1宇航用半导体器件重离子单粒子效应试验

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纳米DDR SRAM器件重离子单粒子效应试验研究罗尹虹;张凤祁;郭红霞;周辉;王燕萍;张科营【期刊名称】《强激光与粒子束》【年(卷),期】2013(025)010【摘要】针对90 nm和65 nm 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.【总页数】6页(P2705-2710)【作者】罗尹虹;张凤祁;郭红霞;周辉;王燕萍;张科营【作者单位】西北核技术研究所,西安 710024;西北核技术研究所,西安 710024;西北核技术研究所,西安 710024;西北核技术研究所,西安 710024;西北核技术研究所,西安 710024;西北核技术研究所,西安 710024【正文语种】中文【中图分类】TN386.1【相关文献】1.深亚微米SRAM器件单粒子效应的脉冲激光辐照试验研究 [J], 上官士鹏;封国强;马英起;韩建伟2.利用加速器提供的重离子进行SRAM单粒子效应研究 [J], 张正选;李国政;罗晋生;陈晓华;姬琳;王燕萍;巩玲华3.大容量抗辐射加固SRAM器件单粒子效应试验研究 [J], 余永涛;陈毓彬;水春生;王小强;冯发明;费武雄4.微电子器件重离子推导质子单粒子效应截面不同计算方法比较研究 [J], 张付强; 韩金华; 沈东军; 郭刚5.重离子在半导体器件中引起的单粒子效应 [J], 侯明东;甄红楼;张庆祥;刘杰;马峰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

单粒子试验方法
单粒子试验方法主要包括两种：飞行试验和地面模拟试验。

飞行试验是将用于单粒子效应研究的设备搭载到航天器上，让测试器件充分暴露在真实的空间辐射环境中，记录工作状态和异常情况，从而得到真实的试验数据。

然而，这种方法有成本高昂、实验周期长等缺点。

地面模拟试验是人为产生各种实验需要的高能粒子，对空间辐射环境进行模拟，然后再用产生的高能粒子去辐照被测设备，这时会发生各种单粒子效应，记录这些现象就可以研究其机理和检测被测设备的抗辐射能力。

地面模拟试验的优点在于试验条件可以人为可控，有丰富的离子种类、能量和注量率可供选择，有利于对单粒子效应产生规律和作用机制作全面细致的研究，且可进行多次、重复试验。

常用的辐射源有回旋加速器、串列静电加速器、锎源等，产生的辐射粒子有脉冲激光、质子、电子和重离子等。

试验方法一、试验目的通过试验，获得器件单粒子事件截面与入射离子LET 的关系，为评价器件的单粒子效应敏感性提供数据。

二、试验原理用i（通常要求i ≥5）种不同LET的离子，以倾角θ（i）入射到芯片表面，入射到芯片表面的离子总数为Φ（i），检测器件发生的单粒子事件数N（i）。

利用公式（1）和（2）计算LET（i）的离子照射下器件的单粒子事件截面σ（i）和LET(i)eff：σ（i）=N（i）/（Φ（i）×cosθ（i）） (1)式中：i——不同LET离子的种类数；σ（i）——第i 种LET 离子的单粒子事件截面，单位为平方厘米每器件或平方厘米每位（cm2/器件或cm2/位）；N（i）——第i种LET离子测得的单粒子事件数；Φ（i）——第i种LET离子的总注量；θ（i）——第i种LET离子的入射角，单位为度（°）。

LET(i)eff = LET（i）/cosθ（i） (2)式中：LET（i）eff ——以θ角入射的第i种LET离子的有效LET值；LET（i）——第i种LET离子的LET值。

