反射中子对金属快中子脉冲堆特性参数的影响研究

快中子脉冲堆对墙壁反射中子比较敏感,反射中子会改变快中子脉冲堆波形,当反射中子较多时可能会对脉冲堆的运行安全造成不利影响。本文建立了考虑墙壁反射中子效应的点堆动力学方法、蒙特卡罗中子学计算方法和ANSYS热力学计算方法三者耦合的“核-热-力”耦合方法,并对含有墙壁反射中子效应的快中子脉冲堆Godiva-Ⅰ瞬态过程进行分析。结果表明:反射中子使脉冲后沿提高,使冲坪时的反应性变低,使堆芯位移、应力有所提高。

特征工艺尺寸对CMOS SRAM抗单粒子翻转性能的影响

采用TCAD工艺模拟工具按照等比例缩小规则构建了从亚微米到超深亚微米级7种不同特征尺寸的MOS晶体管,计算了由这些晶体管组成的静态随机存储器(SRAM)单粒子翻转的临界电荷Qcrit、LET阈值(LETth),建立了LETth与临界电荷之间的解析关系,研究了特征工艺尺寸对CMOS SRAM抗单粒子翻转性能的影响及原因。研究表明:随着特征尺寸的减小,SRAM单元单粒子翻转的临界电荷减小,电荷收集效率由于寄生双极晶体管效应而增加,造成LETth随特征尺寸缩小而迅速减小,CMOS SRAM抗单粒子翻转性能迅速降低。

MOS器件总剂量效应敏感参数及其损伤阈值的概率模型分析

针对特征工艺尺寸为0.6μm NMOS进行了60Co电离辐照试验,分析了MOS器件总剂量辐照效应的原因,详细介绍了处理电离辐照试验数据的方法。建立了总剂量辐照效应的损伤阈值的统计概率模型,估计模型参数并对其进行了验证,结果表明,N型MOS的失效剂量更服从于威布尔函数分布;对不同辐照剂量下的NMOS敏感参数的损伤程度进行了统计分析,结果表明,器件的关态漏电流的增加量服从威布尔分布,关态漏电流在同等置信度下的不确定度随辐照总剂量增大。

纳米DDR SRAM器件重离子单粒子效应试验研究

针对90nm和65nm DDR(双倍数率)SRAM器件,开展与纳米尺度SRAM单粒子效应相关性的试验研究。分析了特征尺寸、测试图形、离子入射角度、工作电压等不同试验条件对单粒子翻转(SEU)的影响和效应规律,并对现有试验方法的可行性进行了分析。研究表明:特征尺寸减小导致翻转截面降低,测试图形和工作电压对器件单粒子翻转截面影响不大;随着入射角度增加,多位翻转的增加导致器件SEU截面有所增大;余弦倾角的试验方法对于纳米器件的适用性与离子种类和线性能量转移(LET)值相关,具有很大的局限性。

亚微米特征工艺尺寸静态随机存储器单粒子效应实验研究

利用中国原子能科学研究院重离子加速器,开展了不同特征尺寸(0.35～0.13μm)CMOS工艺、不同集成度(1M、4M、8M、16M)静态随机存储器(SRAM)单粒子翻转(SEU)和单粒子闩锁(SEL)实验研究,给出了SRAM器件的SEU、SEL截面曲线。与μm级特征尺寸的器件相比,随特征尺寸的减小,单粒子翻转更加严重。测量到了令人关注的单粒子多位翻转(MBU)效应,对翻转位数进行了统计分析。MBU对目前卫星系统采用的EDAC技术提出了挑战。

静态随机访问存储器型现场可编程门阵列辐照效应测试系统研制

在调研静态随机访问存储器型现场可编程门阵列(FPGA)器件空间辐照效应失效机理的基础上,详细论述FPGA辐照效应测试系统内部存储器测试、功能测试及功耗测试的实现原理,给出了系统的软硬件实现方法。所建立的系统可以测试FPGA器件的配置存储器翻转截面、块存储器翻转截面、功能失效截面、闭锁截面等多个参数,其长线传输距离达到50 m以上,最大可测门数达到了100万门,为FPGA辐照效应研究提供了测试平台。

