SiC器件单粒子效应敏感性分析

新一代航天器需要使用耐高压、功率损耗低的第3代半导体SiC器件,为了给器件选用和抗辐射设计提供依据,以SiC MOSFET和SiC二极管为对象,进行单粒子效应敏感性分析。重离子试验发现,在较低电压下,重离子会在SiC器件内部产生永久损伤,引起漏电流增加,甚至单粒子烧毁。SiC MOSFET和SiC二极管试验结果类似。试验结果表明SiC器件抗单粒子能力弱,与器件类型关系不大,与SiC材料有关。为了满足空间应用需求,有必要进一步开展SiC器件辐射效应机理、试验方法和器件加固技术等研究。     

功率MOS、IGBT单粒子烧毁、栅穿效应模拟实验研究

建立了利用^252Gf裂片源,模拟空间重离子引起的单粒子烧毁、栅穿效应的实验方法和测试装置,开展了功率MOS器件、IGBT的单粒子烧毁、栅穿效应的模拟试验研究,给出了被试器件单粒子烧毁、栅穿效应的损伤阈值,以及随器件偏置的变化规律。     

34提高LET值的有效途径——高剥离态离子及0°束Q3D焦面辐照方法研究进展

我国卫星器件重离子空间辐射效应研究的发展要求器件研究的LET值越来越大,由低的LET值重离子单粒子翻转（SEU）效应研究向着更大LET值的单粒子锁定（SEL）、单粒子击穿（SEGR）、单粒子烧毁（SEB）等效应研究发展,这相应要求加速离子更重,而且能量足够大,即要求LET值能到80以上,同时,还要求离子能穿过20μm以上Si材料。解决这一问题的途径是采用高剥离态离子及0°束Q3D磁谱仪焦面辐照方法。选取高的剥离电荷态可有效提高离子的能量,Q3D磁谱仪可工作在0°下,这样一来,0°离子能量较常规方法（定角度的散射离子）能量有很大提高。     

重离子和脉冲激光模拟单粒子翻转阈值等效性研究

根据重离子和脉冲激发诱发单粒子翻转机理,分析了重离子和脉冲激光模拟单粒子翻转阈值（激光能量与重离子线性能量转移（LET））等效方法，得出脉冲激光与重离子单粒子翻转阈值等效计算公式。应用实验室的激光模拟单粒子效应试验系统，开展了几种器件和集成电路的单粒子翻转实验研究。利用获得的计算公式计算激光等效LET阈值，并与国内外重离子实测数据进行比较。结果表明，脉冲激光能量等效LET阈值与重离子试验LET阈值较为一致。     

空间单粒子效应加速器模拟试验技术及应用

空间环境中存在大量的高能粒子，单个高能粒子穿过航天器壳体轰击到电子器件，引发器件逻辑状态翻转、功能异常等单粒子效应，进而影响航天器的可靠运行和任务达成。基于地面加速器辐照试验模拟空间单粒子效应是评估电子器件在空间应用时发生单粒子错误风险的重要手段，只有其抗单粒子效应的指标符合宇航应用要求的器件才能在航天器中使用。航天器面临的空间辐射粒子主要是重离子和质子，它们诱发的单粒子效应也最为显著。开展宇航器件单粒子效应地面模拟试验主要依托重离子加速器和质子加速器，为满足单粒子试验需求，需要研发大面积束流扩束及均匀化、高精度束流快速诊断等技术，以及满足大批量试验任务需求的高效试验终端，重点介绍中国原子能科学研究院的基于加速器的重离子单粒子效应模拟试验技术、质子单粒子效应模拟试验技术和用于器件辐射损伤敏感区识别的重离子微束技术，以及上述技术在宇航器件单粒子效应风险评估中的应用。     

利用重离子束开展半导体器件单粒子效应的探讨

讨论了利用重离子研究宇航半导体器件单粒子效应（ＳＥＥ）时应重视的几个问题，即空间辐射环境中的重离子，粒子辐射对半导体器件的影响和利用重离子束进行ＳＥＥ测试，以及重离子和质子在器件单粒子效应研究中的关系，最后介绍单粒子翻转重离子显微学。     

