中国原子能科学研究院 国家原子能机构抗辐照应用技术创新中心北京 102413
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。
空间辐射 单粒子效应 模拟试验 Space radiation Single event effects Simulation test
1 西安交通大学核科学与技术学院，陕西西安 710049
2 西北核技术研究院，陕西西安 710024
3 西安电子科技大学空间科学与技术学院，陕西西安 710126
4 模拟集成电路国家重点实验室，重庆 400060
5 中国科学院特殊环境功能材料与器件重点实验室，新疆乌鲁木齐 830011
异质结带隙渐变使锗硅异质结双极晶体管 (SiGe HBT)具有良好的温度特性，可承受-180~+200 ℃的极端温度，在空间极端环境领域具有诱人的应用前景。然而，SiGe HBT器件由于材料和工艺结构的新特征，其空间辐射效应表现出不同于体硅器件的复杂特征。本文详述了 SiGe HBT的空间辐射效应研究现状，重点介绍了国产工艺 SiGe HBT的单粒子效应、总剂量效应、低剂量率辐射损伤增强效应以及辐射协同效应的研究进展。研究表明，SiGe HBT作为双极晶体管的重要类型，普遍具有较好的抗总剂量和位移损伤效应的能力，但单粒子效应是制约其空间应用的瓶颈问题。由于工艺的不同，国产 SiGe HBT还表现出显著的低剂量率辐射损伤增强效应响应和辐射协同效应。
锗硅异质结双极晶体管 单粒子效应 总剂量效应 低剂量率辐射损伤增强效应 电离总剂量/单粒子效应协同效应 电离总剂量/位移损伤协同效应 SiGe heterojunction bipolar transistors Single Event Effects Total Ionizing Dose effect Enhanced Low Dose Rate Sensitivity synergistic effect of total ionizing dose and sing synergistic effects of ionizing dose and displacem 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(6): 523
电子科技大学电子科学与工程学院, 四川成都 610054
提出一种新颖的单粒子效应加固输入接口电路, 采用组合逻辑延迟后运算处理的方案。该电路基于华润上华 600 V BCD 0.8 μm工艺进行电路设计和流片, 并在中科院国家空间科学中心完成单粒子辐照测试。仿真测试结果表明, 提出的输入接口电路可以有效免疫线性能量传递值 (LET)在80 MeV·cm2/mg以下单粒子翻转 (SEU)事件, 特别是对多个节点同时发生单粒子翻转事件的情况, 提出的电路抗单粒子翻转可靠性较高。
单粒子效应 单粒子翻转 双节点翻转 组合逻辑运算 single event effects Single Event Upset double node upset combinational logic operating 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(2): 338
太空环境中的电离辐射会导致CMOS图像传感器性能退化, 甚至造成永久性损毁。文章对CMOS图像传感器抗电离辐射加固技术进行了研究, 从版图设计、电路设计等方面提出相应的抗辐射策略, 并进行了总剂量和单粒子试验。试验结果表明, 采用抗辐射加固技术设计制作的CMOS图像传感器具备抗总剂量和单粒子辐射能力, 当总剂量达到100krad(Si)、单粒子辐射总注量达到1×107p/cm2时, 器件的关键指标变化符合预期要求。
CMOS图像传感器 抗电离辐射加固 总剂量效应 单粒子 CMOS image sensor radiation-hardening total dose effect single event effects
基于Geant4 工具，进行高能粒子入射的蒙特卡洛仿真。介绍了仿真理论，以总反应截面和淀积电荷为参量，研究了后端金属互联工艺对于半导体集成电路单粒子翻转效应(SEE)的影响。实验结果表明，钨层的存在会对半导体器件的单粒子翻转效应有一定的增强作用。金属铝/铜与入射粒子的核反应作用效果相近，相交点对应的电荷淀积量在0.66 pC。大于此电荷量，铝的总反应截面大于铜；而小于此电荷量，则是铜的总反应截面大于铝。欧姆接触的阻挡层钛和氮化钛对单粒子翻转效应略有减缓作用。
蒙特卡洛 后端互联 单粒子效应 集成电路 Monte Carlo backend interconnection Single-Event-Effects integrated circuits 太赫兹科学与电子信息学报
2017, 15(1): 153
