强激光与粒子束
2023, 35(9): 096002
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 北京微电子技术研究所北京 100076
2 中国航天科技集团有限公司抗辐射集成电路技术实验室 北京 100076）3（中国原子能科学研究院核物理所北京 102413
3 Institute of Nuclear Physics, China Institute of Atomic Energy, Beijing 102413, China
航天集成电路是空间电子系统的核心部件，抗辐射加固技术是保障航天集成电路在空间环境可靠工作的核心技术。随着电路特征尺寸缩小至纳米尺度，单粒子效应逐渐成为制约航天集成电路抗辐射能力的最主要因素。北京微电子技术研究所团队以设计加固方式作为航天集成电路抗辐射研制技术路线，基于在重离子加速器上获取的大量单粒子试验数据，提出新工艺新器件的单粒子效应试验评估新方法，开展测试分析技术和辐射效应规律研究，为加固技术研究提供准确基础信息，检验设计加固技术有效性，揭示单粒子辐射损伤机制，为优化加固提供指导，最终形成高可靠、长寿命航天集成电路产品提供了关键支撑。
航天集成电路 单粒子效应 抗辐射设计加固 辐射试验 Aerospace integrated circuit Single-event effect Radiation hardened by design Radiation test 强激光与粒子束
2023, 35(5): 059001
1 中国科学院光电技术研究所, 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院空间光电精密测量技术重点实验室, 成都 610209
为了提高星敏感器在遭受单粒子效应打击情况下的质心提取精度, 提出了一种基于点扩散函数参考模型的在轨校正方法。通过构建星点参考模型及残差校正, 该方法能有效去除单粒子噪声, 校正噪声星点形态, 降低星点质心定位误差。与传统去噪算法相比, 该方法能在有效去噪的同时保护星点能量不被破坏。通过仿真实验验证了该算法抗单粒子效应的有效性, 通过对比实验验证了该算法相比传统算法的优越性。
星敏感器 单粒子效应 质心提取 星点矫正 点扩散函数 star sensor single event effect centroid extraction navigation star correction point spread function
1 中国科学院大学 微电子学院, 北京 100029
2 中国科学院 微电子研究所, 北京 100029
3 淄博美林电子有限公司, 山东 淄博 255000
利用TCAD Sentaurus模拟仿真软件，研究分析了三种不同结构的槽栅型1 200 V SiC MOSFET单粒子响应特性，器件包括传统单沟槽MOSFET、双沟槽MOSFET和非对称沟槽MOSFET结构。仿真结果表明，双沟槽MOSFET的抗单粒子特性优于其它两种结构器件。通过分析可知，双沟槽MOSFET结构的优越性在于有较深的源极深槽结构，有助于快速收集单粒子碰撞过程产生的载流子，从而缓解大量载流子聚集带来的内部电热集中，相比其它两种结构能有效抑制引起单粒子烧毁的反馈机制。
碳化硅场效应晶体管 单粒子效应 槽栅型结构 电热反馈 SiC MOSFET single event burnout trench gate structure electrothermal feedback
1 中国科学院 微电子研究所, 北京 100029
2 中国科学院 硅器件技术重点实验室, 北京 100029
3 中国科学院大学, 北京 100049
采用静态输入检测技术, 提出并实现了一个模数转换器(ADC)单粒子效应评估测试系统。该系统基于面向仪器系统的外围组件互联扩展平台(PXI)搭建。利用PXI触发模式控制模块化仪器的高速响应, 并采用实时判决的方法对ADC输出数据进行监测。基于该系统对一种自主研发的10位25 MS/s ADC进行单粒子效应辐照试验。试验结果表明, 该系统能够准确、高效评估ADC抗辐照性能, 为抗辐照ADC的加固设计提供支撑平台。
单粒子效应 ADC ADC SEE PXI PXI
红外与激光工程
2022, 51(9): 20210954
1 湘潭大学材料科学与工程学院, 湖南湘潭 411105
2 上海精密计量测试研究所, 上海 201109
3 西北核技术研究院, 陕西西安 710024
4 中国原子能科学研究院, 北京 102488
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。
NOR型 Flash存储器 重离子 单粒子效应 总剂量效应 协同效应 NOR Flash memory heavy ions Single Event Effect(SEE) Total Ionizing Dose(TID) effect synergistic effects 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(9): 877
1 西安电子科技大学极端环境下装备效能教育部重点实验室, 陕西西安 710126
2 西北核技术研究所, 陕西西安 710024
3 中国科学院新疆理化技术研究所, 新疆乌鲁木齐 830011
针对锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT), 采用半导体三维器件数值仿真工具, 建立单粒子效应三维损伤模型, 研究 SiGe HBT单粒子效应的损伤机理, 以及空间极端环境与器件不同工作模式耦合作用下的单粒子效应关键影响因素。分析比较不同条件下离子入射器件后, 各端口瞬态电流的变化情况, 仿真实验结果表明, 不同工作电压下, 器件处于不同极端温度、不同离子辐射环境, 其单粒子瞬态的损伤程度有所不同, 这与器件内部在不同环境下的载流子电离情况有关。
锗硅异质结双极晶体管 单粒子效应 极端环境 数值仿真 SiGe HBT Single Event Effect extreme space environment simulation 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(9): 869
