倒装SRAM型FPGA单粒子效应防护设计验证

在倒装芯片的单粒子效应防护设计验证中,重离子在到达器件敏感区前要经过几百微米的衬底材料,需要计算器件敏感区中离子的线性能量传输(LET)值。采用兰州重离子加速器加速的55 MeV/μ58Ni离子对基于倒装的Xilinx公司550万门现场可编程门阵列(FPGA)实现的典型系统的单粒子效应防护设计进行了试验验证,采用SRIM、FLUKA和GEANT等不同方法对试验中的LET值进行了分析,同时将SRIM分析的典型结果与基于磁偏转飞行时间法的试验数据进行了比较,发现与现有的重离子分析结果有一定差异。因此在防护验证中采用离子LET作为主要参数的情况下,应对重离子(尤其是高能段)的LET的计算方法进行约定,以规范试验过程,增强数据的可比性。     

0.18μm自偏置锁相环抗单粒子辐射加固技术研究

设计了一款抗辐射自偏置锁相环(PLL),对PLL电路中关键逻辑进行单粒子效应分析,找出敏感节点,再对这些节点进行加固设计。该PLL电路用SMIC 0.18μm 1P4MCMOS工艺实现了设计。加固后的电路在中国原子能科学研究院核物理研究所,选择入射能量为206MeV、LET为37MeV·cm2/mg的72 Ge离子进行了单粒子辐射试验。PLL未发生失锁现象,能够满足航天应用的需求。     

模拟离子源注入型IH加速器研制进展

离子源注入型交叉手指型横电模(IH)加速器有望发展成为一种紧凑的、低功耗的离子加速器.中国工程物理研究院流体物理研究所研制了一台将质子束从0.04 MeV加速到2.0 MeV的离子源注入型IH加速器,目前已经完成了该加速器的设计加工和束测平台搭建,并进行了初步的束流测试试验.实测束流传输效率为32.77％.束流实验结果...     

用背散射测量砷注入单晶硅中的浓度分布

将能量为150KeV、剂量为10~(14)～17~(17)/cm~2的砷离子注入(100)P型单晶硅,用～1.8MeV的He~ 束对注入砷的单晶硅进行背散射测量。讨论不同剂量和不同退火条件对砷在硅中浓度分布的影响。结果表明:R_P值随注入剂量的增加而逐渐减少,当剂量>5×10~6离子/cm~2时,变化更为显著。当热退火温度低于950℃时,砷的分布改变不明显,温度>1000℃时,分布曲线便偏离高斯分布。     

用离子束混合形成硅化钛

我们用一种新方法在硅上形成硅化物,硅片上溅射一层600 A的钛膜,在室温下用400keV4×10~(15)Xe~(++)/cm~2,1×10~(16)Xe~(++)/cm~2辐照,利用离子来混合效应形成1000A硅化钛膜.用MeV He 离子背散射方法研究了硅化钛组成和厚度并讨论了形成机制.     

抗单粒子辐射LVDS驱动器设计

为了减小单粒子效应对低电压差分信号(Low Voltage Differential Signal, LVDS)驱动器电路的影响,对LVDS内部模块电路进行单粒子脉冲仿真,找出电路中单粒子敏感节点,并进行单粒子加固设计。该电路基于0.18μm 1P5M CMOS工艺实现,传输速率为200Mbps,版图面积为464×351μm²,在3.3V电源电压下功耗为11.5mW。辐射试验采用Ge粒子试验,在入射能量为210MeV,线性能量转移LET为37.3MeV·cm²/mg辐射情况下,该LVDS驱动器电路传输数据未发生错误。     

一种新型的低功耗SEU加固存储单元

提出了一种新的SEU加固单元,该单元在保持Whitaker单元基本结构的基础上增加4个晶体管以消除电平退化.SPICE模拟结果表明该单元读写功能正确,静态电流较Whitaker单元下降了4个数量级,写入速度和其他单元相当.通过DESSIS和SPICE混合模拟表明,该单元在LET为94MeV/(mg·cm2)的Au离子撞击下没有发生翻转.     

一种新型的低功耗SEU加固存储单元

提出了一种新的SEU加固单元,该单元在保持Whitaker单元基本结构的基础上增加4个晶体管以消除电平退化.SPICE模拟结果表明该单元读写功能正确,静态电流较Whitaker单元下降了4个数量级,写入速度和其他单元相当.通过DESSIS和SPICE混合模拟表明,该单元在LET为94MeV/(mg·cm2)的Au离子撞击下没有发生翻转.     