功率金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)空间使用时易遭受重离子轰击产生单粒子效应(单粒子烧毁和单粒子栅穿)。本文对国产新型中、高压(额定电压250 V,500 V)抗辐照功率MOSFET 的单粒子辐射效应进行了研究，并采取了有针对性的加固措施，使器件的抗单粒子能力显著提升。结果表明：对250 V KW2 型功率MOSFET 器件进行Bi 粒子辐照，在栅压等于0 V 时，安全工作的漏极电压达到250 V；对500 V KW5 型功率MOSFET 器件进行Xe 粒子辐照，在栅压等于0 V 时，安全工作的漏极电压达到400 V，并且当栅压为-15 V 时，安全工作的漏极电压也达到400 V，说明国产中、高压功率MOSFET 器件有较好的抗单粒子能力。
功率金属-氧化物半导体场效应晶体管 单粒子效应 抗辐射加固 power Metal Oxide Semiconductor Field Effect Trans single event effects radiation hardened 太赫兹科学与电子信息学报
2016, 14(1): 143
强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室(西北核技术研究所)，西安 710024
回顾了中子单粒子研究的国内外发展情况，介绍了近几年西北核技术研究所在西安脉冲堆开展的低能中子单粒子效应研究进展。比较了稳态与脉冲工况下中子单粒子效应的异同性；分析了含有SRAM结构器件随着特征尺寸的减小，中子单粒子效应敏感性加剧的物理机制。分析认为目前中子单粒子效应已成为小尺寸大规模互补金属氧化物半导体器件的主要中子效应表现；中子辐射效应研究中，除了位移损伤效应以外还必需重视由中子电离造成的中子单粒子效应。
中子辐照效应 中子单粒子效应 随机静态存储器 低能中子 neutron radiation effects neutron induced single event effects static random access memory low-energy neutron 强激光与粒子束
2015, 27(11): 110201
1 工业和信息化部电子第五研究所, 电子元器件可靠性物理及其应用技术重点实验室, 广州 510610
2 华南理工大学 电子与信息学院, 广州 510641
使用最新版本的Space Radiation 7.0软件对典型卫星轨道（包括地球同步轨道、中地轨道和低地轨道）的空间辐射环境进行提取和计算,分析不同空间天气和屏蔽条件下的轨道离子通量-能量谱和通量-线性能量沉积（LET）谱特点。以一款SOI SRAM为例,结合地面加速器重离子试验获得的单粒子翻转截面-LET值关系曲线,预计该器件的在轨软错误率（SER）,并分析关键参数对预计结果的影响规律和内在机理。结果表明,使用Space Radiation软件的四种输入模式获得的预计结果可相差5倍左右；灵敏区厚度的增大导致在轨SER降低数个数量级,原因为灵敏区厚度的设置与灵敏区平均投影面积和符合条件的空间离子通量的大小直接相关；漏斗长度的大小对预计结果有一定的影响。最后,对SER预计模型的适用性和发展趋势进行了讨论。
空间辐射环境 软错误率 单粒子效应 space radiation environment soft error rate single event effects 强激光与粒子束
2015, 27(9): 094002
西北核技术研究所 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室, 西安 710024
互补金属氧化物半导体(CMOS)有源像素(APS)图像传感器作为光电成像系统的核心器件, 被广泛应用在空间辐射或核辐射环境中, 辐照损伤是导致其性能退化, 甚至功能失效的主要原因之一。阐述了不同辐射粒子或射线辐照损伤诱发CMOS APS图像传感器产生位移效应、总剂量效应和单粒子效应的损伤物理机制。综述和分析了辐照损伤诱发CMOS APS图像传感器暗信号增大、量子效率减小、饱和输出电压减小、噪声增大以及暗信号尖峰和随机电码信号(RTS)产生的实验规律和损伤机理。归纳并提出了CMOS APS图像传感器辐照损伤效应研究亟待解决的问题。
位移效应 总剂量效应 单粒子效应 CMOS APS CMOS APS displacement effects total dose effects single event effects
为了评估静态随机访问存储器(SRAM)型现场可编程门阵列(FPGA)器件的单粒子效应，寻求单粒子翻转敏感部位，以XCV300PQ240为实验样品，利用重离子辐照装置详细测试了该器件的静态翻转截面，并根据配置存储单元用途的不同，对翻转数据进行了分类。结果表明：SRAM型FPGA的内部存储单元对单粒子翻转效应十分敏感；配置存储器翻转主要由查找表(LUT)及互连线资控制位造成，这两者的翻转占总翻转数的97.46%；配置存储器中各类资源的单粒子翻转(SEU)敏感性并不一致，输入输出端口(IOB)控制位和LUT的单粒子翻转的敏感性远高于其它几类资源，但LUT在配置存储器中占有很大比例，在加固时应予以重点考虑。
辐照效应 单粒子效应 单粒子翻转 FPGA FPGA irradiation effects single event effects single event upset