质子和中子在硅中位移损伤等效性计算

基于蒙特卡罗软件Geant4,探讨质子与硅的库仑散射和核反应及中子与硅的核反应产生反冲原子沉积非电离能量的过程,建立质子和中子在硅中的非电离能量阻止本领计算方法。在此方法中,描述了原子间库仑散射的物理过程,模拟带电粒子与晶格原子之间的屏蔽库仑散射。计算得到不同能量质子和中子在硅中因库仑散射和核反应产生反冲原子的非电离能量沉积及阻止本领的等效性,计算结果与中子ASTM标准及文献计算得到的质子数据符合很好。

GaN HEMT器件电子辐照效应研究

对GaN HEMT(High Electron Mobility Transistor)器件进行了0.8和1.2 MeV电子束的辐照效应研究。结果表明,0.8 MeV电子束对器件损伤甚于1.2 MeV电子束,饱和漏电流增大,阈值电压负向漂移主要是由于AlGaN层中电离辐射产生的俘获正电荷以及GaN层中非电离能量损失产生的N、Ga空位所引起的。栅电流增加主要是由于非电离能量损失在AlGaN势垒层形成的电子陷阱和俘获正电荷引起TAT效应(trap-assisted tunneling)所导致。

静态单粒子翻转截面的获取及分类

为了评估静态随机访问存储器(SRAM)型现场可编程门阵列(FPGA)器件的单粒子效应,寻求单粒子翻转敏感部位,以XCV300PQ240为实验样品,利用重离子辐照装置详细测试了该器件的静态翻转截面,并根据配置存储单元用途的不同,对翻转数据进行了分类。结果表明:SRAM型FPGA的内部存储单元对单粒子翻转效应十分敏感;配置存储器翻转主要由查找表(LUT)及互连线资控制位造成,这两者的翻转占总翻转数的97.46%;配置存储器中各类资源的单粒子翻转(SEU)敏感性并不一致,输入输出端口(IOB)控制位和LUT的单粒子翻转的敏感性远高于其它几类资源,但LUT在配置存储器中占有很大比例,在加固时应予以重点考虑。

质子核反应二次粒子引起的静态存储器单粒子翻转截面计算

研究建立了质子单粒子翻转截面计算方法。基于蒙特卡罗软件Geant4,计算分析了不同能量质子核反应产生二次粒子对有效体积带来的影响,确定了有效体积大小。计算了静态随机存取存储器的质子单粒子翻转截面和多位翻转截面。计算结果在趋势上与双参数公式所预言的相符合,并可得到很高能量质子引起的极限截面;在较低能段的数据与文献的理论和实验值相符。

GaN HEMT器件中子辐照效应实验研究

建立了GaN HEMT器件(氮化镓高电子迁移率晶体管)中子原位测试技术和辐照效应实验方法,开展了GaN HEMT器件脉冲反应堆中子辐照效应实验研究,重点研究了电离辐射和位移损伤对器件性能退化的影响,获取了GaN HEMT中子位移损伤效应敏感参数和效应规律。结果表明,阈值电压、栅极泄漏电流以及漏极电流是中子辐照损伤的敏感参数,讨论了器件性能退化的各种辐射损伤机制。

模数转换器辐照效应测试系统研制

本工作研制基于柱形图分析法的模数转换器辐照效应测试系统。详细描述了系统的测试原理、系统组成、系统控制流程及系统实现的功能。利用该系统在60Co源上对商用12位AD574AJD芯片进行了总剂量效应试验。结果表明,系统所测的ADC器件的静态参数及功能参数能正确反映器件的效应损伤情况,是一良好的ADC器件辐照效应测试平台。

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。

新型微电子技术电离辐射总剂量效应面临的挑战

随着器件特征尺寸的不断减小,在器件结构和工艺上采取了新的措施。分析了STI(shallo★trench isolation)隔离导致器件电离辐射总剂量效应的损伤机理;对不同工艺集成电路的抗总剂量TII(Total Ionizing Dose)能力进行了比较分析;对近来比较关注的重离子引起的微剂量效应进行了介绍;最后对可能替代体硅器件的新型器件总剂量效应能力进行了预估。

