空间辐射效应对SRAM型FPGA的影响

以Xilinx的FPGA为例，结合相关试验数据，分析了空间总剂量效应、单粒子翻转、单粒子闩锁、单粒子功能中断、单粒子烧毁、单粒子瞬态脉冲和位移损伤等辐射效应对SRAMFPGA器件的漏极电流、阚值电压、逻辑功能等影响。分析了辐射效应的机理以及FPGA的失效模式。文章可以为SRAM型FPGA在航天领域中的应用提供参考。     

SRAM型FPGA器件总剂量辐射损伤效应的研究

本文通过对辐照及辐照后退火时不同剂量率条件下FPGA器件的静态功耗电流进行在线实时测量,探讨了静态功耗电流随累积剂量及退火时间的变化关系,分析了辐照后常温(25℃)及高温(80℃)退火时,器件静态功耗电流迅速减小的原因。同时,移位测量了不同剂量率条件下输出波形的峰峰值、延迟时间等功能参数,讨论了峰峰值、延迟时间随累积剂量的变化关系。     

星用SRAM型FPGA加固设计方法研究

结合实际工程实践,给出了解决常见的FPGA辐射失效问题的一些方法;分析了辐射效应对FPGA综合过程中经常出现的Half-latch的影响,并给出了几种设计时需要考虑的解决方法;最后提出了一种基于低等级FPGA器件的"由顶到底"的星载信号处理平台结构,分析了这种结构在对付辐射效应时的优势.给出的有关大规模可配置电子器件的设计方法可以为航天电子设备的设计提供参考.     

40 nm工艺SRAM型FPGA总剂量辐射效应研究

对自主研发的40 nm工艺SRAM型FPGA电路的抗总剂量辐射能力进行摸底试验和分析。试验表明,采用普通商用40 nm工艺未做加固的FPGA电路抗总剂量辐射能力可达100 krad(Si),说明普通商用40 nm工艺本身具有一定的抗总剂量性能。同时验证了总剂量辐射引起的器件参数退化随栅氧化层厚度的减薄而下降。     

总剂量辐射效应中的辐射源及剂量测量

介绍了电子元器件与电路总剂量辐射效应中可能遇到的各种辐射源及吸收剂量测量问题。辐射环境包括空间辐射环境、核爆炸辐射环境及总剂量徊固实验中用到的模拟辐射源,给出了一些基本的参数,为进行不同辐射源总剂量效应异同性研究及用地面模拟试验结果预估器件的工作寿命尊定基础,探讨了总剂量效应测试小的剂量学问题及各种辐射环境的剂量测量方法,尤其对热释光剂量仪进行了深入的研究。     

TMR+Scrubbing SRAM加固型FPGA辐照实验研究

针对卫星平台和载荷对大规模集成电路的依赖性越来越强,尤其是SRAM型FPGA。作为信号处理核心器件,FPGA的单粒子效应备受关注。文中研究了三模冗余和动态刷新两种加固方法,并进行重粒子试验验证,采用不同能量的粒子以对照实验的方式验证了加固方法的有效性,试验结果显示,文中设计的加固方法可以提高抗单粒子性能2倍以上。     

电离总剂量辐射加固SRAM设计

在空间和核辐射环境下,电离总剂量辐射(TID)效应严重影响采用商用CMOS工艺的SRAM的可靠性和寿命.针对SRAM,设计了四种TID加固的存储单元,分析对比了四个加固单元对TID,单粒子闩锁、单粒子翻转三种SRAM中常见辐射效应的抵御水平以及加固单元的面积和速度.加固SRAM单元的抗TID水平得到极大提高,同时,抗单粒子效应水平、面积、速度也达到一定的要求.这些单元可用于实现基于商用CMOS工艺并具有高抗辐射性能的SRAM.     

典型电子器件中子和总剂量辐照协同损伤研究

研究了几种典型电源类电子器件的中子和总剂量辐射效应,包括单总剂量效应、单中子辐射效应、总剂量和中子分时序贯辐照效应以及中子和总剂量同时辐照效应,分析了不同辐照条件下电子器件的失效中子注量(总剂量)阈值.试验结果显示,分时序贯、同时辐照试验给出的电子器件辐照失效阈值低,而单项辐射效应试验给出的失效阈值偏高.对于该类双极工...     

浮栅ROM与SRAM的辐射效应比较分析

比较了浮栅ROM和SRAM的中子、质子和γ辐射效应的异同,分析了其不同的原因.与SRAM相比,浮栅ROM器件出错时的14MeV中子注量阈值高5个量级;31.9MeV质子注量阈值高4个量级;总剂量损伤阈值相差不大,都在10⁴rad(Si)量级左右.这些都是由二者存储单元的结构和辐射效应机制决定的.在空间辐射环境中,不需经常擦写数据的情况下,应该选用浮栅ROM器件.     

