空间单粒子锁定及防护技术研究

本文介绍了单粒子锁定现象的触发原理,探讨了针对典型CMOS器件SEL现象的主要特征和测试方法,并开展了几种CMOS器件的单粒子锁定试验研究。在模拟试验的基础上,研制成功抗单粒子锁定防护电路,能够自动探测和迅速解除单粒子锁定现象。     

空间单粒子锁定效应研究

空间辐射效应是影响器件空间性能的重要因素,特别是单粒子锁定现象一直是困扰CMOS器件在空间应用的一个难题。为此,文中分析了空间单粒子锁定效应机理、特点、模拟试验及检测方法,并选取典型空间用器件开展了单粒子锁定试验研究,在此基础上,结合试验数据分析给出了单粒子锁定防护方法、监测方法及建议,供相关技术人员参考。     

反熔丝型现场可编程门阵列单粒子锁定实验研究

利用单粒子效应脉冲激光和锎源模拟试验系统,对反熔丝型A42MX36现场可编程门阵列进行了单粒子锁定敏感性评估试验.脉冲激光试验确定了单粒子锁定脉冲激光阈值能量及其等效重离子LET、锁定电流等敏感参数;锎源模拟试验确定了单粒子锁定截面.对试验中出现的由单粒子绝缘击穿和单粒子伪锁定引起的电流跃变现象进行了讨论和分析.     

SRAM单粒子锁定效应电路级防护设计研究

高密度CMOS工艺SRAM对单粒子锁定极端敏感的特性使其在空间应用时必须采取相应的防护策略。对于抗辐照能力较弱的CTOS,电路级防护成为提高系统可靠性的一项重要内容。利用激光单粒子效应试验装置,对CYPRESS公司的CY62167DV30LL型SRAM开展了一系列单粒子锁定效应试验。通过对试验结果进行线性拟合,计算出该款SRAM维持电压为1?5?1?6 V,维持电流为9?9?11?2 mA。根据维持电流、维持电压、工作电流、工作电压,对能否采用电路级防护做出判断。提出了电源限流和分压电阻两种电路级防护方法,并定量计算出电源限流取值和分压电阻取值范围。以往文献中电阻只是作为锁定被触发后限流的一种手段,并不能阻止器件发生锁定,本研究发现在满足一定条件下分压电阻可达到退出锁定的目的。两种防护方法均通过脉冲激光试验进行了验证。     

CMOS APS光电器件单粒子效应重离子试验研究

基于新型互补金属氧化物半导体有源像素传感器(ComplementaryMetalOxideSemiconductorActive Pixel Sensor, CMOS APS)光电器件的内部结构特点,分析了重离子对CMOS APS光电器件的影响,以及CMOS APS光电器件的单粒子效应敏感性。结合CMOS APS光电器件的结构特点和辐射影响分析,形成了基于监测数据逻辑状态和图像"白点"相结合的测试方法。在此基础上,利用重离子加速器进行了单粒子效应模拟试验。试验结果表明:当重离子线性能量传输(Linear Energy Transition, LET)低于9.01 MeV·cm2·mg-1时,像素阵列没有出现扰动现象,仅是电荷在像素阵列的不断累积。同时,试验获得单粒子翻转(Single Event Upset, SEU)饱和截面对应的LET值约为42.0 MeV·cm2·mg-1。     

微处理器中子单粒子效应测试系统设计与试验研究

为开展微处理器的空间大气中子单粒子效应研究,以一款TI公司65 nm CMOS工艺的微处理器为研究对象,研制了一套微处理器中子单粒子效应测试系统。该测试系统可实现对被测微处理器的单粒子翻转、单粒子功能中断和单粒子闩锁效应的实时监测。利用加速器中子源,对该微处理器开展14 MeV中子辐照试验。试验结果表明,中子注量累积达3?5×1011 cm-2时,该器件未发生单粒子锁定效应。但总线通信、模数转换等功能模块发生了多次单粒子功能中断,其中集成总线通信接口模块为最敏感单位,试验获得的器件中子单粒子效应截面为6?6×10-11 cm2。     

IDT6116单粒子敏感性评估试验技术研究

为评估IDT6116SRAM单粒子敏感性,采用地面试验方法和地面试验系统,利用脉冲激光、重离子和²⁵²Cf源3种不同的地面模拟源,对IDT6116SRAM器件进行单粒子敏感性试验研究,并对3种不同的模拟源的试验结果进行等效性分析比较,同时进行总剂量效应对单粒子效应影响的试验研究。研究结果表明：IDT6116SRAM抗单粒子翻转和锁定的能力较强;接受一定辐照剂量后的试验样品对单粒子翻转更加敏感,且翻转阈值略有降低,翻转截面略有增大。     

