一种抗单粒子效应的加固技术研究

针对数字波控电路在星载控制电路应用中存在的单粒子翻转效应问题,提出了一种基于DICE单元的双稳态D触发器设计改进,设计了一种能够抵御众多类型单粒子翻转效应的D触发器,并基于该D触发器,结合电路级单粒子加固技术设计了一款串并转换芯片。测试表明,采用改进D触发器结构的波控芯片能够抵御至少80 MeV的单粒子效应事件。芯片峰值功耗不大于10 mA,写入速率不低于10 MHz,功耗为1 mW/MHz。     

Virtex FPGA抗单粒子翻转技术

SRAM型FPGA开发过程灵活,在航天领域有广泛的应用,但该系列FPGA易发生单粒子翻转事件,导致功能中断或信息丢失。配置刷新结合三模冗余能有效抑制单粒子翻转带来的影响。在详细讨论了配置刷新+三模冗余的基础上,提出了FPGA自主刷新+三模冗余的解决方案,保证FPGA抗单粒子性能的基础上提高了系统的资源利用率,经注错试验验证了方案可行性。     

基于定向故障注入的SRAM型FPGA单粒子翻转效应评估方法

介绍了一种基于定向故障注入的SRAM型FPGA单粒子翻转效应评估方法。借助XDL工具,该方法解析了Virtex-4 SX55型FPGA的帧地址与物理资源之间的对应关系;将电路网表中的资源按模块分组,利用部分重构技术分别对电路整体及各分组相关的配置帧进行随机故障注入,以评估电路整体及其子模块的抗单粒子翻转能力;按模块分组对电路分别进行部分三模冗余(TMR)加固和故障注入实验,以比较不同加固方案的效果。实验结果表明:电路的抗单粒子翻转能力与其功能和占用的资源有关;在FPGA资源不足以支持完全TMR的情况下,该方法可以帮助设计者找到关键模块并进行有效的电路加固。     

反熔丝型FPGA单粒子效应及加固技术研究

在当今复杂电磁环境和强干扰的条件下,航空和航天装备的信号处理器件的逻辑可能产生意外翻转而产生功能失效,甚至导致系统工作状态异常,因此器件的可靠性至关重要.反熔丝型FPGA（现场可编程门阵列）因其低功耗、高可靠性、高保密性等特点,广泛应用于航空航天的电子系统中.文章在介绍反熔丝型FPGA的基本结构的基础上,对反熔丝型FPGA单粒子效应（SEE）进行了详细分析,提出了相应的SEE加固设计措施及实现方法.通过重离子地面加速试验对加固设计方法进行验证,试验结果及分析表明,加固设计方法可以有效提高商用现货（COTS）反熔丝型FPGA的可靠性,可以为同类型的电子系统设计提供有价值的参考.     

半导体器件单粒子效应及标准研究

简要介绍半导体器件的单粒子效应及其机理,重点分析当前国外主要的单粒子效应试验方法标准,针对标准中辐照源及重离子射程的关键问题进行研究,并对如何制定我国的单粒子试验方法标准提出了建议.     

集成电路单粒子瞬态效应与测试方法

随着器件尺寸的等比例缩小,单粒子瞬态效应对集成电路的影响愈发明显,其产生机理及作用更加复杂。从集成电路单粒子瞬态脉冲的产生机理及模型出发,讨论分析了模拟和数字集成电路的单粒子瞬态效应,介绍了单粒子瞬态脉冲宽度的测试方法与测试结构。     

基于FPGA芯片的抗单粒子翻转的动态刷新技术研究

在分析FPGA空间单粒子效应的基础上,为了实现星载电子设备运行的稳定性,研究FPGA的动态刷新原理,介绍了几种抗单粒子翻转方法,根据位流文件设计出用于动态刷新的指令并通过实例验证。通过FPGA定期从PROM中读取用户配置信息,动态刷新内部配置信息,从而减少FPGA配置存储器发生单粒子翻转的概率,提高星载电子设备运行的可靠性。     

集成电路单粒子瞬态效应与测试方法

随着器件尺寸的等比例缩小,单粒子瞬态效应对集成电路的影响愈发明显,其产生机理及作用更加复杂。从集成电路单粒子瞬态脉冲的产生机理及模型出发,讨论分析了模拟和数字集成电路的单粒子瞬态效应,介绍了单粒子瞬态脉冲宽度的测试方法与测试结构。     

TCAD结合SPICE的单粒子效应仿真方法

为解决传统集成电路抗单粒子加固设计中存在的不足,利用TCAD及SPICE软件,探索出一种单粒子效应仿真与电路抗辐射加固设计相结合的方法。该方法通过TCAD软件的器件建模、仿真单粒子效应对器件的影响,得出器件在单粒子辐射条件下的3个关键参数。利用SPICE软件将此参数转化为模拟单粒子效应的扰动源,进而指导电路抗单粒子效应的加固设计工作。通过对一款SRAM的加固设计及辐射试验对比,证明了该方法的正确性和有效性,同时也为以后单粒子效应设计加固提供了依据。     

IGBT单粒子烧毁效应的二维仿真

通过二维TCAD仿真,对IGBT的单粒子入射作用过程做了原理性的分析,据此在理论上将单粒子对器件的作用进行了分类。针对阻断态、贯通烧毁的情况,给出了IGBT加固的一般思路,提出并仿真验证了多种具体的加固方法,与文献测试结果相符。     

一种抑制单粒子瞬态响应的SiGe HBT工艺加固技术仿真

基于0.13 μm SiGe BiCMOS工艺,开展了无深槽NPN SiGe HBT工艺和器件仿真。模拟了带深P阱SiGe HBT的制备过程、常规电学特性和重离子单粒子效应。该器件与常规器件相比表现出更优的单粒子瞬态(SET)特性,在关态的SET响应峰值下降了80%,在最大特征频率工作点的SET响应峰值下降了27%,瞬态保持时间也大幅减小。使用深N阱和深P阱隔离同时抑制了集电区-衬底结的漂移载流子收集和衬底扩散载流子收集的过程,极大地提高了器件的SET性能。     

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.     

