脉冲激光模拟SRAM器件单粒子翻转效应的试验方法研究

针对0.13 μm和0.35 μm工艺尺寸的两款商用SRAM器件进行了脉冲激光背部单粒子翻转效应试验方法研究。单粒子翻转效应主要测试单粒子翻转阈值和单粒子翻转截面,本文主要研究了激光聚焦深度、激光脉冲注量、测试模式和芯片配置的数据对测试两者的影响。试验结果表明：只有聚焦到芯片有源区才可测得最低的翻转阈值和最大的翻转截面,此时的结果与重离子结果基本一致;注量对翻转阈值测试无影响,但注量增大时翻转截面会减小,测试时激光脉冲注量应小于1×10⁷cm^-2;测试模式和存储数据对翻转阈值和翻转截面的影响不大,测试时可不考虑。     

脉冲激光和重离子辐照FPGA产生的多位翻转效应的比较

以SRAM型FPGA为试验对象,研究脉冲激光模拟重离子产生单粒子多位翻转效应的可行性。FPGA的多位翻转依据其物理位置关系的不同分为3种类型:同帧同字节、同帧相邻字节和相邻帧。针对Virtex-ⅡFPGA分别进行脉冲激光与重离子的单粒子多位翻转效应的测试,对比脉冲激光和重离子在Virtex-ⅡFPGA产生多位翻转的类型、多位翻转的物理位置关系。结果表明,脉冲激光触发的Virtex-ⅡFPGA的多位翻转物理位置关系与重离子相同,对比脉冲激光与重离子的饱和翻转截面发现,应用脉冲激光和重离子得到的Virtex-Ⅱ饱和翻转截面基本一致,表明脉冲激光可模拟重离子研究Virtex-ⅡFPGA的多位翻转效应。     

单粒子翻转敏感区定位的脉冲激光试验研究

利用脉冲激光单粒子翻转敏感区定位成像系统,对静态随机存储器件IDT71256开展了单粒子翻转敏感区定位的试验研究。为避开器件正面金属层对激光的阻挡,试验采用背面辐照方式进行测试。试验结果表明,存储单元中存储数据类型对器件单粒子翻转的敏感性有较大影响,由测得的单粒子翻转敏感区分布图经处理得到单粒子翻转截面,结果与重离子试验测得的翻转截面数据一致。     

重离子和脉冲激光模拟单粒子翻转阈值等效性研究

根据重离子和脉冲激发诱发单粒子翻转机理,分析了重离子和脉冲激光模拟单粒子翻转阈值（激光能量与重离子线性能量转移（LET））等效方法，得出脉冲激光与重离子单粒子翻转阈值等效计算公式。应用实验室的激光模拟单粒子效应试验系统，开展了几种器件和集成电路的单粒子翻转实验研究。利用获得的计算公式计算激光等效LET阈值，并与国内外重离子实测数据进行比较。结果表明，脉冲激光能量等效LET阈值与重离子试验LET阈值较为一致。     

深亚微米SRAM器件单粒子效应的脉冲激光辐照试验研究

利用脉冲激光模拟试验装置对IDT公司0.13 μm工艺IDT71V416S SRAM的单粒子效应进行了试验研究。在3.3 V正常工作电压下,试验测量了单粒子翻转阈值和截面、单粒子闩锁阈值和闩锁电流及其与写入数据和工作状态的关系。单粒子翻转试验研究表明,该器件对翻转极敏感,测得的翻转阈值与重离子、质子试验结果符合较好;该器件对多位翻转较敏感,其中2位翻转占绝大部分且其所占比例随辐照激光能量增加而增大,这与重离子试验结果也一致。单粒子闩锁试验分析了闩锁效应的区域性特点,发现了器件闩锁电流呈微小增大的现象,即表现出单粒子微闩锁效应,分析了这种现象对传统的抗闩锁电路设计可能造成的影响。     

