沟槽型VDMOS的重离子辐射失效研究

空间辐射环境中含有各种高能带电粒子,高能带电粒子与电子器件相互作用可能引发单粒子效应（SEE）,单粒子效应中单粒子烧毁（SEB）和单粒子栅穿（SEGR）是两种最主要的单粒子事件。对重离子环境下的器件退化和失效进行了研究,分析了重离子环境下的失效机理,提出了重离子条件下的器件改善结构,同时完成了仿真和重离子实验验证,提升了MOSFET抗重离子能力。     

纳米级CMOS集成电路的单粒子效应及其加固技术

空间应用的集成电路受到辐射效应的影响,会出现瞬态干扰、数据翻转、性能退化、功能失效甚至彻底毁坏等问题.随着器件特征尺寸进入到100nm以下（以下简称纳米级）,这些问题的多样性和复杂性进一步增加,单粒子效应成为集成电路在空间可靠性应用的主要问题,给集成电路的辐射效应评估和抗辐射加固带来了诸多挑战.本文以纳米级CMOS集成电路为研究对象,结合近年来国内外的主要技术进展,介绍研究团队在65nm集成电路单粒子效应和加固技术方面的研究成果,包括首次提出的单粒子时域测试和分析方法、单粒子多节点翻转加固方法和单粒子瞬态加固方法等.     

一种基于Weibull函数的单粒子注入脉冲模型

单粒子效应是当前集成电路抗辐射加固的研究重点之一.根据空间辐射粒子特点,提出一种基于Weibull函数的单粒子注入脉冲模型,该模型利用Weibull函数对瞬时脉冲直接进行电路级描述.实验证明,该模型与传统器件级电流注入脉冲模型的SER统计数据拟合度高达98.41%,同时可将电路模拟时间缩短3个数量级,在高速超大规模集成电路的单粒子效应研究中,具有明显的模拟速度优势,为深亚微米级的抗辐射加固研究提供了坚实的理论基础.     

静态存储器的抗单粒子翻转效应研究

空间环境中存在大量的高能带电粒子,空天导弹自身的电子器件将会受到高能粒子的冲击影响,从而产生单粒子效应。研究分析了静态储存器在空间环境中最常发生的单粒子效应-单粒子翻转,采用修正海明码实现一个检错纠错模块,该模块可以检测数据存储单元的两位错误,检测定位并纠正数据存储单元的一位错误。通过仿真分析及计算,该方案可以很大程度上降低单粒子翻转效应对静态存储器的影响,具有很强的实用意义。     

抗辐射LDO单粒子效应的测控系统设计与实现

随着低压差线性稳压器（LDO）在航空、航天等领域的广泛应用,其抗单粒子能力的指标也愈发重要。为了实现实时监测LDO器件同粒子下发生的单粒子效应,设计了针对LDO器件在不同粒子下的单粒子效应测试方法并构建了一种高速、多通道数据采集测控系统。系统以NI工控机为核心,通过PXIe总线外接程控仪器的方式,可测量的最高信号频率达到60 MHz。该系统支持远程数据传输,可实时监测LDO器件在单粒子辐照下的功耗性能,满足单粒子效应试验需求,为LDO器件的单粒子效应研究提供数据参考。     

星载环境下可重构技术分析

针对卫星在宇宙空间运行易受到各种高能粒子辐射,产生的单粒子现象会影响卫星正常工作的问题,通过总结传统的抗单粒子效应的几种方法、可重构技术的发展与分类,分析研究了星载可重构系统设计方法用来抗空间环境辐射效应。通过硬件平台的动态重构可以有效克服单粒子效应的影响,实现远程故障维修、硬件可升级、可靠性提高和成本降低等目标。     

基于Geant4的三维半导体器件单粒子效应仿真

在空间中,辐射粒子入射半导体器件,会在器件中淀积电荷.这些电荷被器件的敏感区域收集,造成存储器件(如静态随机存储器(SRAM))逻辑状态发生变化,产生单粒子翻转(SEU)效应.蒙特卡洛工具-Geant4能够针对上述物理过程进行计算机数值模拟,可以用于抗辐射器件的性能评估与优化.几何描述标示语言(GDML)能够在Geant4环境下对器件模型进行描述.通过使用GDML建立三维的器件结构模型,并使用Geant4进行不同能量质子入射三维器件模型的仿真.实验结果表明,在三维器件仿真中低能质子要比高能质子更容易引起器件的单粒子翻转效应.     