用^252Cf裂片源研究单粒子烧毁和栅穿效应的方法

建立了＾２５２Ｃｆ裂片源模拟空间重离子的单粒子烧毁和单粒子栅穿效应的实验方法和测试装置,并利用该装置进行了功率ＭＯＳ场效应晶体管的ＳＥＢ、ＳＥＧＲ效应研究,给出了被测试器件ＳＥＢ、ＳＥＧＲ效应的损伤阈值。结果表明,该测试系统和实验方法是可行、可靠的。     

CMOS APS光电器件单粒子效应电荷收集特性仿真分析

卫星在轨飞行期间,星载电子器件将不可避免地遭受空间带电粒子的辐射,随着半导体技术的不断进步,电子器件的单粒子效应敏感性越来越高,已经成为一个影响其可靠性的重要因素。互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor Active Pixel Sensor,CMOS APS)光电器件因其低功耗、小体积和微重量的优点已成为遥感卫星成像的重要发展方向。为获取CMOS APS光电器件在遭受带电粒子辐射后性能变化的特征,在分析SOI MOSFET(Silicon on Insulator Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)结构和特性的基础上,通过理论分析和数值模拟,分析了重离子在CMOS APS光电器件中引起的辐射损伤,分析晶体管和光电二极管的电荷收集机理。通过TCAD(Technology Computer Aided Design)模拟了电荷收集过程,分析了影响漏电流变化的直接因素,获得了重离子LET(Linear Energy Transition)值、入射位置以及器件偏置电压与漏电流的相互关系,为后续CMOS APS的重离子模拟试验以及抗辐射加固设计提供了理论支撑。     

高能电子单粒子效应模拟实验研究

本文基于2 MeV自屏蔽电子加速器和10 MeV电子直线加速器,开展了电子单粒子效应实验研究,并分析了其机理。在保持入射电子能量不变的情况下,在±20%范围内改变器件的工作电压进行了单粒子翻转实验。实验结果表明：45 nm SRAM（额定工作电压1.5 V）芯片在电子直线加速器产生的高能电子照射下能产生明显的单粒子翻转,单粒子翻转截面随入射电子能量的变化趋势与文献数据相符合;电子引起的单粒子翻转截面随器件工作电压的变化趋势与理论预期一致,即工作电压越小,单粒子翻转临界电荷越小,翻转截面也越高。     

SiC MOSFET单粒子效应研究现状

伴随核能与空间技术的快速发展,SiC MOSFET等高压大功率器件的应用不断增加,其因环境中的高能粒子辐射所引起的单粒子效应问题（如单粒子烧毁、单粒子栅击穿等）也逐渐凸显。为全面深入认识该问题,首先,论证了SiC MOSFET的优势特性,及其在辐射应用中面临的关键问题。然后,整理了目前国内外关于SiC MOSFET单粒子效应的模拟计算、辐照实验及相应研究成果,总结了在SiC MOSFET单粒子效应研究中的主要关注点,并分析了SiC MOSFET单粒子效应敏感性较高的原因。最后,基于目前SiC MOSFET单粒子效应研究中仍存在的问题,展望了未来可重点关注的研究方向。通过系统总结国内外SiC MOSFET单粒子效应研究进展,希望能为研究SiC MOSFET单粒子效应物理机制以及改进其抗单粒子效应加固技术提供有价值的参考。     

用~(252)Cf裂片源研究单粒子烧毁和栅穿效应的方法

建立了2 5 2 Cf裂片源模拟空间重离子的单粒子烧毁 (SEB)和单粒子栅穿 (SEGR)效应的实验方法和测试装置 ,并利用该装置进行了功率MOS场效应晶体管的SEB、SEGR效应研究 ,给出了被测试器件SEB、SEGR效应的损伤阈值。结果表明 ,该测试系统和实验方法是可行、可靠的。     

