单粒子翻转二维成像技术

为了给星用半导体器件不同区域的单粒子翻转(SEU)机理研究提供一种高效、可靠手段,基于北京HI-13串列加速器,从重离子微束辐照技术和存储器单粒子效应检测技术这2方面,对微电子器件SEU二维成像测试技术进行了研究,建立了基于虚拟技术的测试系统。利用该成像技术,对国产2 kbit静态随机存储器(SRAM)的SEU敏感区域进行了实验研究,结果与理论结果及以往手动测试实验结果一致。

半导体器件内离子有效LET值测量方法研究

提出了一种基于电荷收集测试技术的离子有效LET值测量方法.首先对半导体器件内收集电荷量与入射离子有效LET值之间的关系进行了分析,根据二者之间的关系提出通过测量电荷收集量从而测量离子有效LET值的方法;然后建立了半导体器件电荷收集测试系统,利用PN结和SRAM对测量方法进行了验证;最后成功利用该方法解释了以往单粒子效应实验中出现的数据异常.

^(75)As中子辐射俘获截面的实验测量及蒙特卡罗修正

在四川大学2.5 MV静电加速器上,用活化法测量了29—1100 keV能区中子引起的75As(n,γ)76As反应截面,并用MCNP 4C程序对实验中由中子的多次散射、注量率衰减效应等引起的偏差进行了修正,最后将所得结果与已有数据进行了比较。

14MeV中子引发SRAM器件单粒子效应实验研究

在中国原子能科学研究院的高压倍加器装置上开展了SRAM器件的14 MeV中子单粒子效应实验研究。介绍了中子的产生、中子注量率的测量和调节以及中子单粒子效应的测试等的实验方法,获得了HM628512BLP型和R1LV1616HSA型SRAM器件的14 MeV中子单粒子效应截面。前者与文献的单粒子效应截面在误差范围内一致,验证了实验方法的科学性和可行性。后者与由效应机制出发获得的理论分析结果在量级上一致,对实验结果给出了定性的解释。

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。

65nm工艺SRAM低能质子单粒子翻转实验研究

基于北京HI-13串列加速器质子源及技术改进工作,获得2~15 MeV低能质子束流。针对商业级65nm工艺4M×18bit大容量随机静态存储器（SRAM）,开展了质子单粒子翻转实验研究。实验结果表明,低能质子通过直接电离机制可在存储器中引起显著的单粒子翻转,其翻转截面较核反应机制引起的翻转截面大2~3个数量级。结合实验数据分析了质子翻转机制、LET值及射程、临界电荷及空间软错误率等,分析结果表明,实验器件翻转临界电荷约为0.97fC,而低能质子超过高能质子成为质子软错误率的主要贡献因素。

65nm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。

加速器单粒子效应样品温度测控系统研制及实验应用

为满足国内半导体器件单粒子效应（SEE）截面与温度的关系研究需求,本文基于北京HI-13串列加速器SEE辐照实验终端研制了样品温度测控系统,实现了90~450K范围内实验样品温度的测量和控制,系统控制精度好于±1K。为验证系统可靠性,使用该系统研究了SRAM单粒子翻转（SEU）截面随温度的变化关系,在215~353 K范围内测量了SRAM翻转截面随温度的变化曲线。结果表明,SRAM SEU截面随温度的升高而增加,与理论预期结果一致。

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215~353K温度范围内商用4M0.15μm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。

高电荷态重离子束流产生技术的研究

为了提高北京HI-13串列加速器束流的硅中射程和LET值,本文开展了高电荷态束流引出技术及pA级弱束流诊断技术研究。采用电刚度和磁刚度模拟技术,配合pA级弱束流束斑观测和束流强度监测技术,获得能量360MeV、峰总比80%的197 Au离子束流,其在Si中的表面LET为86.1MeV·cm2·mg-1、射程为30.1μm,满足单粒子效应(SEE)实验的要求,拓展了北京HI-13串列加速器上单粒子效应实验所用离子的能量和LET值范围。

一种用于评估抗辐射DSP单粒子翻转的试验方法

本文提出了评估DSP电路单粒子翻转效应的试验方法,该方法包含单独静态检测SRAM、通过CPU读取内部寄存器和功能检测等三种方式.根据该方法,设计了DSP电路的单粒子翻转检测软件系统和硬件检测系统,并在HI-13串列重离子加速器上进行了单粒子翻转验证试验,获得了待测DSP器件的地面模拟翻转率数据.利用在轨错误率计算软件,计算出在标准辐照注量(1.0E+7icons/cm2)下电路的SEU在轨软错误率约为1.8E-12错误/位天(GEO,等效3mm Al屏蔽),运用该方法可以较好的评估DSP电路的单粒子翻转性能.

