瞬态闭锁试验在0.13 μm大规模集成电路中引起的潜在损伤

瞬态剂量率辐射试验会引起集成电路发生损伤或失效,其原因至少有两种：闭锁大电流引起的电路内部金属互连熔融;累积电离总剂量引起的氧化层电荷造成阈值电压偏移。本文以一种0.13 μm体硅CMOS处理器为对象,研究了瞬态剂量率和稳态电离总剂量辐射效应规律。结果表明：瞬态剂量率闭锁效应对处理器造成了显著的潜在损伤,导致其总剂量失效阈值从1 030 Gy(Si)降低至600 Gy(Si)。研究结论对于大规模集成电路的可靠性评估和指导辐射加固设计有重要参考意义。     

双极运算放大器LM158电离总剂量与重离子协同辐射效应研究

为研究双极运算放大器电离总剂量与单粒子瞬态的协同效应,选取双极运算放大器LM158分别在高剂量率0.1 Gy·s?1(Si)和低剂量率1×10?4 Gy·s?1(Si)条件下进行60Coγ射线辐照试验,累积电离总剂量至1000 Gy(Si)后,再进行重离子类型为钽(Ta)离子的协同辐照试验.试验结果表明:电离总剂量会导...     

偏置条件对NPN型锗硅异质结双极晶体管电离辐射效应的影响

本文研究了不同偏置条件下国产商用NPN型锗硅异质结双极晶体管(Silicon germanium hetero-junction bipolar transistors,SiGe HBTs)在60Coγ辐射环境中电离辐照响应特性和变化规律。实验结果表明,在0.8 Gy(Si)·s-1剂量率辐照下,总累积剂量达到1.1×104 Gy(Si)时,发射结反向偏置条件下60Coγ射线辐照对SiGe HBTs造成的损伤最大,零偏次之,正偏损伤最小;经过一定时间的退火后,零偏恢复程度最小,而正偏和反偏时的恢复趋势以及程度相同。分析了不同偏置状态下其电离辐照敏感参数随累积总剂量以及退火时间的变化关系,讨论了引起电参数失效的潜在机理。     

LM118J-8和OP07运算放大器电路抗γ辐射实时模拟研究

利用60Coγ射线模拟空间环境辐射,对卫星电源控制器中LM118J-8和OP07两种运算放大器电路进行剂量率为0.06和0.22 Gy(Si)/s,总剂量为3000 Gy(Si)辐射的实时在线研究.结果表明:随辐射剂量增加,OP07电路的输出电压在低剂量100 Gy(Si)时就有明显变化,而LM118J-8电路的输出电压在辐射剂量高于900 Gy(Si)时出现明显变化.LM118J-8运算放大器的抗辐射性能优于OP07放大器.引起LM118J-8、OP07性能退化、功能失效的主要原因是辐射感生了界面态.     

掺锗石英光纤的稳态和瞬态γ辐射效应研究

开展了掺锗石英光纤在1.0×10~(-4)~0.5Gy(Si)/s剂量率下的稳态γ辐照实验和10~6~10~9 Gy(Si)/s剂量率下的瞬态γ辐照实验。结果表明:光纤辐射感生损耗与辐照总剂量呈饱和指数关系,与色心浓度微分方程推导出的结论相一致。在辐照总剂量相同的情况下,光纤辐射感生损耗随辐照剂量率的增大而增大。辐照期间有光注入较无光注入时的光纤辐射感生损耗低,证实了光褪色效应的存在。对实验用650、850和1 310nm 3个波长,光纤辐射感生损耗随波长的增大而减小。与光纤稳态辐射感生损耗相比,光纤瞬态辐射感生损耗要大得多;光纤瞬态辐射感生损耗峰值与脉冲总剂量呈线性关系,这与饱和指数关系在低剂量下的泰勒展开近似一致。     

稳态总剂量效应(TID)试验剂量率选择的研究

通过调研分析,发现ESA/SCC 22900和MIL-STD-883G方法1019.7在剂量率的选择等方面存在较大差异。针对美国宇航局NASA发布的TID试验报告中总剂量及其对应的剂量率值进行统计分析,了解到不同工艺器件进行TID试验时采取多步骤辐射,辐射过程中所选择的剂量率几乎均小于1rad(Si)/s,且剂量率随总剂量不断改变。当总剂量低于30krad(Si)时,曲线分布没有规律,随机性较大;当总剂量大于30krad(Si)时,剂量率随总剂量的增加而增加,但不满足线性关系。针对不同剂量率辐射后器件失效机理的分析研究,得出器件在低剂量率辐射下失效的主要原因是界面态,而在高剂量率辐射失效的主要原因是辐射感生氧化物陷阱电荷。     

N80C196KC20芯片的X射线剂量增强效应

介绍大规模集成电路N80C196KC20单片机芯片在X射线辐射环境下性能的退化及剂量增强效应.用Intel公司的N80C196KC20单片机芯片进行X射线、钴源总剂量辐照试验,测量了电源工作电流ICC,芯片的功能失效表征了它的总剂量响应.芯片在较低的总剂量水平发生功能失效,γ失效总剂量～165 Gy(Si).芯片失效时工作电流发生快速增长.实验测量了N80C196KC20单片机芯片的X射线剂量增强系数,研究了剂量增强效应机理.     

