重离子在14-nm FinFET SRAM器件引起的单粒子翻转

通过重离子实验研究了14-nm FinFET工艺静态随机存取存储器(SRAM)的单粒子翻转(SEU)特性。通过使用Weibull函数拟合SEU截面获得该器件的线性能量转移(LET)阈值:0.1 MeV/(mg/cm2)。对多位翻转(MBU)贡献的统计结果表明,当LET等于40.3 MeV/(mg/cm2)时,MBU的占比超过95%。此外,FinFET SRAM的SEU截面呈现出与Fin相关的入射角度的各向异性。该研究对基于FinFET工艺的抗辐射CMOS集成电路(IC)的设计具有一定的指导作用。     

利用加速器提供的重离子进行SRAM单粒子效应研究

报导了利用北京大学串列静电加速器提供的重离子对两类静态随机存储器进行单粒子效应的实验和测量。给出了两类静态随机存储器的单粒子效应翻转戴面随线性能量转移值的变化关系曲线。     

重离子产生δ电子对SRAM单粒子翻转的影响

随着微电子器件集成度增加,由入射离子在器件灵敏区内引起的δ电子分布对器件单粒子效应的影响越来越显著;尤其是它极易引发多位翻转,严重影响设计加固的有效性。首先利用蒙特卡罗软件包Geant4模拟得到重离子在器件灵敏区内产生的δ电子分布,分析得出以下规律:入射离子单核能越高,其产生δ电子分布的径向范围越大;单核能相同的不同种离子,原子序数越大其产生的δ电子密度越大。其次,通过模拟一款45 nm静态随机存储器的单粒子翻转效应,说明δ电子和灵敏区分布共同影响器件的多位翻转。当器件灵敏区间距一定时,多位翻转率随入射离子能量的升高先上升后下降;在多位翻转率峰值和布喇格峰之间,多位翻转率随入射离子线性能量传输(LET)值的升高而降低,在该区域两侧多位翻转率随离子LET值的升高而升高。     

以太网芯片重离子单粒子效应试验

为评估和研究工业以太网芯片KSZ8851-16MLLJ在空间环境中的适应性,利用重离子源对芯片进行了单粒子试验。根据以太网芯片的结构和功能制订了单粒子实验方案,得出了实验数据,并对实验数据进行了整理和研究。实验和研究表明:工业以太网芯片KSZ8851-16MLLJ具有一定的抗单粒子辐射能力;在不同网络传输条件下,发生单粒子翻转的机率也不相同;在持续的单粒子辐射下,以太网芯片会发生电流阶跃,第二次电流阶跃时产生单粒子锁定,在工程应用中可以利用电流阶跃监测芯片的辐射水平。     

以太网芯片重离子单粒子效应试验

为评估和研究工业以太网芯片KSZ8851-16MLLJ在空间环境中的适应性,利用重离子源对芯片进行了单粒子试验。根据以太网芯片的结构和功能制订了单粒子实验方案,得出了实验数据,并对实验数据进行了整理和研究。实验和研究表明：工业以太网芯片KSZ8851-16MLLJ具有一定的抗单粒子辐射能力;在不同网络传输条件下,发生单粒子翻转的机率也不相同;在持续的单粒子辐射下,以太网芯片会发生电流阶跃,第二次电流阶跃时产生单粒子锁定,在工程应用中可以利用电流阶跃监测芯片的辐射水平。     

利用加速器重离子进行SRAM单粒子效应研究

 报导了利用北京大学串列静电加速器提供的重离子对两类静态随机存储器进行单粒子效应的实验和测量。给出了两类静态随机存储器的单粒子效应翻转截面随线性能量转移值的变化关系曲线。     

利用加速器重离子进行SRAM单粒子效应研究

报导了利用北京大学串列静电加速器提供的重离子对两类静态随机存储器进行单粒子效应的实验和测量。给出了两类静态随机存储器的单粒子效应翻转截面随线性能量转移值的变化关系曲线。     