新型模拟SEL故障注入模块设计

单粒子锁定防护设备用于保证CMOS器件的正常工作,避免单粒子锁定效应(SEL,Single Event Latchup)带来的诸多危害。为了实现对SEL防护设备软件功能的验证,设计了一种新型模拟SEL故障注入和消除的模块。本文从硬件和软件两个方面阐述了对该模块的设计,通过增加CMOS器件电源输入端的电流,实现了SEL的模拟注入。使用VA140芯片SEL防护电路对该模块进行了检验、测试,测试的结果证明该模块可以实现SEL模拟注入,从而对SEL防护设备的软件功能进行验证。最后,该模块被成功用于硅阵列探测器的电子学读出系统软件中单粒子防护部分的功能测试,从另一个侧面说明了该模块的应用。     

重离子辐照效应检测系统的研制

为进行静态随机存储器芯片和可编程外围接口芯片的单粒子效应研究,研发了重离子辐照效应检测系统.系统特点是人机界面友好,操作方便、直观,实现了可靠的控制与数据采集.在HI-13串列加速器上,利用此系统对静态随机存储器HM1-65642(SRAM 8K×8bit)和可编程外围接口电路ID82C55A的单粒子翻转效应和单粒子锁定效应成功地进行了试验研究,完成两种器件5种离子16O、35Cl、55Fe、79Br、127I及反冲197Au的单粒子效应的测量.     

静态随机存取存储器辐射效应测试系统的研制

由于空间辐射效应会导致SRAM器件单粒子翻转、单粒子锁定等现象的产生。文中介绍了SRAM辐射效应测试装置的硬件、软件构成及有关测试技术。通过对SRAM芯片电流的检测、断电保护,解决了在SRAM实验过程中SRAM芯片的损坏问题,利用该装置在不同的辐射实验源上对SRAM进行辐射效应实验研究,获得了预期的实验数据。为星载计算机系统存储器的运行寿命评估及加固设计提供重要参考依据。     

大规模集成电路单粒子闭锁辐射效应测试系统

根据CMOS器件单粒子闭锁机理,以CMOS存储器和80C86微处理器为对象,研制了单粒子闭锁辐射效应测试系统,并进行了初步的实验验证。实验结果表明,应用程序界面友好,使用方便,可用于多种辐射源下半导体器件单粒子闭锁效应的测试。     

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。     

一种抑制辐射闭锁的新方法

从体硅CMOS器件的闭锁效应入手,提出了抑制闭锁的一种新方法-伪闭锁路径法.详细探讨了伪闭锁路径的设计方法后,还提供了一个设计实例,给出了计算机仿真结果和实验验证结果.伪闭锁路径法能够较好抑制体硅CMOS器件的永久闭锁问题,但不能避免辐射引起的剂量率扰动.     

CMOS器件的单粒子效应及其加固

概要综述了ＣＭＯＳ器件的单粒子效应，着重描述了ＣＭＯＳ器件的单粒子效应损伤机理，并介绍了抗单粒子效应的加固技术。     

单片机系统脉冲γ辐射效应研究

本文以建立的EE80C196KC20型单片机运行系统为研究对象,在“强光一号”加速器上,对系统中的LM7805型电源芯片和EE80C196KC20型单片机进行了脉冲γ辐射效应实验研究,获得了单片机的闩锁阈值,得到了功耗电流、I/O输出随剂量率的变化规律,从实验上证实了电源芯片对单片机脉冲γ辐射闩锁效应的抑制作用。     

质子和中子的单粒子效应等效性实验研究

通过实验方法确定了高能质子和中子引起的单粒子效应等效关系，实验中采用金箔散射法降低了质子束流强度，并利用热释光剂量计（TLD）进行质子注量的监测，采用新研制的存储器长线实时监测系统，进行了64K位至4M位的SRAM器件单粒子效应实验，确定了两种粒子引起单粒子效应等效关系。     

Numerical simulation of single event latchup in the temperaturerange of 77-450 K

In this paper, the temperature dependence of single event latchup in CMOS structures is studied over a temperature range of 77-450 K through two-dimensional device simulation with full-temperature models. Single event latchup immunity first increases as the temperature decreases from 450 K to 120 K, and then decreases rapidly with further decrease in temperature. Therefore, superior latchup immunity can be expected at about 120 K. Furthermore, latchup immunity at 77 K is almost equal or somewhat inferior to that at room temperature. It can be predicted from our results that CMOS devices become extremely susceptible to single event latchup at temperatures below 77 K just as they do at very high temperatures     

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。     

SOS—CMOS电路的电离辐照响应特性

本文通过对ＳＯＳ－ＣＭＯＳ门电路４０８２进行不同偏置条件下的电离辐照实验，研究了电离辐照环境中引起ＳＯＳ－ＣＭＯＳ门电路失效的几种重要漏电机制，。探讨了ＳＯＳ－ＣＭＯＳ电离辐射损伤的最劣辐照偏置条件。     

SRAM辐射效应测试装置的研制与应用

SRAM辐射效应测试装置由主机和下位计算机测试板构成,可在多种辐射源下进行SRAM单粒子翻转、单粒子锁定等实验.介绍了SRAM辐射效应测试装置的硬件、软件构成及有关测试技术.利用该装置在激光辐射效应实验装置及HI-13串列加速器上成功地进行了SRAM的辐射效应实验.通过对SRAM芯片电流的检测,断电保护解决了在SRAM实验过程中SRAM芯片的损坏问题.