SRAM型FPGA单粒子翻转模拟系统研究

SRAM型FPGA在空间辐照环境下,容易受到单粒子效应的影响,导致FPGA存储单元发生位翻转,翻转达到一定程度会导致功能错误。为了评估FPGA对单粒子效应的敏感程度和提高FPGA抗单粒子的可靠性,对实现故障注入的关键技术进行了研究,对现有技术进行分析,设计了单粒子翻转效应敏感位测试系统,利用SRAM型FPGA部分重配置特性,采用修改FPGA配置区数据位来模拟故障的方法,加速了系统的失效过程,实现对单粒子翻转敏感位的检测和统计,并通过实验进行验证,结果表明:设计合理可行,实现方式灵活,成本低,为SRAM型FPGA抗单粒子容错设计提供了有利支持。     

PZT压电陶瓷的总剂量辐照效应实验研究

采用传统固相反应法制备PZT压电陶瓷材料,并制作成平行平板无源电容器结构。在ELV-8电子直线加速器上对其进行总剂量辐照效应实验,对辐照前后PZT材料的介电和压电性能参数进行了测试和比较。实验结果表明,PZT材料平行平板电容器的压电性能抗总剂量水平可达2×108rad(Si),领先国际水平。     

环栅CMOS/SOI的X射线总剂量辐射效应研究

采用硅离子注入工艺对注氧隔离(SIMOX)绝缘体上硅(SOI)材料作出改性,分别在改性材料和标准SIMOXSOI材料上制作部分耗尽环型栅CMOS/SOI器件,并采用10keVX射线对其进行了总剂量辐照试验。实验表明,同样的辐射总剂量条件下,采用改性材料制作的器件与标准SIMOX材料制作的器件相比,阈值电压漂移小得多,亚阈漏电也得到明显改善,说明改性SIMOXSOI材料具有优越的抗总剂量辐射能力。     

一种抗总剂量辐照的NMOSFETs

在商用 SIMOX衬底上制备了抗辐照 NMOSFETs,使用的主要技术手段有 :氮化 H2 -O2 合成栅介质加固正栅 ;增加体区掺杂 ,以提高背栅阈值电压 ;采用 C型体接触结构 ,消除边缘寄生晶体管。结果表明 ,在经受 1× 1 0 6 rad( Si)的辐照后 ,器件特性没有明显恶化     

高剂量辐照条件下的MOSFET总剂量辐照效应模型

报道了一种用于在高剂量辐照条件下 MOS器件抗辐照电路模拟的半经验模型 .利用该模型对 MOS器件实验结果进行了模拟 ,模型计算结果与实验吻合较好 .初步分析了高剂量条件下不同散射机制对模拟结果的影响 ,结果表明界面电荷的库仑散射是引起电子迁移率退化的主要机制     

版图结构对MOS器件总剂量辐照特性的影响

在商用标准0.6μm体硅CMOS工艺下,设计了采用普通单栅及多栅版图结构的nMOS和pMOS晶体管作为测试样品,讨论其经过γ射线照射后的总剂量辐照特性.辐照中器件采用不同电压偏置,并在辐照前后对器件的源漏极间泄漏电流、阈值电压漂移及跨导特性进行测量.研究表明nMOS总剂量效应对器件的版图结构非常敏感,而pMOS的总剂量效应几乎不受版图结构的影响.     

版图结构对MOS器件总剂量辐照特性的影响

在商用标准0.6μm体硅CMOS工艺下,设计了采用普通单栅及多栅版图结构的nMOS和pMOS晶体管作为测试样品,讨论其经过γ射线照射后的总剂量辐照特性.辐照中器件采用不同电压偏置,并在辐照前后对器件的源漏极间泄漏电流、阈值电压漂移及跨导特性进行测量.研究表明nMOS总剂量效应对器件的版图结构非常敏感,而pMOS的总剂量效应几乎不受版图结构的影响.     

多晶发射极结构三极管抗总剂量能力研究

文章通过分析总剂量辐照机理和三极管结构总剂量辐照的瓶颈部位,比较普通和多晶发射极VNPN晶体管结构上的区别,指出多晶发射极结构具有更强的总剂量辐照能力。多晶发射极结构总剂量辐照能力增强是由于该结构EB之间存在多晶+薄氧化层的结构,该结构中多晶屏蔽了顶部厚氧化层辐照效应的影响,而普通结构EB之间则是厚氧化层结构,总剂量辐照能力弱。在对多晶发射极结构总剂量辐照关键部位的分析过程中,对多晶发射极三极管局部结构进行了进一步优化设计,最后给出了多晶发射极结构三极管的辐照实验结果,并对实验结果进行了分析。     

一种基于总剂量效应的SOI器件模型快速提取方法

从工程应用的角度介绍了一种基于总剂量效应的SOI器件模型参数的快速提取方法。首先,提取0 krad(Si)时器件的模型参数,然后针对总剂量敏感参数,对100 krad(Si)总辐射试验后的同种器件进行模型参数优化,并对得到的模型参数进行验证。结果表明,该方法所提取的模型参数准确有效,解决了国内目前在抗辐照SOI工艺中因采用标准SOI工艺SPICE模型(如BSIMSOI等)导致不能反映辐照效应对器件特性的影响且无法给出经过不同辐照剂量之后的器件特性的缺点,可用于评估辐射对SOI电路的影响。     

总剂量辐照加固的PDSOI CMOS 64k静态随机存储器

在国内首次使得1.2μm部分耗尽SOI 64k静态随机存储器的抗总剂量能力达到了1×106 rad(Si),其使用了SIMOX晶圆. 在-55～125℃范围内,该存储器的数据读取时间几乎不变.在经过剂量为1×106 rad(Si)的总剂量辐照后,该存储器的数据读取时间也几乎不变,静态功耗仅从辐照前的0.65μA变化为辐照后的0.8mA,远远低于规定的10mA指标;动态功耗仅从辐照前的33mA变化为辐照后的38.1mA,远远低于规定的100mA指标.