单粒子效应辐射模拟实验研究进展

应用质子直线加速器进行了静态随机存取存储器(SRAM)的单粒子效应模拟实验研究.采用金箔散射法降低质子束流,研制了弱流质子束测量系统,测量散射后的质子束流,实验测得SRAM质子单粒子翻转截面为10-14 cm2/bit量级.利用重离子加速器和锎源进行了SRAM的单粒子效应实验.研究其单粒子翻转截面与重离子线性能量传输(LET)值的关系,得到了单粒子翻转阈值和饱和截面.实验表明252Cf源单粒子翻转截面与串列加速器的重离子单粒子翻转截面一致,说明对于SRAM,可以用252Cf源替代重离子加速器测量单粒子翻转饱和截面.与中国原子能研究院、东北微电子研究所合作开展了国内首次重离子微束单粒子效应实验.建立了大规模集成电路重离子微束单粒子效应实验方法,找到了国产SRAM的单粒子翻转敏感区.应用14MeV强流中子发生器进行了SRAM单粒子效应实验,测得了64K位至4M位SRAM器件14MeV中子单粒子翻转截面.用α源进行SRAM单粒子效应辐照实验,模拟封装材料中的232Th和238U杂质发射出的α粒子导致的单粒子翻转.测量α粒子射入SRAM导致的单粒子翻转错误数,计算单粒子翻转截面和失效率,比较三种器件的抗单粒子翻转能力,为器件的选型提供依据.并开展了路由器的α粒子辐照实验,复演了路由器在自然环境中的出错情况,为路由器的设计改进提供了依据.     

不同特征尺寸SRAM质子单粒子效应实验研究

利用中国原子能科学研究院100 MeV质子回旋加速器开展了一系列不同特征尺寸双数据速率（DDR）静态随机存储器（SRAM）单粒子效应实验研究。获得了不同能量、不同入射角度下3款SRAM的单粒子翻转（SEU）截面曲线。分析了入射质子能量及角度对不同特征尺寸SRAM的SEU饱和截面的影响和效应规律,并利用蒙特卡罗方法对65 nm SRAM SEU特性进行了模拟。研究结果表明：随特征尺寸的减小,SEU饱和截面会出现不同程度的降低,但降低程度会由于多单元翻转（MCU）的增多而变缓;随入射角度的增加,MCU规模及数量的增加导致器件截面增大;3款SRAM所采用的位交错技术并不能有效抑制多位翻转（MBU）的发生。     

不同特征尺寸SRAM质子单粒子效应实验研究

利用中国原子能科学研究院100 MeV质子回旋加速器开展了一系列不同特征尺寸双数据速率(DDR)静态随机存储器(SRAM)单粒子效应实验研究。获得了不同能量、不同入射角度下3款SRAM的单粒子翻转(SEU)截面曲线。分析了入射质子能量及角度对不同特征尺寸SRAM的SEU饱和截面的影响和效应规律,并利用蒙特卡罗方法对65 nm SRAM SEU特性进行了模拟。研究结果表明:随特征尺寸的减小,SEU饱和截面会出现不同程度的降低,但降低程度会由于多单元翻转(MCU)的增多而变缓;随入射角度的增加,MCU规模及数量的增加导致器件截面增大;3款SRAM所采用的位交错技术并不能有效抑制多位翻转(MBU)的发生。     

静态随机存取存储器重离子单粒子翻转效应实验研究

应用重离子加速器和 2 52 Cf源进行单粒子翻转效应实验 ,测量得到 IDT系列和 HM系列静态随机存取存储器的单粒子翻转重离子 L ET阈值为 4～ 8Me V· cm2 /mg,单粒子翻转饱和截面为 10 -7cm2 · bit-1量级 ,位单粒子翻转截面随集成度的提高而减小。实验结果表明 ,可以用 2 52 Cf源替代重离子加速器测量静态随机存取存储器的单粒子翻转饱和截面     