0.18μm自偏置锁相环抗单粒子辐射加固技术研究

设计了一款抗辐射自偏置锁相环(PLL),对PLL电路中关键逻辑进行单粒子效应分析,找出敏感节点,再对这些节点进行加固设计。该PLL电路用SMIC 0.18μm 1P4MCMOS工艺实现了设计。加固后的电路在中国原子能科学研究院核物理研究所,选择入射能量为206MeV、LET为37MeV·cm2/mg的72 Ge离子进行了单粒子辐射试验。PLL未发生失锁现象,能够满足航天应用的需求。

现代纳米集成电路质子单粒子效应研究进展

近年来,随着半导体工艺技术的迅速发展,质子单粒子效应研究的重要性上升到了一个新的高度。综述了国际上纳米集成电路质子单粒子效应研究的主要进展,如低能质子成为纳米集成电路单粒子效应和软错误率的主要贡献因素,中高能质子与新型器件材料(如钨)核反应研究成为质子单粒子效应新的热点问题,介绍了中国原子能科学研究院在纳米集成电路低能质子实验方面开展的相关工作。

重离子诱发二次光子位置测量技术研究

为进一步丰富芯片微观区域单粒子效应敏感度研究方法,开展IPEM装置建设前期研究。针对新型装置入射离子位置测量这一关键问题,在串列加速器单粒子效应专用辐照终端上,搭建光学位置测量装置,对单个离子在闪烁体材料上诱发产生的光子进行位置测量。通过分析实验数据,确认CCD测量到代表单个入射离子的二次光子图像,为下一步IPEM辐照装置的建设积累了经验。

65nm双阱CMOS静态随机存储器多位翻转微束及宽束实验研究

利用微束和宽束辐照装置分别对两款65nm双阱CMOS静态随机存储器(SRAM)进行重离子垂直辐照实验,将多位翻转(multiple-cell upset,MCU)类型、位置、事件数与器件结构布局相结合对单粒子翻转(single-event upset,SEU)的截面、MCU机理进行深入分析。结果表明,微束束斑小且均匀性好,不存在离子入射外围电路的情况;NMOS晶体管引发的MCU与总SEU事件比值高达32%,NMOS晶体管间的电荷共享不可忽略;实验未测得PMOS晶体管引发的MCU,高密度阱接触能有效抑制PMOS晶体管间的电荷共享;减小晶体管漏极与N阱/P阱界面的间距能降低SRAM器件SEU发生概率;减小存储单元内同类晶体管漏极间距、增大存储单元间同类晶体管漏极间距,可减弱电荷共享,从而减小SRAM器件MCU发生概率。

一种抗单粒子瞬态扰动触发器加固结构

提出了一种新型的电阻-电容抗辐射触发器加固结构(RC-DICE),并与DICE结构加固触发器、RDFDICE结构加固触发器进行了比较。测试电路利用0.18μm体硅CMOS工艺进行流片,单粒子验证试验在中国原子能科学研究院抗辐射应用技术创新中心进行。结果证明:新型抗辐射加固触发器在50 MHz工作频率下,单粒子翻转线性能量转移阈值≥37 MeV·cm^2/mg,能够满足航天应用的需求。

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。

65nm三阱CMOS静态随机存储器多位翻转实验研究

利用4种不同线性能量转换值的重离子对一款65nm三阱CMOS静态随机存储器(SRAM)进行重离子垂直辐照实验,将多位翻转图形、位置和事件数与器件结构布局结合对器件单粒子翻转截面、单粒子事件截面及多位翻转机理进行深入分析。结果表明,单粒子事件截面大于单个存储单元内敏感结点面积,单粒子翻转截面远大于单个存储单元面积。多位翻转事件数和规模的显著增长导致单粒子翻转截面远大于单粒子事件截面,多位翻转成为SRAM单粒子翻转的主要来源。结合器件垂直阱隔离布局及横向寄生双极晶体管位置,分析得到多位翻转主要由PMOS和NMOS晶体管的双极效应引起,且NMOS晶体管的双极效应是器件发生多位翻转的主要原因。

质子单粒子效应实验束流诊断中的SEEM研制

针对目前我国急需开展质子单粒子效应辐照实验的需求，研制了适用于质子束流注量率监测的次级电子发射监督器（secondary—electronemissionmonitor，SEEM）。测试结果表明，SEEM在监测注量率为109～1010cm-2·s-1的质子束流时，其电流与注量率间的线性相关性很好，可应用于质子单粒子效应实验束流诊断。同时，测量了不同质子能量下铝的次级电子发射系数，测量值与理论计算结果吻合较好。

Heavy Ion and Laser Microbeam Induced Current Transients in SiGe Heterojunction Bipolar Transistor

Silicon-germanium （SiGe） hereto-junction bipolar transistor current transients induced by pulse laser and heavy iron are measured using a real-time digital oscilloscope. These transients induced by pulse laser and heavy iron exhibit the same waveform and charge collection time except for the amplitude of peak current. Different laser energies and voltage biases under heavy ion irradiation also have impact on current transient, whereas the waveform remains unchanged. The position-correlated current transients suggest that the nature of the current transient is controlled by the behavior of the C/S junction.