功率MOS器件SEB、SEGR测量系统的研制

研制了功率MOS器件单粒子烧毁、单粒子栅穿辐照效应实验用的电流测量及电源系统,该系统由栅极电源电路、极电源电路、漏极RC振荡电路和DUT栅极触发电路组成,具有栅（漏）极电压偏置、电流测量、过流保护、电容电阻选择等功能,经实验验证,本系统工作性能稳定可靠。     

Single event burnout sensitivity of embedded field effecttransistors

Observations of single event burnout (SEB) in embedded field effect transistors are reported. Both SEB and other single event effects are presented for several pulse width modulation and high frequency devices. The microscope has been employed to locate and to investigate the damaged areas. A model of the damage mechanism based on the results so obtained is described     

MOSFET功率管器件单粒子烧毁效应(SEB)截面测量

对MOSFET功率管进行了16^O、35^Cl、79^Br离子及高剥离态^127I离子的单粒子烧毁(SEB)效应截面测量，得到了SEB截面相对于线性能量转移(LET)值的曲线。对两种类型10片MOSFET功率管器件的SEB截面进行了测量。研究了器件在不同工作条件下，如不同的漏源电压VDs和栅源电压KGs条件下的SEB效应。在相同条件下，^127I的SEB截面比^79Br的高近两个量级。     

功率MOSFET器件单粒子烧毁252Cf源模拟试验研究

本工作涉及利用²⁵²Cf源进行辐射效应试验研究的方法。结合功率MOSFET器件单粒子烧毁测试技术，对功率MOSFET器件辐射效应进行模拟试验研究。研究结果表明：在空间辐射环境下，功率MOSFET器件尽量使用在低电压范围内；在电路设计中附加必要的限流电阻是1种十分有效的抗单粒子烧毁措施。     

Medium-energy heavy-ion single-event-burnout imaging of powerMOSFETs

We present the first experimental determination of the SEB sensitive area in a power MOSFET irradiated with a high-LET heavy-ion microbeam. We used a spectroscopy technique to perform coincident measurements of the charge collected in both source and drain junctions together, with a nondestructive technique (current limitation). The resulting charge collection images are related to the physical structure of the individual cells. These experimental data reveal the complex 3-dimensional behavior of a real structure, which can not easily be simulated using available tools. As the drain voltage is increased, the onset of burnout is reached, characterized by a sudden change in the charge collection image. “Hot spots” are observed where the collected charge reaches its maximum value. Those spots, due to burnout triggering events, correspond to areas where the silicon is degraded through thermal effects along a single ion track. This direct observation of SEB sensitive areas as applications for, either device hardening, by modifying doping profiles or layout of the cells, or for code calibration and device simulation     

Dose-Rate Effects in the Permanent Threshold Voltage Shifts of MOS Transistors

Data has been collected that shows the permanent threshold voltage shift occurring in MOS transistors exposed to the same total dose of gamma radiation can be greater in a high dose-rate environment than in a low dose-rate environment. This dose-rate effect is ascribed to a "Photovoltaic" bias generation in the substrate of a device which results in an effective gate bias change (positive for P-channel and negative for N-channel transistors). The bias change ranges from 0 to ±1 volt during the radiation burst. Thus, in a high dose-rate ionizing environment, the permanent gate threshold voltage shift of an MOS device, which is known to be a function of the gate bias during irradiation, will exhibit an indirect dose-rate dependence which is caused by an internal change in instantaneous gate bias.     

130 nm SOI D触发器链空间静电放电效应和单粒子效应对比试验研究

空间静电放电效应（SESD）和单粒子效应（SEE）是卫星设备异常的两个重要原因,但难以精确判断航天应用中产生的故障是由何种效应所导致。以130 nm SOI工艺D触发器（D flip flop）链为试验对象,利用静电放电发生器和脉冲激光试验装置,通过改变辐射源能量、测试模式、拓扑结构以及抗辐射加固结构等试验变量,试验研究SESD和SEE引起软错误的异同规律特征,其试验结果可为故障甄别及防护设计提供支撑。