功率VDMOSFET单粒子效应研究

阐述了空间辐射环境下n沟功率VDMOSFET发生单粒子栅穿(SEGR)和单粒子烧毁(SEB)的物理机理。研究了多层缓冲局部屏蔽抗单粒子辐射的功率VDMOSFET新结构及相应硅栅制作新工艺。通过对所研制的漏源击穿电压分别为65V和112V两种n沟功率VDMOS-FET器件样品进行锎源252Cf单粒子模拟辐射实验,研究了新技术VDMOSFET的单粒子辐射敏感性。实验结果表明,两种器件样品在锎源单粒子模拟辐射实验中的漏源安全电压分别达到61V和110V,验证了新结构和新工艺在提高功率VDMOSFET抗单粒子效应方面的有效性。     

SRAM型FPGA单粒子翻转测试及加固技术研究

SRAM型FPGA空间应用日益增多,只有针对其特点设计相应的单粒子试验的测试程序才能系统、准确地获取该类芯片的单粒子翻转特性,为抗辐射加固设计提供依据.阐述了单粒子翻转的静态和动态的测试方法.静态测试包括硬件设计和配置位回读程序的设计;动态测试主要针对CLB(配置逻辑单元)和BRAM(块存储器)两部分进行了相应的软件测...     

65 nm体硅工艺NMOS中单粒子多瞬态效应的研究

针对NMOS场效应晶体管由重离子辐射诱导发生的单粒子多瞬态现象,参考65 nm体硅CMOS的单粒子瞬态效应的试验数据,采用TCAD仿真手段,搭建了65 nm体硅NMOS晶体管的TCAD模型,并进一步对无加固结构、保护环结构、保护漏结构以及保护环加保护漏结构的抗单粒子瞬态效应的机理和能力进行仿真分析。结果表明,NMOS器件的源结和保护环结构的抗单粒子多瞬态效应的效果更加明显。     

纳米CMOS电路的单粒子瞬态影响因素研究

进入纳米尺度后,单粒子瞬态(SET)成为高能粒子入射VLSI产生的重要效应,准确、可靠的SET模拟对评估VLSI的可靠性有着重要的影响。以反相器为例,针对脉冲峰值和半高全宽两个指标,研究了电路模拟中影响SET的因素,主要有电流脉冲幅值、脉冲宽度、负载电容、环境温度及器件尺寸。通过对45和65 nm两种技术节点下的电路的仿真,研究了这些因素对SET的影响,并探讨了可能的原因。结果显示,这些因素对SET的影响趋势和程度有很大的差异,且器件尺寸越小,这些因素对SET的影响越显著。通过设置合适的参数,可以实现电路的抗辐射加固。     

高速A/D转换器单粒子效应实时评估系统和方法研究

提出了一种在线实时检测评估高速A/D转换器(ADC)的单粒子效应的测试方法。基于该方法搭建了部分模块可复用的单粒子效应测试评估系统。系统由时钟生成模块、待测ADC模块、D/A转换器(DAC)转换输出模块、FPGA控制模块与上位机模块构成。对待测ADC模块进行重构,可完成对不同ADC器件的测试评估,提升了模块可复用性和测试效率。该系统通过监测电源引脚的电流变化、ADC内部寄存器值翻转情况、经过高速DAC转换输出的模拟波形,可实时测试评估ADC器件的单粒子锁定(SEL)、单粒子翻转(SEU)、单粒子瞬态(SET)、单粒子功能中断(SEFI)等效应。基于该系统对自主研发的具有JESD204B接口的12位2.6 GS/s高速ADC进行了单粒子效应试验。试验分析表明,该系统能准确高效评估高速ADC器件的单粒子效应。     

纳米FinFET的单粒子瞬态与Fin结构的相关性研究

工艺差异引起的Fin结构变化会造成纳米FinFET器件呈现不同的电学特性,使器件的单粒子瞬态效应(SET)复杂化。基于电学特性校准的14 nm SOI标准型FinFET器件,构建了弹头型、三角型、阶梯型、半圆型及底部椭圆型等5种结构,分析了SET的表征量与Fin结构参数间的相关性,并利用灰色理论,研究了它们之间的内在关联性。结果表明,器件的收集电荷量、沉积电荷量与Fin的截面积显著相关;SET电流峰值、电子-空穴对产生率峰值及双极放大系数同时依赖于Fin的截面积和等效沟道宽度,且对等效沟道宽度的依赖性更强。     

深亚微米CMOS反相器的单粒子瞬态效应研究

针对小尺寸CMOS反相器的单粒子瞬态效应,分别采用单粒子效应仿真和脉冲激光模拟试验两种方式进行研究。选取一种CMOS双反相器作为研究对象,确定器件的关键尺寸,并进行二维建模,完成器件的单粒子瞬态效应仿真,得到单粒子瞬态效应的阈值范围。同时,开展脉冲激光模拟单粒子瞬态效应试验,定位该器件单粒子瞬态效应的敏感区域,捕捉不同辐照能量下器件产生的单粒子瞬态脉冲,确定单粒子瞬态效应的阈值范围,并与仿真结果进行对比分析。