利用加速器产生的中低能离子束进行离子原子碰撞研究

通过位置灵敏技术和飞行时间法,利用加速器产生的离子束研究中低能低电荷态Xq++B(X=C,O;q=1,2;B=Ne,Ar)的碰撞反应,分析研究了碰撞过程中的转移电离与单电子俘获。对于确定的电荷态,给出了转移电离与单电子俘获截面比值R随入射离子能量变化的规律与单电子电离随能量的变化规律之间的相互关系,同时通过实验数据分析、理论计算及模型对比给出R的峰位的近似表达式。     

利用Geant4模拟研究中子在半导体中引发的单粒子翻转效应

静态随机存储器在反应堆中子辐射环境中会发生单粒子翻转(Single event upset,SEU)。钨和铜等重金属作为局部互联,在半导体中已得到广泛应用,这些重金属对中子在半导体中的单粒子翻转截面会产生影响。不同条件下单粒子翻转截面与临界能量的关系可作为器件设计和使用时的参考,利用Geant4对特定中子能谱在CMOS(Complementary metal oxide semiconductor)器件中的能量沉积进行模拟,给出特定能谱下翻转截面σ与临界能量Ec的关系:σ=exp[-18.7×Ec-32.3],其中能量单位为Me V,截面单位为cm2。并且模拟了1-14 Me V的单能中子在含有互联金属钨及不含钨的CMOS中的沉积能量及单粒子翻转截面,得出在1-14 Me V内单粒子翻转截面随中子能量而增大,且钨的存在会增加α粒子的产额,从而增大了1-3 Me V中子的单粒子翻转截面,而对4-14 Me V中子基本不会产生影响。     

65 nm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65 nm工艺4M×18 bit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0.97 fC,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。     

用于单粒子效应辐照实验的CYCIAE-100白光中子源研究

中子诱发单粒子效应会影响航空飞行器和地面核设施用电子器件的可靠性。基于质子加速器打靶产生的白光中子束是研究电子器件中子单粒子效应的重要中子源。通过开展辐照实验获取器件中子单粒子效应截面或阈值等信息,能够预测器件在中子辐射环境中的失效率,并为有针对性抗辐射加固提供数据支撑。中国原子能科学研究院100 MeV质子回旋加速器(CYCIAE-100)通过质子轰击W靶发生散裂反应可以产生具有连续能量的白光中子。本文基于核反应理论,采用蒙特卡罗方法模拟了100 MeV质子与W靶相互作用产生的中子的产额、能谱和角分布,模拟结果表明,平均1个100 MeV质子可以产生0.33个中子;中子能量范围为0～100 MeV,且随着能量的增加中子注量先增加后减小,峰值在1 MeV附近;沿质子束方向中子角分布具有轴对称性,且随着出射角的增加,中子注量先减小后增加,在90°时,中子注量最小。选取0°出射方向的中子束开展单粒子效应实验,采用基于双液闪探测器的中子飞行时间法测量白光中子能谱,获得了能量范围为3～100 MeV的中子能谱,且当质子束为100 MeV/1μA时,在距离W靶15 m处的中子注量率为3.3×10...     

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。     

6 MeV无损探伤电子直线加速器研制

在北京原子高科核技术应用股份有限公司的合作下,中国原子能科学研究院核技术应用研究所电子直线加速器研究室研制成功了6MeV无损探伤电子直线加速器。该加速器可广泛应用于重机、化工、锅炉、压力容器、炮弹等的质量检验。加速器产生的X射线能量高、穿透力强、输出剂量大、焦点小、检验缺陷的相对灵敏度高。     

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。     

DZ-12/4多能量档电子直线加速器辐照关键参数测试

中国原子能科学研究院建立了一台DZ-12/4多能量档电子直线加速器,该装置主要用作辐射加工级电子束辐照实验平台。为了检测该电子束辐照实验平台辐照工艺控制参数,本文利用中国原子能科学研究院FJL-02型辐射变色薄膜剂量计对DZ-12/4多能量档电子直线加速器关键参数能量进行了测量,并对研制的束流监测系统法拉第筒的可靠性进行了验证。结果表明,DZ-12/4多能量档电子直线加速器能量在4~12 MeV范围可调,运行参数准确可靠;日常运行中,加速器运行人员通过监测设备和调节加速器参数可有效控制并估计辐照剂量,具有非常好的实用性和简便性。     

