基于三维模型的InGaP/GaAs HBT单粒子效应仿真

为全面评估航天型号用元器件的抗辐射性能,对InGaP/GaAs异质结双极晶体管(Heterojunction Bipolar Transistor,HBT)的单粒子效应进行了仿真研究。首先,介绍了空间辐射环境中重离子诱发器件产生单粒子瞬态脉冲的机理。然后,建立了InGaP/GaAs HBT器件三维仿真模型,并利用蒙特卡罗方法模拟了不同能量的C、F、Cl、Br、I等重离子在器件中的射程和LET值。最后,基于ISE-TCAD仿真软件对器件的单粒子瞬态脉冲电流曲线进行了仿真和分析。结果表明:重离子在器件中产生的集电极瞬态脉冲电流可达几百微安,集电极瞬态脉冲电流与重离子的能量成反比,与离子的原子序数成正比。由此可知,InGaP/GaAs HBT器件对单粒子效应比较敏感,且对不同重离子的敏感程度不同。这可以为航天型号用元器件的设计选型和可靠性评估提供技术支撑。     

浮栅器件的单粒子翻转效应

基于中国原子能科学研究院的HI-13加速器,利用不同线性能量传输(LET)值的重离子束流对4款来自不同厂家的90 nm特征尺寸NOR型Flash存储器进行了重离子单粒子效应试验研究,对这些器件的单粒子翻转(SEU)效应进行了评估。试验中分别对这些器件进行了静态和动态测试,得到了它们在不同LET值下的SEU截面。结果表明高容量器件的SEU截面略大于低容量的器件;是否加偏置对器件的翻转截面几乎无影响;两款国产替代器件的SEU截面比国外商用器件高。国产替代器件SEU效应的LET阈值在12.9 MeV·cm²/mg附近,而国外商用器件SEU效应的LET阈值处于12.9~32.5 MeV·cm²/mg之间。此外,针对单粒子和总剂量效应对试验器件的协同作用也开展了试验研究,试验结果表明总剂量累积会增加Flash存储器的SEU效应敏感性,分析认为总剂量效应产生的电离作用导致了浮栅上结构中的电子丢失和晶体管阈值电压的漂移,在总剂量效应作用的基础上SEU更容易发生。     

运放和光耦的单粒子瞬态脉冲效应

利用脉冲激光模拟单粒子效应实验装置研究了通用运算放大器LM124J和光电耦合器HCPL5231的单粒子瞬态脉冲(SET)效应,获得了LM124J工作在电压跟随器模式下的瞬态脉冲波形参数与等效LET值的关系,甄别出该器件SET效应的敏感节点分布.初步分析了SET效应产生的机理.以HCPL5231为例,首次利用脉冲激光测试了光电耦合器的单粒子瞬态脉冲幅度、宽度与等效LET值的关系,并尝试测试了该光电耦合器的SET截面,实验结果与其他作者利用重离子加速器得到的数据符合较好,证实了脉冲激光测试器件单粒子效应的有效性.     

基于TCAD的SRAM单粒子效应研究

针对40 nm体硅工艺利用TCAD(Technology Computer Aided Design)对关键NMOS进行3D建模,采用混合仿真模型对SRAM单粒子效应进行模拟仿真.通过改变重离子LET(Linear Energy Transfer)值、入射位置和入射角度,分析了其对单粒子效应的影响.实验结果表明40 nm工艺下单粒子效应各参数的变化与传统工艺一致.最后,基于R-C简化混合仿真模型,相比于混合仿真模型其电压、电流等参数具有较好一致性,验证了该模型对SRAM单粒子效应模拟的有效性.     

基于激光背部辐照方法的小尺寸器件的单粒子效应特性

本文基于脉冲激光背部辐照试验方法,测试了小尺寸器件的单粒子翻转与闩锁特性,以克服高集成度器件日益增加的金属布线层对激光试验的影响。研究了SRAM器件存储的数据类型对器件单粒子翻转阈值与截面的影响特性。试验测试了深亚微米器件微闩锁效应的电流变化特征。建立了一种激光能量与重离子LET值对应关系的经验公式,用于评估小尺寸器件的等效激光LET值。此外,利用激光背部辐照试验方法,初步试验研究了90nmSOI工艺PowerPC微处理器的单粒子翻转特性。     

运放和光耦的单粒子瞬态脉冲效应

利用脉冲激光模拟单粒子效应实验装置研究了通用运算放大器LM124J和光电耦合器HCPL5231的单粒子瞬态脉冲（SET）效应,获得了LM124J工作在电压跟随器模式下的瞬态脉冲波形参数与等效LET值的关系,甄别出该器件SET效应的敏感节点分布.初步分析了SET效应产生的机理.以HCPL5231为例,首次利用脉冲激光测试了光电耦合器的单粒子瞬态脉冲幅度、宽度与等效LET值的关系,并尝试测试了该光电耦合器的SET截面,实验结果与其他作者利用重离子加速器得到的数据符合较好,证实了脉冲激光测试器件单粒子效应的有效性.     

半导体器件内离子有效LET值测量方法研究

提出了一种基于电荷收集测试技术的离子有效LET值测量方法.首先对半导体器件内收集电荷量与入射离子有效LET值之间的关系进行了分析,根据二者之间的关系提出通过测量电荷收集量从而测量离子有效LET值的方法;然后建立了半导体器件电荷收集测试系统,利用PN结和SRAM对测量方法进行了验证;最后成功利用该方法解释了以往单粒子效应实验中出现的数据异常.     

纳米器件质子在轨单粒子翻转率预计方法

研究了纳米器件在空间轨道中质子引起单粒子翻转(SEU)率的预计方法。以65 nm SRAM为样品,利用加速器进行了质子和重离子单粒子翻转试验,分别基于质子试验数据和重离子试验数据,预计了空间轨道中质子引起的单粒子翻转率。结果表明,用重离子试验数据预计的质子单粒子翻转率比用质子试验数据预计的低1.5个数量级。研究认为,为了评估纳米器件单粒子翻转敏感性,需进行质子单粒子翻转试验,并基于质子试验数据进行在轨质子翻转率预计。     

抗SEB加固功率VDMOS的温度特性研究

仿真研究了300 V抗辐射功率VDMOS器件在不同缓冲层浓度、不同LET值下单粒子烧毁(SEB)效应的温度特性。结果表明,SEB的温度特性与LET值相关,LET值较小时(0.1 pC/μm),SEB电压呈正温度系数特性;LET值较大时(1 pC/μm),SEB电压呈负温度系数特性。重点分析了1 pC/μm LET时离化强度大的条件下SEB电压的碰撞电离分布和晶格温度分布,分析发现,功率VDMOS颈区JFET/P阱的pn结是SEB效应薄弱点,这得到了实验结果的验证。本模型计算的结果表明,当LET值大、器件工作温度高时,功率VDMOS器件的单粒子烧毁风险最大。该项研究结果为抗辐射加固功率VDMOS器件的应用提供技术参考。     

一种多模式SRAM单粒子试验系统的设计与实现

提出了一种基于NIOS II的异步SRAM单粒子效应检测系统,用于评估抗辐射加固SRAM电路的抗单粒子效应能力.该检测系统可以对异步SRAM进行四种工作模式下的动态和静态检测,利用该检测系统在重离子加速器上对一款异步SRAM进行了单粒子效应试验,获得了5种离子的试验数据,统计分析后得到了器件的单粒子翻转阈值、单粒子翻转饱和截面和单粒子翻转在轨错误率,并与国外同款电路进行了对比,最后依据试验结果给出了评估结论.