画出单粒子事件截面σ（i）和入射离子LET（i）eff的关系曲线，如图1 所示。

由σ~ LET曲线得出反映器件单粒子事件敏感性的两个关键参数：单粒子事件饱和截面σsat和LET阈值LETth。

由单粒子事件饱和截面σsat和LET阈值LETth，结合空间辐射环境模型，可预示器件在各种空间环境中的单粒子事件率。

图1 σ～LET关系曲线三、试验设备a. 辐射源；（回旋加速器；串列静电加速器；锎源）；b. 束流测量系统；c.单粒子效应测试系统；（存储器类电路的测试；微处理器类复杂数字电路的测试；模拟电路的测试；数－模混合电路的测试）；d. 单粒子锁定的测试；e. 试验板和电缆；f. 温度测量系统。

四、试验程序a.制定试验方案（见附录A）；b.样品准备；除非另有规定，一批产品的试验样品数量应不少于3 只。

qj 10005-2008 宇航用半导体器件重离子单粒子效应试验指南是关于宇航用半导体器件重离子单粒子效应试验的指南性文件，旨在为相关试验提供指导和规范。

该指南可能包括以下内容：
1.试验目的和意义：明确试验的目的和意义，阐述重离子单粒子
效应对宇航用半导体器件的影响及试验的重要性。

2.试验原理和方法：介绍重离子单粒子效应的原理，以及试验所
采用的方法和技术手段，包括试验设备、测试样品、测试环境等方面的要求。

3.试验步骤和操作流程：详细描述试验的步骤和操作流程，包括
试验前的准备工作、试验过程中的操作要点、试验后的数据处理和分析等方面的内容。

4.试验结果分析和评估：对试验结果进行分析和评估，包括数据
统计、结果比较、影响评估等方面的内容，以得出试验结论和建议。

5.试验注意事项和安全措施：明确试验过程中的注意事项和安全
措施，确保试验过程的安全性和可靠性。

微电子器件重离子推导质子单粒子效应截面不同计算方法比较研究张付强; 韩金华; 沈东军; 郭刚【期刊名称】《《真空与低温》》【年(卷),期】2019(025)006【总页数】5页(P387-391)【关键词】空间错误率预估; 重离子单粒子效应; 质子单粒子效应【作者】张付强; 韩金华; 沈东军; 郭刚【作者单位】中国原子能科学研究院核物理研究所国防科技工业抗辐照应用技术创新中心北京 102413【正文语种】中文【中图分类】V520.6; O4830 引言宇宙辐射导致的单粒子效应（SEE）是微电子器件可靠性研究方向中的重要课题之一[1-2]。

航天器搭载的各类微电子器件通常需要先在地面进行单粒子效应考核实验，再将考核实验结果结合空间轨道的辐射环境计算得到在轨错误率，以此作为依据，评判器件在实际应用中的可靠性。

航天器在轨运行面临的宇宙辐射环境主要由超新星爆炸产生的重离子，太阳活动产生的质子，地球捕获带重离子、质子组成，因此目前以NASA及ESA为代表的发达国家及地区宇航组织指出，宇航用微电子器件单粒子效应考核需要评估器件在重离子和质子两种辐照条件下的响应。

重离子单粒子效应的主要机理在于重离子入射后，其能量直接沉积于微电子器件的敏感区中，诱发电子空穴对的产生，使微电子器件的正常工作状态发生改变，通常器件的重离子单粒子效应采用σ-LET（Linear Energy Transfer）曲线进行描述，其中σ表示器件的单粒子效应截面，LET表示重离子在材料单位长度上沉积的能量。

不同于重离子，质子单粒子效应的主要机理在于质子入射到器件后，与器件中的各种材料发生核反应产生次级粒子，而次级粒子在器件敏感区中进行能量沉积产生电子空穴对，导致器件正常工作状态的改变。