SRAM型FPGA的静态与动态单粒子效应试验

静态随机存取存储器(SRAM)型现场可编程门阵列(FPGA)在空间电子设备中取得了广泛的应用。但它内部大量的SRAM型存储单元极易发生单粒子软错误,特别是配置存储器中的单粒子翻转,有可能改变整个电路的结构,给其空间应用带来严重的可靠性问题。因此,有必要开展地面加速器模拟试验以评价该器件对单粒子效应的敏感程度,且对系统在空间中的失效行为进行预估。本工作在重离子加速器上对Xilinx的Virtex系列FPGA进行了单粒子效应试验,取得了典型器件的静态单粒子翻转截面曲线。针对3个测试电路进行的动态测试表明,系统的失效率远低于内部存储器发生翻转的频率,也不能简单地用资源占用率来进行估计。     

铁电存储器激光微束单粒子效应试验研究

利用脉冲激光微束单粒子效应(SEE)模拟装置,研究了铁电存储器(FRAM)工作频率对其单粒子翻转(SEU)的影响。研究结果表明,随工作频率的降低,被测器件SEU截面显著增大,且翻转是由外围电路引发的。被测芯片1→0翻转截面明显大于0→1翻转截面。对FRAM工作时序及不同芯片使能信号(CE)占空比下SEU截面的分析表明,频率降低导致的CE有效时间延长与SEU截面的增大有直接关系。本文同时开展了FRAM不同功能模块的单粒子锁定(SEL)敏感性试验,获得了相应的SEL阈值能量和饱和截面,并研究了静态和动态工作模式下由SEL引发的数据翻转情况,发现动态模式下被测器件更易受SEL影响而发生翻转。     

静态存储器同一字节多位翻转实验研究

对两种大容量静态存储器（SRAM）HM628128、HM628512进行了同一字节多位翻转（SMU）实验研究。HI-13串列加速器提供的F、Cl及Br离子轰击样品时,采用网络控制的6116-628512全系列SRAM单粒子效应测试系统进行动态检测,得到了两种器件的单粒子翻转（SEU）以及SMU的σLET曲线,分析了LET值以及测试图形对截面的影响。研究结果为航天器抗辐射加固设计以及轨道翻转率预示提供重要依据。     

IDT6116单粒子敏感性评估试验技术研究

为评估IDT6116SRAM单粒子敏感性,采用地面试验方法和地面试验系统,利用脉冲激光、重离子和²⁵²Cf源3种不同的地面模拟源,对IDT6116SRAM器件进行单粒子敏感性试验研究,并对3种不同的模拟源的试验结果进行等效性分析比较,同时进行总剂量效应对单粒子效应影响的试验研究。研究结果表明：IDT6116SRAM抗单粒子翻转和锁定的能力较强;接受一定辐照剂量后的试验样品对单粒子翻转更加敏感,且翻转阈值略有降低,翻转截面略有增大。     

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。     

基于脉冲激光单粒子效应的二次光斑研究

脉冲激光可有效模拟重离子触发芯片的单粒子效应。本工作在应用背部激光试验方法辐照芯片时观察到了二次光斑现象,通过Si衬底和Si晶圆片研究了芯片单粒子效应实验中二次光斑的成因。实验结果表明,二次光斑主要是由于激光在芯片有源区附近的金属布线层反射形成的。通过测量芯片的Si衬底厚度以及激光触发芯片单粒子效应时的聚焦深度,实验验证了二次光斑是在金属布线层区域形成的。     

Temporal characteristic analysis of single event effects in pulse width modulator

In this paper,the nature and origin of single event effects (SEE) are studied by injecting laser pulses into different circuit blocks,combining with analysis to map pulse width modulators circuitry in the microchip die.A time-domain error-identification method is used in the temporal characteristic analysis of SEE.SEE signatures of different injection times are compared.More serious SEE are observed when the laser shot occurs on a rising edge of the device output for blocks of the error amplifier,current sense comparator,and T and SR latches.     