电路级模拟技术在SRAM型FPGA总剂量效应敏感性预测中的应用

在分析SRAM型FPGA单元电路及芯片辐照效应实验数据的基础上,借助计算机仿真模拟,研究了大规模集成电路抗辐射性能的敏感性预测技术。采用分层仿真和评价的方法,先由上而下,根据器件参数要求分配性能指标,再依据实验数据,借助数值模拟,由下而上检验性能阈值、裕量及其不确定度,最终给出整个FPGA的可信度值,确定了敏感单元电路,并且通过X射线微束总剂量实验对结果进行验证。建立的电路级数值模拟方法为累积电离总剂量效应敏感性预测研究,提供了技术支撑。

浮栅ROM器件的脉冲与稳态总剂量效应研究

目前国内存储器辐照效应研究多数集中于功能测试,对具体参数研究较少。本文提出了浮栅型存储器阈值电压的测试方法,并引入紫外预辐照方法,对几种不同集成度的浮栅型存储器EPROM,开展了脉冲与稳态总剂量效应对器件阈值电压影响的异同性研究,分析了损伤机理。研究结果表明,不同于MOS和CMOS器件,脉冲辐照引起的浮栅ROM器件阈值电压漂移大于稳态辐照,为系统器件选型提供了重要参考。

Flash ROM的X微束辐照试验研究及失效机理分析

Flash ROM芯片的存储阵列和外围电路均具有较高的辐射易损性,辐射损伤模式多样。为对其辐射敏感电路进行定位和分析,本文采用X射线微束开展局部辐照试验研究。分别研究了存储阵列,译码电路以及电荷泵等不同电路模块所引起的失效表征,利用错误位的逻辑地址映射图,总结错误分布规律,结合相应电路结构对其失效机理进行分析。辐照存储阵列会导致规则分布的0→1翻转错误,而译码电路出错会导致1→0的错误,电荷泵电路退化则会导致器件擦除和写入功能的失效。微束辐照结果可以有效补充全芯片总剂量效应考核的不足,为器件的抗辐射加固提供有益的参考。

SRAM型FPGA总剂量效应实验研究

为了探索SRAM型FPGA器件的总剂量效应测试方法及效应敏感参数,以XC2S100为实验样品,设计了两种配置电路,利用60Coγ辐照装置进行了总剂量效应辐照实验。通过对实验结果的分析,给出了SRAM型FPGA器件配置存储器及块存储器的测试流程,并指出功耗电流是表征效应的最敏感参数。这些结果对建立SRAM型FPGA的考核方法及测试方法打下了坚实的基础。

锁相环单粒子瞬态效应的电路级仿真

对130 nm工艺电荷泵锁相环(PLL,phase-locked loop)开展单粒子瞬态(SET,single event transient)的电路级仿真,根据输出端信号的最大错误脉冲和最大相移寻找SET最敏感节点。结果表明,电荷泵输出级的晶体管对SET最敏感。介绍了一种加固方法,电荷泵PLL加固前后的抗SET性能仿真比较结果表明,加固后PLL的抗SET性能提高1个量级。

54HC系列CMOS器件脉冲与稳态γ总剂量效应异同性研究

针对现有脉冲辐射模拟装置在模拟真实环境方面累积剂量偏小的特点,开展了54HC系列CMOS器件脉冲γ与60 Coγ总剂量效应损伤异同性研究,获取器件效应损伤因子,以期通过对稳态辐射环境下电路总剂量损伤阈值的测量预估脉冲高剂量率环境下的总剂量损伤阈值。研究结果表明,无论选择哪种敏感参数进行效应损伤异同性研究,稳态辐照造成的总剂量损伤总是高于脉冲辐照,即稳态总剂量引起的器件阈值电压漂移、静态功耗电流增加比脉冲总剂量引起的大。