电路部分的抗辐射加固技术相对来说比较成熟，但是模拟模块如DAC电容阵列、带隙基准的加固技术仍是难点，也将是抗辐射SAR ADC研究所面临的最艰巨的任务之一。近年来我国航天事业迅猛发展，在载人航天、探月等关键技术均有所突破，但关键宇航器件受制于人的局面并未得到根本扭转，高性能抗辐射FPGA、ABC及DAC等关键集成电路依然没有实现国产化。

摘要： 针对嫦娥三号探测器在轨飞行和月面工作期间所面临的特殊空间环境,本文对FPGA单粒子效应机理进行了分析,对国内外研究数据进行了调研,对探测器FPGA的单粒子防护进行了详细研究和设计,并在轨实施.地面测试和在轨运行期间的验证结果表明,设计的单粒子防护措施可以有效的规避单粒子效应的影响,着陆器和巡视器均未发生单粒子效应事件,措施有效可行,满足探测器在轨运行的需求.最后对嫦娥三号探测器FPGA单粒子防护设计经验进行了总结,可供后续相关航天器参考使用.

摘要： 本发明公开了一种差分输入单端输出放大器及抗单粒子瞬态效应的加固方法，该差分输入单端输出放大器包括两个差分输入端Vin1、Vin2，一个单端输出端Vout、一个偏置输入端Vb、晶体管M5、有源负载管M1和M2、以及两个差分对管M3和M4；所述有源负载管M1包括第一晶体管MA1和第二晶体管MA2，所述有源负载管M2包括第三晶体管MB1和第四晶体管MB2；所述第一晶体管MA1与第二晶体管MA2以并联方式连接，所述第三晶体管MB1与第四晶体管MB2以并联方式连接。该加固方法可以应用于上述放大器。本发明具有原理简单、易实现、加固效果好等优点。

摘要： 本发明公开了一种在轨粒子探测与单粒子效应监测系统，将空间辐射环境探测与辐射效应监测模块集成至同一个系统中，能够在轨监测单粒子效应的同时，获取有可能诱发此单粒子效应的粒子信息(包括能量、种类及LET值等)，这对于单粒子效应产生机理研究具有重要的意义；采用多功能一体化设计，既满足了多类粒子探测需求，又可以进行辐射效应监测，有助于航天器轻小型化设计需求。

摘要： 本发明公开了一种P沟道场效应晶体管抗单粒子效应加固电路，包括第一场效应晶体管、第二场效应晶体管、第三场效应晶体管、第四场效应晶体管、第五场效应晶体管、第六场效应晶体管；第一、第二、第五场效应晶体管各自的栅极分别相连，第一、第三、第五场效应晶体管各自的漏极分别相连，第一场效应晶体管的源极与第二场效应晶体管的漏极相连，第二、第四场效应晶体管各自的源极分别与电源相连，第四、第五、第六场效应晶体管各自的栅极分别相连，第四、第六场效应晶体管各自的漏极与第三场效应晶体管的栅极相连，第五、第六、第三场效应晶体管各自的源极都接地。本发明不仅能够完成普通反相器的逻辑功能，还具备优异的抗辐照性能。

摘要： 本发明公开了一种抗单粒子效应的N沟道场效应晶体管及其制作方法。所述抗单粒子效应的N沟道场效应晶体管包括半导体衬底、外延层、源区、漏区、栅极，源区与漏区之间设有第一阈值电压注入区，所述漏区的外围设有环形深掺杂漏区，深掺杂漏区与漏区之间设有第二阈值电压注入区。本发明在传统N沟道场效应晶体管漏区外围环绕一圈深掺杂漏区，附加的深掺杂漏区能够在单粒子入射敏感漏区产生漏斗效应后有效地辅助漏区收集电荷，使得器件在受到单粒子辐照后漏区所吸收电荷量及吸收时间减少，减小了单粒子瞬态电流脉冲时间与峰值，并屏蔽一定线性能量传输值的单粒子在反相器链中所造成的瞬态电压脉冲，提高了器件的抗辐照能力。

摘要： 本发明公开了一种在轨粒子探测与单粒子效应监测系统，将空间辐射环境探测与辐射效应监测模块集成至同一个系统中，能够在轨监测单粒子效应的同时，获取有可能诱发此单粒子效应的粒子信息(包括能量、种类及LET值等)，这对于单粒子效应产生机理研究具有重要的意义；采用多功能一体化设计，既满足了多类粒子探测需求，又可以进行辐射效应监测，有助于航天器轻小型化设计需求。