一种改进的SRAM单粒子效应检测系统

中国科学院近代物理研究所材料研究中心开展了对静态随机存储器(Static Random Access Memory,SRAM)单粒子效应(Single Event Effects,SEEs)的深入研究。材料中心目前拥有的两套SRAM单粒子检测系统各自具有一定的局限性,所以又提出了一种改进的SRAM SEE检测方法,并研制了相关电路。该检测系统在兰州重离子研究装置(HIRFL)提供的束流辐射终端上进行了多次实验,获得了一批实验数据。其中包括129Xe束流辐照条件下,对65 nm SRAM单粒子翻转的研究;12C束流辐照条件下,对65,130和150 nm商用错误纠正编码加固SRAM SEE的研究;129Xe束流辐照条件下,对普通商用SRAM单粒子锁定的研究等。实验验证了该检测系统的有效性和可靠性,为开展SRAM SEE的研究提供了重要的检测平台,并为以后开展更复杂器件SEE的研究提供了实验经验和技术基础。     

纳米静态随机存储器质子单粒子多位翻转角度相关性研究

器件特征尺寸的减小带来单粒子多位翻转的急剧增加, 对现有加固技术带来了极大挑战. 针对90 nm SRAM(static random access memory, 静态随机存储器)开展了中高能质子入射角度对单粒子多位翻转影响的试验研究, 结果表明随着质子能量的增加, 单粒子多位翻转百分比和多样性增加, 质子单粒子多位翻转角度效应与质子能量相关. 采用一种快速计算质子核反应引起单粒子多位翻转的截面积分算法, 以Geant4中Binary Cascade模型作为中高能质子核反应事件发生器, 从次级粒子的能量和角度分布出发, 揭示了质子与材料核反应产生的次级粒子中, LET(linear energy transfer)最大, 射程最长的粒子优先前向发射是引起单粒子多位翻转角度相关性的根本原因. 质子能量、临界电荷的大小是影响纳米SRAM器件质子多位翻转角度相关性的关键因素. 质子能量越小, 多位翻转截面角度增强效应越大; 临界电荷的增加将增强质子多位翻转角度效应.     

电离总剂量对纳米SRAM器件单粒子翻转敏感性的影响

电离总剂量（TID）与单粒子效应（SEE）是纳米SRAM器件在航天应用中的主要威胁。随着CMOS工艺的进步,两种辐射效应在纳米SRAM器件中的协同效应出现了一些新现象,有必要进一步开展深入研究。利用γ射线以及不同种类重离子对两款纳米SRAM器件开展了辐照实验,研究了不同辐照参数、测试模式以及数据图形条件下,电离总剂量对单粒子翻转（SEU）敏感性的影响。研究结果表明,γ射线辐照过后,存储单元中反相器开关阈值减小,漏电流增大,导致SRAM存储单元抗翻转能力降低,SEU截面有明显增大;未观察到"印记效应",数据图形对测试结果没有明显影响;多位翻转（MBU）比例无明显变化。     

静态随机存储器单粒子效应的角度影响研究

利用兰州重离子加速器加速的高能离子研究了入射角度对IDT71256的单粒子翻转截面和多位翻转比例的影响.研究表明：在大角度掠射轰击下单粒子翻转截面的增大包括了多位翻转的贡献；离子在器件敏感层中沉积的能量及其横向分布是影响多位翻转的两个重要参数，IDT71256发生三位以上多位翻转的比例随着离子入射角度的增大而增加. 关键词： 静态存储器 单粒子翻转 多位翻转 沉积能量 横向分布     

累积剂量影响静态随机存储器单粒子效应敏感性研究

本文利用60Coγ源和兰州重离子加速器,开展不同累积剂量下,静态随机存储器(static random access memory,SRAM)单粒子效应敏感性研究,获取不同累积剂量下SRAM器件单粒子效应敏感性的变化趋势,分析其辐照损伤机理.研究表明,随着累积剂量的增加,SRAM器件漏电流增大,影响存储单元低电平保持电压、高电平下降时间等参数,导致"反印记效应".研究结果为空间辐射环境中宇航器件的可靠性分析提供技术支持.     