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。     

Verification of SEU resistance in 65 nm high-performance SRAM with dual DICE interleaving and EDAC mitigation strategies

A dual double interlocked storage cell(DICE)interleaving layout static random-access memory(SRAM)is designed and manufactured based on 65 nm bulk com-plementary metal oxide semiconductor technology.The single event upset(SEU)cross sections of this memory are obtained via heavy ion irradiation with a linear energy transfer(LET)value ranging from 1.7 to 83.4 MeV/(mg/cm2).Experimental results show that the upset threshold(LETth)of a 4 KB block is approximately 6 MeV/(mg/cm2),which is much better than that of a standard unhardened SRAM with an identical technology node.A 1 KB block has a higher LETth of 25 MeV/(mg/cm2)owing to the use of the error detection and correction(EDAC)code.For a Ta ion irradiation test with the highest LET value(83.4 MeV/(mg/cm2)),the benefit of the EDAC code is reduced significantly because the multi-bit upset pro-portion in the SEU is increased remarkably.Compared with normal incident ions,the memory exhibits a higher SEU sensitivity in the tilt angle irradiation test.Moreover,the SEU cross section indicates a significant dependence on the data pattern.When comprehensively considering HSPICE simulation results and the sensitive area distri-butions of the DICE cell,it is shown that the data pattern dependence is primarily associated with the arrangement of sensitive transistor pairs in the layout.Finally,some sug-gestions are provided to further improve the radiation resistance of the memory.By implementing a particular design at the layout level,the SEU tolerance of the memory is improved significantly at a low area cost.Therefore,the designed 65 nm SRAM is suitable for electronic systems operating in serious radiation environments.     

中国原子能科学研究院100 MeV质子单粒子效应辐照装置试验能力研究

为检验中国原子能科学研究院100 MeV质子回旋加速器（CY CIAE-100）建立的单粒子效应（SEE）辐照装置的试验能力和数据测量的准确性和可靠性,利用欧洲航天局（ESA）研制的SEU监测器进行了校核试验。试验中选取多个不同能量点对SEU监测器进行辐照获取了相应的单粒子翻转（SEU）截面,同时对束流的均匀性进行了检验。SEU监测器SEU截面测试结果与其在国外其他加速器,如瑞士PSI、比利时LIF等所获得的数据基本一致。校核试验验证了中国原子能科学研究院100 MeV质子回旋加速器SEE试验能力以及数据测量的准确性。     

Proton radiation effects in XC4036XLA field programmable gate arrays

We have measured the proton-induced single-event upset (SEU) cross section of Xilinx XC4036XLA field programmable gate arrays. The threshold energy for SEU was determined to be (22/spl plusmn/2) MeV. The upset cross section saturated at a value of (2.7/spl plusmn/0.2)/spl times/10/sup -9/ cm/sup 2//device. We have demonstrated that Bendel models are unable to describe the upset cross section. The effects of the radiation environment of the liquid argon calorimeter of the ATLAS detector on the XC4036XLA were estimated.     

抗辐射加固高压NMOS器件的单粒子烧毁效应研究

由于施加高栅极工作电压,使得器件容易发生重离子辐射损伤效应,其中,重大的重离子辐射损伤效应是单粒子栅穿效应（SEGR）和单粒子烧毁效应（SEB）。本文介绍了抗辐射加固高压SOI NMOS器件的单粒子烧毁效应。基于抗辐射加固版图和p型离子注入工艺,对高压器件进行抗辐射加固,提高器件的抗单粒子烧毁能力,并根据电路中器件的电特性规范,设计和选择关键器件参数。通过仿真和实验结果研究了单粒子烧毁效应。实验结果表明,抗辐射加固器件在单粒子辐照情况下,实现了24 V的高漏极工作电压,线性能量传输（LET）阈值为835 MeV·cm2/mg。