摘要： 本发明提出了一种测量单粒子效应引起的寄生双极型晶体管放大系数的方法，包括：设计出测量晶体管的测试结构；测量时，将待测晶片放入设计的实验装置，利用带孔金属挡板确定轰击位置，激光束通过密封的激光罩引入真空舱，且激光罩可以控制粒子入射方向；所有晶体管源区、漏区和栅极通过金属布线引出连接到金属接触板(PAD)，通过铜线焊接到真空仓外接插口；漏区上方有“+”标志，用于与带孔铅挡板对准，确定粒子入射位置。当单个高能粒子轰击晶体管漏区时，晶体管源端、漏端、正栅和背栅通过连接出口外接偏置电压(对N型晶体管，源端和正栅接地，漏端接电源电压，背栅接负电压；对P型晶体管，源端和正栅接电源电压，漏端接地，背栅接正电压)，漏端电流通过半导体参数分析仪被测量。放大系数由公式β＝I

摘要： 本发明公开了一种P沟道场效应晶体管抗单粒子效应加固电路，包括第一场效应晶体管、第二场效应晶体管、第三场效应晶体管、第四场效应晶体管、第五场效应晶体管、第六场效应晶体管；第一、第二、第五场效应晶体管各自的栅极分别相连，第一、第三、第五场效应晶体管各自的漏极分别相连，第一场效应晶体管的源极与第二场效应晶体管的漏极相连，第二、第四场效应晶体管各自的源极分别与电源相连，第四、第五、第六场效应晶体管各自的栅极分别相连，第四、第六场效应晶体管各自的漏极与第三场效应晶体管的栅极相连，第五、第六、第三场效应晶体管各自的源极都接地。本发明不仅能够完成普通反相器的逻辑功能，还具备优异的抗辐照性能。

摘要： 本发明公开了一种抗单粒子效应的N沟道场效应晶体管及其制作方法。所述抗单粒子效应的N沟道场效应晶体管包括半导体衬底、外延层、源区、漏区、栅极，源区与漏区之间设有第一阈值电压注入区，所述漏区的外围设有环形深掺杂漏区，深掺杂漏区与漏区之间设有第二阈值电压注入区。本发明在传统N沟道场效应晶体管漏区外围环绕一圈深掺杂漏区，附加的深掺杂漏区能够在单粒子入射敏感漏区产生漏斗效应后有效地辅助漏区收集电荷，使得器件在受到单粒子辐照后漏区所吸收电荷量及吸收时间减少，减小了单粒子瞬态电流脉冲时间与峰值，并屏蔽一定线性能量传输值的单粒子在反相器链中所造成的瞬态电压脉冲，提高了器件的抗辐照能力。

摘要： 本发明公开了一种FinFET单管单粒子瞬态效应的测试电路，包括待测N型FinFET管M0、第一电流镜、第二电流镜、第一电阻R0和第二电阻R1，其中，待测N型FinFET管M0的栅极连接外部电源信号VG，漏极同时连接第一电流镜的输入端和第二电流镜的输入端，源极连接接地端；第一电阻R0连接在接地端与第二电流镜的输出端之间，第二电阻R2连接在接地端与第一电流镜的输出端之间；第一电流镜和第二电流镜均用于捕获待测N型FinFET管M0发生单粒子效应后产生的瞬态电流。本发明的FinFET单管单粒子瞬态效应的测试电路，当器件发生单粒子效应后，产生瞬态电流被电流镜捕获，根据电流大小，器件的漏端电压通过内部电路进行偏置，减弱了外加电源对瞬态特性的噪声影响。

摘要： 本发明公开了一种基于稠密连接网络的单粒子预测效应方法，包括以下步骤；步骤1，GEANT4建模：步骤2，将获取到的不同粒子条件下的LET数据作为数据集；步骤3，将样本总数据集随机划分为训练集，交叉验证集和测试集，并固定随机种子以确保实验结果可复现；步骤4，基于稠密连接网络构建预测模型；步骤5，将训练集输入预测模型优化预测模型；步骤6，在步骤5过程中同时将交叉验证集输入预测模型，通过对比其损失函数曲线与训练集损失函数曲线来调整优化过程中的训练集重复训练次数与反向传播中的学习率；步骤7，评估其预测准确率与泛化能力。本发明能准确和快速地预测微电子器件的线性能量传输数据，从而分析单粒子效应对其产生的影响。