静态随机存储器单粒子翻转的Monte Carlo模拟

利用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法，对10—20MeV 中子在静态随机存储器(SRAM)中引起的单粒子翻转进行了模拟，着重对中子在SRAM 灵敏区引起的电离能量沉积进行了计算，并对中子引起单粒子翻转过程相关物理量进行了计算.这些计算模拟结果为了解10—20MeV 中子引起SRAM 单粒子翻转过程提供了详细的统计信息，为SRAM 的抗辐射加固提供相关参考信息. 关键词： SRAM单粒子翻转 Monte Carlo 模拟 能量沉积     

Impact of energy straggle on proton-induced single event upset test in a 65-nm SRAM cell

This paper presents a simulation study of the impact of energy straggle on a proton-induced single event upset(SEU)test in a commercial 65-nm static random access memory cell. The simulation results indicate that the SEU cross sections for low energy protons are significantly underestimated due to the use of degraders in the SEU test. In contrast, using degraders in a high energy proton test may cause the overestimation of the SEU cross sections. The results are confirmed by the experimental data and the impact of energy straggle on the SEU cross section needs to be taken into account when conducting a proton-induced SEU test in a nanodevice using degraders.     

Ionizing radiation effect on single event upset sensitivity of ferroelectric random access memory

The impact of ionizing radiation effect on single event upset(SEU) sensitivity of ferroelectric random access memory(FRAM) is studied in this work. The test specimens were firstly subjected to ~(60)Co γ-ray and then the SEU evaluation was conducted using ~(209)Bi ions. As a result of TID-induced fatigue-like and imprint-like phenomena of the ferroelectric material, the SEU cross sections of the post-irradiated devices shift substantially. Different trends of SEU cross section with elevated dose were also found, depending on whether the same or complementary test pattern was employed during the TID exposure and the SEU measurement.     

Experimental verification of the parasitic bipolar amplification effect in PMOS single event transients

The contribution of parasitic bipolar amplification to SETs is experimentally verified using two P-hit target chains in the normal layout and in the special layout. For PMOSs in the normal layout, the single-event charge collection is composed of diffusion, drift, and the parasitic bipolar effect, while for PMOSs in the special layout, the parasitic bipolar junction transistor cannot turn on. Heavy ion experimental results show that PMOSs without parasitic bipolar amplification have a 21.4% decrease in the average SET pulse width and roughly a 40.2% reduction in the SET cross-section.     

Simulation of temporal characteristics of ion-velocity susceptibility to single event upset effect

Using a Monte Carlo simulation tool of the multi-functional package for SEEs Analysis(MUFPSA), we study the temporal characteristics of ion-velocity susceptibility to the single event upset(SEU) effect, including the deposited energy,traversed time within the device, and profile of the current pulse. The results show that the averaged dposited energy decreases with the increase of the ion-velocity, and incident ions of209 Bi have a wider distribution of energy deposition than132 Xe at the same ion-velocity. Additionally, the traversed time presents an obvious decreasing trend with the increase of ion-velocity. Concurrently, ion-velocity certainly has an influence on the current pulse and then it presents a particular regularity. The detailed discussion is conducted to estimate the relevant linear energy transfer(LET) of incident ions and the SEU cross section of the testing device from experiment and simulation and to critically consider the metric of LET.     

直接数字式频率合成器单粒子效应实验研究

在直接数字式频率合成器(DDS)单粒子效应失效现象的基础上,研制了具备寄存器读写、功耗电流测试和输出效应波形捕获功能的DDS辐射效应在线测试系统,开展了DDS单粒子效应实验研究。结果表明,单粒子效应会导致DDS输出波形扰动,波形功能中断,功耗电流陡然增大。分析认为：DDS内部PLL模块发生单粒子瞬态和单粒子翻转,是引发波形扰动的主要原因;内置DAC的主要功能寄存器翻转引发了输出波形功能中断;电流增大是单粒子闭锁引起的。本项研究为国产DDS器件的加固和考核提供了一定的参考。     

空间高能离子在纳米级SOI SRAM中引起的单粒子翻转特性及物理机理研究

基于蒙特卡罗方法研究空间高能离子在65—32 nm绝缘体上硅静态随机存取存储器(SOI SRAM)中产生的灵敏区沉积能量谱、单粒子翻转截面和空间错误率特性及内在的物理机理.结果表明:单核能为200 MeV/n的空间离子在60—40 nm厚的灵敏区中产生的能损歧离导致纳米级SOI SRAM在亚线性能量转移阈值区域出现单粒子翻转;宽的二次电子分布导致灵敏区仅能部分收集单个高能离子径迹中的电子-空穴对,致使灵敏区最大和平均沉积能量各下降25%和33.3%,进而引起单粒子翻转概率降低,以及在轨错误率下降约80%.发现俘获带质子直接电离作用导致65 nm SOI SRAM的在轨错误率增大一到两个数量级.