质子单粒子效应截面采用σ-E曲线进行描述，其中σ为器件质子单粒子效应截面，E为质子的能量。

可以认为重离子单粒子效应的机理属于质子单粒子效应机理的一个子集，由此为利用器件的重离子单粒子效应截面推算质子单粒子效应截面提供了理论基础。

宇航用半导体器件重离子单粒子效应试验方案
1 试验目的
本规范详细说明了使用XXX源对XXX器件进行单粒子效应辐照试验（SEU、SEL、SET 等）的要求。

2适用范围
本规范适用于XXX 器件单粒子效应试验。

3 引用标准及文件
GB 4792－1984 放射卫生防护基本标准
GJB 1649－1993 电子产品防静电放电控制大纲
GJB 2712－1996 测量设备的质量保证要求计量确认体系
GJB 3756－1999 测量不确定度的表示及评定
4 试验要求
4.1 一般要求
辐照试验应符合QJ 10005－2008《宇航用半导体器件重离子单粒子效应试验指南》的规定。

4.2 辐射源
4.3 试验样品
4.4 试验线路板
试验线路板应符合QJ 10005－2008《宇航用半导体器件重离子单粒子效应试验指南》的规定。

4.5 单粒子效应测试系统
单粒子效应测试系统应符合QJ 10005－2008《宇航用半导体器件重离子单粒子效应试验指南》的规定。

5 试验流程
按QJ 10005－2008《宇航用半导体器件重离子单粒子效应试验指南》的规定，制定试验流程。

6 辐照试验工序单
辐照试验工序单格式见图1。

辐照试验工序单
试验板号：____；离子：____；能量：____ MeV；LET值____ MeV.mg/cm2；Si中射程：____μm；
图1 辐照试验工序单格式
7试验流程图
图1 SEU试验流程示意图
图1 SEL试验流程示意图。

宇航用sic结势垒肖特基二极管单粒子效应研究宇航用SiC结势垒肖特基二极管单粒子效应研究近年来，随着航天技术的不断发展和深入研究，宇航领域对高性能电子器件的需求越来越高。

在宇航器件中，具有高速、高温、高辐射环境下可靠性强的特点的电子器件至关重要。

而SiC（碳化硅）结势垒肖特基二极管正是满足这一需求的理想选择。

它能够在极端环境下表现出优异的性能，被广泛应用于宇航用电子器件中。

一、SiC结势垒肖特基二极管的特性1. 高温特性SiC材料具有良好的高温特性，能够在宇航器件运行过程中承受高温环境的考验。

相比于传统的硅材料，SiC具有更高的熔点和更好的热导率，能够稳定地工作在高温环境下，不易失效。

2. 高速特性SiC材料的载流子迁移率高，电子与空穴的迁移速度快，使得SiC结势垒肖特基二极管具有较高的开关速度和响应速度。

这使得其尤为适合在高频率下工作，并能满足宇航领域对高速通信和信号处理方面的要求。

3. 高辐射抗损伤能力在宇航环境中，辐射是一种普遍存在的影响因素。

传统的硅材料容易受到辐射的影响而损伤，导致电子器件的性能下降。

而SiC材料由于具有较高的辐射抗损伤能力，能够在辐射环境中保持其良好的性能。

4. 低漏电流SiC结势垒肖特基二极管的漏电流较低，这是因为它具有较高的击穿电场强度和较低的面积漏电流密度。

在宇航器件中，低漏电流可以提高能量效率，并减少能源消耗。

二、肖特基二极管单粒子效应研究1. 单粒子效应的定义在电子器件中，单粒子效应是指当宇宙射线或辐射颗粒进入设备中，并在其中产生电子或空穴对时，导致器件的电学性能发生瞬态或永久性的改变。

单粒子效应是宇航电子器件中一个重要的研究方向，对保证宇航器件的可靠性和稳定性非常关键。

2. SiC结势垒肖特基二极管的单粒子效应研究SiC结构材料具有较好的辐射抗损伤能力，因此对于宇航器件中的单粒子效应研究具有重要意义。

通过对SiC结势垒肖特基二极管在单粒子辐射下的响应性能进行研究，可以评估其对宇航辐射环境的适应性和稳定性，为宇航电子器件的设计和制造提供指导和支持。