130 nm SOI D触发器链空间静电放电效应和单粒子效应对比试验研究

空间静电放电效应（SESD）和单粒子效应（SEE）是卫星设备异常的两个重要原因,但难以精确判断航天应用中产生的故障是由何种效应所导致。以130 nm SOI工艺D触发器（D flip flop）链为试验对象,利用静电放电发生器和脉冲激光试验装置,通过改变辐射源能量、测试模式、拓扑结构以及抗辐射加固结构等试验变量,试验研究SESD和SEE引起软错误的异同规律特征,其试验结果可为故障甄别及防护设计提供支撑。     

Radiation tolerance studies on the VA32 ASIC for DAMPE BGO calorimeter

The Dark Matter Particle Explorer （DAMPE） is being constructed as a scientific satellite to observe high en- ergy cosmic rays in space. As a crucial detector of DAMPE, the BGO calorimeter consists of 1848 PMT dynode signals which bring difficulties in front-end electronics on the space-limited and power-limited satellite platform. To overcome the challenge, a low-noise, low-power and high-integration ASIC chip, named VA32HDR14.2, is taken into account. In order to evaluate the radiation tolerance of the chip in space radiation environment, both single event effect （SEE） and total ionizing dose （TID） tests were performed. The SEE test result shows that the effective linear energy transfer （LET） threshold of single event latch-up （SEL） of the chip is around 23.0 MeV- cm2/mg, which is relatively sensitive, thus protection methods must be taken in the electronics design, The TID test result shows that the TID performance of the chip is higher than 25 Krad（Si）, which satisfies the design specification.     

Low emittance lattice design with Robinson wiggler in the arc section

We predict proton single event effect(SEE)error rates for the VATA160 ASIC chip on the Dark Matter Particle Explorer(DAMPE) to evaluate its radiation tolerance.Lacking proton test facilities,we built a Monte Carlo simulation tool named PRESTAGE to calculate the proton SEE cross-sections.PRESTAGE is based on the particle transport toolkit Geant4.It adopts a location-dependent strategy to derive the SEE sensitivity of the device from heavy-ion test data,which have been measured at the HI-13 tandem accelerator of the China Institute of Atomic Energy and the heavy-ion research facility in Lanzhou.The AP-8,SOLPRO,and August 1972 worst-case models are used to predict the average and peak proton fluxes on the DAMPE orbit.Calculation results show that the averaged proton SEE error rate for the VATA160 chip is approximately 2.17×10~(-5)/device/day.Worst-case error rates for the Van Allen belts and solar energetic particle events are 1-3 orders of magnitude higher than the averaged error rate.     

脉冲电流相位检测与反馈系统设计

大多数环型加速器引出束流方向受冲击磁铁的磁场控制,引出冲击磁铁脉冲电源输出的脉冲励磁电流抖动和漂移过大会降低束流引出效率,主要来源于触发系统、闸流管、环境温度变化等[1]。国内抑制引出脉冲电源输出电流相位偏移的相位检测及反馈系统尚属空白。针对中国散裂中子源(CSNS)快循环同步加速器(RCS)引出脉冲电源的需求,设计一种TDC芯片+FPGA结构的输出脉冲电流相位检测及反馈系统,通过研究TDC芯片和FPGA间的数据传输方式、基于FPGA的串口通信及反馈控制算法,实现电源输出电流相位ps级精度实时检测及偏移量反馈,反馈调整步长5 ns,为脉冲电流高精度相位检测与锁定提供了新方法。     

不同带电情况下介质材料二次电子发射特性研究

空间材料二次电子发射特性是决定航天器表面带电速率和充电平衡电位水平的重要参数。本文利用1~5keV的脉冲电子束开展了聚酰亚胺(kapton)、玻璃盖片和光学太阳反射镜(OSR)材料的二次电子发射系数(δ)测试,并完成了介质材料表面不同充电情况下的二次电子发射特性研究。研究结果表明,在入射电子能量为1~5keV范围内材料二次电子发射系数随入射电子能量上升而下降,同时当二次电子发射系数大于1时,材料表面将累积正电荷,二次电子发射系数下降,当二次电子发射系数小于1时,材料表面将累积负电荷,二次电子发射系数将增加。