不同偏置条件的10位CMOS模数转换器的辐射效应

对10位CMOSADC7910在不同偏置条件下的电离辐射效应及退火特性进行了研究。结果表明:模数混合电路在不同偏置条件下的电离辐照响应有很大的差异。与加电偏置相比,零偏下0.25Gy/s(Si)剂量率辐照时的辐射损伤更严重。并对其损伤机理进行了初步探讨。     

双极线性集成电路低剂量率辐射的增强损伤

综合介绍了双极线性集成电路在低剂量率辐射下产徨的异常损伤,既在低剂量率下辐射时,这些器件在很低的总剂量水平下即告失效,失效阈较高剂量率辐射要低得多,它是因为构成线性电路的双极器件发射极一基极结上覆盖了厚氧化物,低剂量率电离辐射在氧化物内产生电荷的传输时间有时要达到数百秒,氧化物内存在的过量电荷使器件产生增强损伤。     

180 nm CMOS微处理器辐照损伤剂量的实验研究

以180 nm互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS)工艺制造的STM32微处理器为实验对象,设计了由被测最小系统电路、剂量计、通讯电路和上位机组成的总剂量效应实验条件。利用60Co源分别在63.3 Gy(Si)·h~(-1)和101.2 Gy(Si)·h~(-1)剂量率下,对14个实验样品进行了在线辐照,通过数据校验实时判断受照样品的功能运行状态;在227.2～855.0 Gy(Si)累积剂量范围内,对75个实验样品进行了离线辐照,对比样品受照前后的功能运行状态。实验结果表明:片内FLASH存储器是STM32微处理器中最先损伤的硬件单元;受照前后,STM32微处理器各引脚的对地阻抗以及片内模拟数字转换器输出值基本无变化,功耗电流略有增加。63.3 Gy(Si)·h~(-1)和101.2 Gy(Si)·h~(-1)在线照射条件下辐照损伤剂量分别为(235.4±16.4)Gy(Si)和(197.4±13.0)Gy(Si);离线照射条件下的辐照损伤剂量介于391.5～497.6 Gy(Si)之间。     

质子辐射环境下PNP输入双极运算放大器辐照效应与退火特性

对不同偏置下的PNP输入双极运算放大器在3、10 MeV两种质子能量下的辐照效应进行了研究,并将质子辐射损伤效应与0.5Gy(Si)/s剂量率60 Coγ射线辐射损伤效应进行了比较,以探究质子和γ射线产生的辐射损伤之间的对应关系。结果表明,运放LM837对γ射线的敏感程度较10 MeV质子和3 MeV质子的小,然而其室温退火后的后损伤效应却更严重;相同等效总剂量条件下,10 MeV质子造成的损伤较3 MeV质子的高;质子辐射中器件的偏置条件对损伤影响不大。     

可编程器件的瞬时电离辐射效应及加固技术研究

概述了国内外瞬时电离辐射效应的研究历程。针对空间电子学系统常用的两种类型可编程器件(32位微控制器和反熔丝FPGA),分别研制了辐照试验长线动态测试系统,在"强光一号"脉冲加速器上开展了γ瞬时电离辐照试验。试验数据表明:32位微控制器的瞬时电离辐射效应表现为复位重启和闭锁,闭锁阈值为6×107Gy/Si.s,反熔丝FPGA的瞬时电离辐射效应表现为瞬时扰动和复位重启,二者的工作电流都随着剂量率的增加而升高。分析了两种可编程器件的瞬时电离辐射损伤机理,提出了一种"瞬时回避+数据备份与恢复"的抗瞬时电离辐射的电路设计加固方法。     

JFET输入运算放大器不同剂量率的辐照和退火特性

本文对几种不同型号的JFET输入双极运算放大器在不同剂量率(1、0.1、0.01及10-4、6.4×10-5Gy(Si)/s)辐照下的响应规律及随时间变化的退火特性进行了研究。结果显示,由于制作工艺相异,不同型号JFET输入双极运放对不同的剂量率辐照也表现出响应差异,但总的来说可分为三大类:第一类明显具有低剂量率辐照损伤增强效应,但同时又有时间效应的关系;第二类虽有不同剂量率的辐照损伤的差异,但这种差异可通过相同时间的室温退火来消除;第三类无剂量率效应,但有明显的“后损伤”现象。文中对引起电路辐照损伤差异的机理进行了探讨。     

