CMOS工艺微控制器瞬时电离辐射效应实验研究

利用CMOS工艺微控制器的实验测试系统,在"强光一号"加速器上进行了瞬时剂量率效应实验。实验研究采用的γ脉冲宽度为20ns,剂量率(以Si原子计)为6.7×106～2.0×108Gy/s。在不同的剂量率水平下观察到了扰动和闭锁效应,获得了微控制器的闭锁阈值,分析了扰动时间、系统功耗电流与剂量率间的关系。瞬时电离辐射在CMOS工艺电路的PN结中产生光电流,导致了电学和功能参数的退化。

不同γ脉冲宽度下CMOS电路闩锁阈值的数值模拟

采用MEDICI软件,用电流注入和X射线辐照两种方法,对瞬态辐照引起的CMOS电路的闩锁特性进行模拟,研究了闩锁阈值与脉冲宽度的关系;将计算结果与实验测量结果进行比较,结果表明:随着脉冲宽度的增加,辐射损伤的剂量率阈值随之降低,而辐射损伤的总剂量阈值随之增加,CMOS电路的剂量率闩锁阈值与脉冲宽度的倒数成正比。

CMOS电路瞬态辐照脉冲宽度效应的实验研究

在"强光一号"加速器上,对两种CMOS反相器和一种CMOS存储器进行了长脉冲状态和短脉冲状态下的辐照实验,测量了CMOS电路的瞬时辐照效应规律,得到了CMOS电路辐射损伤阈值与脉冲宽度的关系,分析了CMOS电路在不同脉冲宽度下的效应差异。实验结果表明:CMOS电路的辐射损伤阈值随脉冲宽度的增加而降低,在20 ns的脉冲宽度辐照下,CMOS反相器4007和4069的闩锁阈值大约为150 ns脉冲辐照下的2倍,CMOS存储器6264的翻转阈值在20 ns脉冲宽度辐照下为150 ns脉冲宽度辐照下的3倍。