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。     

基于TSV转接板的3D SRAM单粒子多位翻转效应

为了研究硅通孔(TSV)转接板及重离子种类和能量对3D静态随机存储器(SRAM)单粒子多位翻转(MBU)效应的影响,建立了基于TSV转接板的2层堆叠3D封装SRAM模型,并选取6组相同线性能量传递(LET)值、不同能量的离子(¹¹B与^4He、²⁸Si与¹⁹F、⁵⁸Ni与²⁷Si、⁸⁶Kr与⁴⁰Ca、¹⁰⁷Ag与⁷⁴Ge、¹⁸¹Ta与¹³²Xe)进行蒙特卡洛仿真。结果表明,对于2层堆叠的TSV 3D封装SRAM,低能离子入射时,在Si路径下,下堆叠层SRAM多位翻转率比上堆叠层高,在TSV(Cu)路径下,下堆叠层SRAM多位翻转率比Si路径下更大;具有相同LET值的高能离子产生的影响较小。相比2D SRAM,在空间辐射环境中使用基于TSV转接板技术的3D封装SRAM时,需要进行更严格的评估。     

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.     

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。     

10MeV强流电子直线加速器的现场安装与调试

前言 1980年4月22日,我所与中国科学院生物物理所签订了10MeV直线加速器研制协议书,该加速器要求的空载能量为10MeV,能在宽脉冲(2μs)和窄脉冲(小于30ns)两种状态下工作。能产生强流(1A)纳秒(小于30ns)电子束是该加速器的主要特点。1987年7月3日,生物物理所对该加速器进行了验收鉴定。但生物物理所由于条件所限,未能安装使用。中国科学院决定将该加速器在上海原子核研究所安装使用。1988年9月8日,上海原子核研究所和我所签订协议规定,由     

CuxSiyO阻变存储器单粒子和总剂量辐照效应

对CuxSiyO结构的阻变存储器(RRAM)进行了总剂量(TID)以及单粒子辐照(SEE)实验.总剂量实验中,1T1R样品分别接受总剂量为1,2和3 kGy (SiO2)的60Co γ射线辐射.样品中没有出现低阻在辐照后翻转的现象.单粒子辐照实验中,16 kbit RRAM阵列样品分别接受线性能量转移(LET)值最高达75 MeV的4种离子束的辐射.样品中没有出现低阻在辐照后翻转的现象.除一组无翻转外,存储单元的高阻到低阻的翻转率皆在0.06％左右.实验结果证实了RRAM中已经形成的导电通道不会受辐照影响,因此不存在低阻翻转为高阻的现象.     

基于130nm PD-SOI工艺存储单元电路的抗辐射加固设计

基于130 nm部分耗尽绝缘体上硅(SOI) CMOS工艺,设计并开发了一款标准单元库.研究了单粒子效应并对标准单元库中存储单元电路进行了抗单粒子辐射的加固设计.提出了一种基于三模冗余(TMR)的改进的抗辐射加固技术,可以同时验证非加固与加固单元的翻转情况并定位翻转单元位置.对双互锁存储单元(DICE)加固、非加固存储单元电路进行了性能及抗辐射能力的测试对比.测试结果显示,应用DICE加固的存储单元电路在99.8 MeV ·cm2 ·mg_1的线性能量转移(LET)阈值下未发生翻转,非加固存储单元电路在37.6 MeV·cm2·mg_1和99.8 MeV·cm2·mg_1两个LET阈值下测试均发生了翻转,试验中两个版本的基本单元均未发生闩锁.结果证明,基于SOI CMOS工艺的抗辐射加固设计(RHBD)可以显著提升存储单元电路的抗单粒子翻转能力.     

GaAs MESFET电子辐照效应的研究

本文研究了GaAs MESFET的12MeV电子辐照效应.在n型VPE GaAs有源层中电子辐照感生了E_1~＇(E_c-0.38eV)、E_2~＇(E_c-0.57eV)、E_s~＇(E_c-0.74eV)缺陷.研究表明,GaAsMFSFET参数的变化主要是由于载流子去除效应.对器件载流子去除率进行了计算,其值在8-30cm~(-1)范围内.迁移率退化因子是比较小的,在室温大约为10~(-17)cm~2量级.     