单粒子翻转与医疗器件

随着集成电路(IC)工艺节点不断缩小,器件更容易受高能粒子的攻击而发生单粒子翻转(single-event upset,SEU)。特别应该关注的是器件中的静态RAM结构。这些风险在太空应用领域已经是早被意识到的问题,如今这种担忧也正在蔓延到其它领域,如网络、航空电子、汽车,以及医疗器件。医疗器件不仅会受到自然环境存在的宇宙射线攻击,而且还     

集成电路的通用单粒子效应测试系统设计

为满足种类繁多、功能复杂集成电路的单粒子效应评估需求,克服目前国内地面单粒子辐照实验环境机时紧张、物理空间有限等方面的限制,设计实现了一款高效通用的集成电路单粒子效应测试系统。创新性地采用旋转立体垂直结构,包含一个多现场可编程门阵列(FPGA)电测试平台、运动控制分系统和被测器件装载板。便携式箱体结构仅需3个DB9接口即可完成所有与外界连线;基于LabVIEW实现上位机交互界面,界面友好;基于多FPGA平台实现下位机测试程序,灵活可扩展,通用性强。可实现8种300及以下管脚集成电路的一次安装、自动切换和10°~90°的角度辐射。实时监控并后台记录翻转数据、翻转时间、电路状态等细节信息,测试频率可达100 MHz。已通过专用集成电路(ASIC)、静态随机存取存储器(SRAM)、控制器局域网络(CAN)接口电路等集成电路的多次实测,验证了该系统的可靠性及其高效稳定、集成度高、安装调试方便等特点。     

基于三模冗余架构的集成电路加固设计

随着科技的发展,人类对太空领域的研究会越来越多,对于航天器件的要求也会越来越高,其中可靠性是航天器件一个重要的指标.空间辐射环境中的高能粒子引发的单粒子翻转事件严重影响星载电子系统的可靠性.现有的抗辐照设计多集中在工艺库和版图的加固上,但是要完全的抑制单粒子故障的产生是不现实的.克服了现有技术中存在的不足,提供了一种基于三模冗余的电路架构,利用冗路架构去屏蔽已发生故障对整个电路的影响,使得整个电路的抗辐照性能得到极大地提升.     

星载偏振相机模拟前端单粒子锁定及损伤机理

单粒子锁定效应容易引起星载遥感仪器产生故障。针对空间高能粒子辐射环境诱发的偏振遥感相机性能退化问题,利用高能重离子和皮秒脉冲激光对星载偏振成像仪选用的模拟前端信号处理器开展了试验研究,获得了此类器件的单粒子锁定特点,为工程设计及试验评估提供了参考。试验结果显示:偏振成像仪选用的模拟前端信号处理器对重离子诱发的单粒子锁定比较敏感,单粒子锁定LET阈值处于4.4~13.4 MeV·cm2·mg?1之间。针对模拟前端芯片LET阈值偏低的问题,提出了一种模拟供电端和数字供电端串联大功率防闩锁限流电阻和在轨定时开关机的设计方法。试验结果表明,该方法可有效避免器件单粒子锁定造成的器件过流烧毁及仪器失效等故障。研究结果可为星载偏振相机用模拟前端信号处理器抗辐射加固设计和单粒子地面模拟实验方法的建立提供技术基础与保障。     

一种高温单粒子效应测试系统的设计与实现

航天器件在空间环境中存在着单粒子效应,根据研究可知高温会提升单粒子效应的敏感性,因此为了更好地评估器件的抗辐射性能,有必要建立一套高温单粒子效应测试系统.通过建立高温单粒子效应测试系统,选择ASIC和SRAM进行高温测试实验,完成了电路高温下的单粒子效应检测,证明了温度提升单粒子效应敏感性的事实.     

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。     

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。     

Spacewire通讯路由器单粒子功能中断测试系统研究

随着大规模集成电路在航天器中的广泛应用,器件单粒子效应的抗辐射性能成为了航天器在太空中安全运行的关键性因素.对超大规模集成电路抗辐射性能的评价显得越来越重要.针对一款Spacewire通讯路由器,根据其工作原理,搭建一套单粒子功能中断测试系统,对系统进行了验证,评估了该器件的抗辐射性能.     

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。     

北京正负电子对撞机次级束质子单粒子翻转计算和试验研究

北京正负电子对撞机(BEPC)电子直线加速器试验束打靶产生的次级束中包含质子,其中能量约为50MeV~100MeV的质子占有很大比例,这弥补了国内高能质子源的空白。本工作计算得到次级束中的质子能谱,建立质子单粒子翻转截面计算方法,在北京正负电子对撞机次级束质子辐射环境中,计算静态随机存取存储器的质子单粒子翻转截面,设计了SRAM质子单粒子翻转截面测试试验,发现SRAM单粒子翻转和注量有良好的线性,这是SRAM发生单粒子翻转的证据。统计得到不同特征尺寸下SRAM单粒子翻转截面,试验数据与计算结果相符,计算和试验结果表明随着器件特征尺寸的减小器件位单粒子翻转截面减小,但器件容量的增大,翻转截面依然增大,BEPC次级束中的质子束可以开展中高能质子单粒子效应测试。     

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。     

基于DSP的1553B芯片单粒子效应监测平台设计

空间辐射会导致电子设备中的半导体器件发生单粒子效应(SEE),使半导体器件工作异常,进而导致设备发生故障,因此研究器件的单粒子效应在航天领域极其重要。JBU61580是中科芯(58所)公司,研制的一款1553B总线终端接口芯片。文中介绍了基于CMDSPF2812芯片进行的JBU61580芯片单粒子效应监测平台的研究与设计。     

低轨卫星微电子器件SER仿真分析

本文首先介绍了空间辐照环境和高能单粒子及其对飞行器微电子器件可靠性的影响,然后综合国外文献,给出了器件软错误率(SER)相对空间粒子辐射强度仿真计算模型,并在此基础上对低轨卫星微电子器件S E R进行了仿真分析.