线性稳压器不同偏置下电离总剂量及剂量率效应

为对工作在空间电离环境中稳压器的电离总剂量及剂量率效应进行研究,选择一种常用的低压差线性稳压器进行了不同偏置的高低剂量率的电离辐照和退火实验。结合电路特征和电离辐射效应,对线性稳压器产生蜕变的原因进行分析。结果显示,器件输出电压、线性调整率、负载调整率等关键参数在电离辐射环境下发生不同程度变化。在零偏条件下,低剂量率（LDR）下损伤明显大于高剂量率（HDR）条件,表现出低剂量率损伤增强效应;而在工作偏置条件下,高剂量率辐照损伤大于低剂量率的,退火实验中,发生损伤恢复现象,表现为时间相关效应。在整个辐照和退火过程中,零偏置损伤比工作偏置损伤大。     

低剂量照射及其微观剂量分布

辐射防护关心低剂量照射的生物效应,特别是辐射致癌效应。多大水平的照射为低剂量照射并无明确规定。UNSCEAR[1986B-24段,1988F-7段]提出对低LET辐射可以把0-0.2,0.2-2.0,2-10和>1cGy分别称为低、中、高和极高剂量;对高LET辐射(如快中子)把<0.05Gy和>0.05Gy分别称为低和高剂量。对所有辐射,低剂量率指<0.05mGy/min,高剂量率指>0.05Gy/min,介于其问者为中等剂量率。通常的     

54HC系列CMOS器件脉冲与稳态γ总剂量效应异同性研究

针对现有脉冲辐射模拟装置在模拟真实环境方面累积剂量偏小的特点,开展了54HC系列CMOS器件脉冲γ与⁶⁰Coγ总剂量效应损伤异同性研究,获取器件效应损伤因子,以期通过对稳态辐射环境下电路总剂量损伤阈值的测量预估脉冲高剂量率环境下的总剂量损伤阈值。研究结果表明,无论选择哪种敏感参数进行效应损伤异同性研究,稳态辐照造成的总剂量损伤总是高于脉冲辐照,即稳态总剂量引起的器件阈值电压漂移、静态功耗电流增加比脉冲总剂量引起的大。     

CMOS工艺微控制器瞬时电离辐射效应实验研究

利用CMOS工艺微控制器的实验测试系统,在"强光一号"加速器上进行了瞬时剂量率效应实验。实验研究采用的γ脉冲宽度为20ns,剂量率(以Si原子计)为6.7×106～2.0×108Gy/s。在不同的剂量率水平下观察到了扰动和闭锁效应,获得了微控制器的闭锁阈值,分析了扰动时间、系统功耗电流与剂量率间的关系。瞬时电离辐射在CMOS工艺电路的PN结中产生光电流,导致了电学和功能参数的退化。     

宽剂量率范围的集成电路瞬时电离辐射效应模拟方法研究

借助于计算机开展器件和电路辐射效应的数值模拟,已成为抗辐射加固电路设计、制造和辐射性能预测、评估的重要环节。文章深入研究了国际上先进的光电流模型,提出了一种适用于较宽剂量率范围的集成电路瞬时电离辐射效应模拟方法。针对一种CMOS电压反馈型运算放大器,建立了器件和整体电路的瞬时电离辐射效应SPICE模型,采用MATLAB和HSPICE相结合的方法计算了电路在多种约束条件下(电路设计参数、辐射条件等)的瞬时电离辐射响应(瞬态峰值电平和恢复时间)。本研究为其他类型CMOS集成电路在较宽剂量率范围下的瞬时电离辐射效应建模和仿真提供了参考。     

日本制成辐射影响示意图

即使在相同的辐射剂量下,短时间照射和长时间照射所受的影响也大不相同。有鉴于此,日本电力中央研究所基于它和其它研究机构的科研成果,整理出了每单位时间所受剂量(剂量率)及总剂量(积分值)与其影响的关系图。该图可以清楚地显示出“受辐射照射发生损伤的区域”、“未发生辐射影响区域”,还有介于两个区域之间“被认为活体防御机能增强的区域”。该研究所的实验结果表明,高剂量率(2Gy/min)每周照射一次,用1.8Gy的X线重复照射4次,合计受照7.2Gy后,九成以上的小鼠诱发称为胸腺淋巴肿瘤的癌症。而如果对鼠用1·2mGy/h的低剂量率持续照射一年…     

γ总剂量辐射对CMOS器件性能的影响

本文比较了相同结构不同工艺的CMOS电路γ电离辐射效应结果。它表明:未经加固的市售器件,对γ总剂量辐射相当灵敏。特别是硅栅器件,正偏置下,大约经15Gy的γ剂量辐射后即告失效;在70Gy下,静态功耗电流增加4.5个量级。从实验结果出发,讨论了CMOS电路γ总剂量电离辐射效应的失效标准和加固方法。