HgCdTe外延层注硼后的热脉冲退火

在液氮温度下对Hg_(0.64)Cd_(.36)Te外延层注~(11)B时(剂量为10~(15)cm~(-2),能量为250keV)所造成的晶体损伤成功地进行了退火。并用兆电子伏级的氦离子沟道和卢瑟福背散射(Rutherford backscattering)作了观察。退火是将样片用硅板盖上,在空气中用热脉冲方式来进行的(温度为260℃,时间是8秒)。二次离子质谱分析(SIMS)数据表明在退火时硼不会扩散,由电子束感应电流(EBIC)测出p—n结的结深为5.5μm,在这个外延层上制备的二极管的I—V曲线十分陡直,其反向击穿电压是12V,而在77K时的R_oA乘积≥10~7Ω·cm~2。     

HPPH光动力治疗对鼠G422脑胶质瘤突变型p53蛋白和p16蛋白表达的影响

目的:探讨HPPH光动力治疗对鼠G422脑胶质瘤突变型p53蛋白和p16蛋白表达的影响并和HpD做比较。方法:建立鼠G422脑胶质瘤皮下移植瘤模型,设立空白对照组、单注射HPPH组(0.45mg/kg)、单665nm激光照射组、HPPH-PDT组(0.15mg/kg组、0.3mg/kg组、0.45mg/kg组)、HpD-PDT组(5mg/kg)。单注射HPPH组、HPPH-PDT组和HpD-PDT组自尾静脉推注入光敏剂,24h后以波长665nm的半导体激光照射HPPH-PDT组和单激光组肿瘤,功率密度200mW/cm~2,每光斑照射17min,能量密度为204J/cm~2;以波长630nm的半导体激光照射HpD-PDT组肿瘤,功率密度200mW/cm~2,每光斑照射20min,能量密度为240J/cm~2。于PDT后9d处死鼠行酶联免疫吸附法(ELISA)的双抗体夹心法检测HPPH-PDT和HpD-PDT后突变型p53蛋白(mutant type p53 protein,mtp53)和p16蛋白表达变化。结果:空白、单注药和单照光三组对照组之间mtp53蛋白和p16蛋白表达值两两比较,差异无统计学意义(P>0.05)。HPPH-PDT各剂量组与空白对照组比较,mtp53蛋白表达值明显降低,p16蛋白表达值明显升高,差异有统计学意义(P<0.01)。0.3mg/kg组和0.45mg/kg组与0.15mg/kg组相比,mtp53蛋白表达值降低,p16蛋白表达值升高,差异有统计学意义(P<0.05),0.45mg/kg组mtp53蛋白表达值稍低于0.3mg/kg组,p16蛋白表达值稍高于0.3mg/kg组,差异无统计学意义(P>0.05)。HPPH-PDT0.3mg/kg组和0.45mg/kg组的mtp53蛋白表达值低于HpD-PDT组,p16蛋白表达值高于HpD-PDT组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论:HPPH-PDT0.3mg/kg是适宜的HPPH剂量。HPPH-PDT诱导mtp53蛋白表达降低,p16蛋白表达升高。与HpD-PDT相比,HPPH-PDTmtp53蛋白表达更低,p16蛋白表达更高。     

冷原子成像谱仪中靶表征及光电离研究

将冷原子、超快和强激光技术结合,本课题组最近成功研发了一种新型磁光阱反冲离子动量谱仪(MOTRIMS)装置。介绍了MOTRIMS工作原理,使用吸收成像法和光电离法对靶的密度、温度和速度进行分析标定,得到三维MOT靶的温度为(130±30)μK,速度为(0.1±0.1) m/s,密度约为10~9 atom/cm~3,二维MOT和molasses靶的密度分别约为10~7 atom/cm~3和10~8 atom/cm~3。对比热蒸气靶,在离子飞行方向上冷原子靶的动量分辨率提高了约14倍,飞行时间谱的质量分辨率高达3000。利用800 nm飞秒激光探测Rb~+的三维动量分布,在低激光强度10~(11) W/cm~2下观测到明显的阈上电离现象,表明铷原子有很大的阈上电离截面。MOTRIMS具有高分辨离子动量分布全空间成像能力,是研究金属原子强场量子微观动力学的新工具。     

锂离子注入石英玻璃光波导

本文报道我们用锂离子注入方法在熔融石英玻璃衬底上制备的低损耗单模光波导的实验结果.注入离子的能量和剂量分别是130KeV和1×10~(15)离子/cm~2。用抛物线分布,由模有效折射率确定了离子注入波导的参数.锂离子注入石英玻璃光波导的最大折