静态存储器型现场可编程门阵列总剂量辐射损伤效应研究

本文从FPGA器件内部最基本的CMOS单元出发,分析了器件功能失效时反相器输出波形随累积剂量的变化关系,进而研究Altera SRAM型FPGA器件⁶⁰Co γ射线辐照后的总剂量辐射损伤效应.实验结果表明:由于场氧漏电和结构漏电的影响,随着累积剂量的增加输出波形发生畸变,峰峰值变为原来的十分之一左右,但输出波形还有相对的高低电平;同时,输出高电平不能保持原有的状态,迅速地向低电平转换,并且转换速度随着累积剂量的增加而加快,输出低电平相对初始值有一定程度抬高;由于栅氧厚度变薄,输出波形 关键词： 60Coγ')" href="#">⁶⁰Coγ 总剂量辐射损伤效应 SRAM型FPGA CMOS单元     

不同集成度SRAM硬X射线剂量增强效应研究

给出了不同集成度16K—4Mb随机静态存储器SRAM在钴源和北京同步辐射装置BSRF3W1白光束线辐照的实验结果;通过实验在线测得SRAM位错误数随总剂量的变化,给出相同辐照剂量时20—100keVX光辐照和Co⁶⁰γ射线辐照的剂量损伤效应的比例因子;给出集成度不同的SRAM器件抗γ射线总剂量损伤能力与集成度的关系;给出不同集成度SRAM器件的X射线损伤阈值.这些结果对器件抗X射线辐射加固技术研究有重要价值.     

采用硅离子注入改进SIMOX埋氧的抗总剂量辐射性能研究

采用硅离子注入工艺对注氧隔离(SIMOX)的绝缘体上硅(SOI)材料进行改性, 在改性材料和标准SIMOX材料上制作了部分耗尽环型栅NMOS/SOI晶体管, 并对其进行⁶⁰Co γ射线总剂量辐照试验. 通过背栅的I-V特性表征晶体管的总剂量辐照特性. 结果表明, 在埋氧层注硅可以降低NMOS/SOI受辐照引起的背栅阈值电压漂移, 提高埋氧层的抗总剂量能力.     

基于镍-63硅基辐伏能量转换结构初探

针对辐射伏特效应同位素微电池研究中所面临的主要问题——辐伏转换效率提高与辐射损伤 这一相互制约的矛盾体,利用单晶硅低能电子辐照感生缺陷行为研究,结合两种PIN结构的 电学性能测试,提出I区掺杂浓度为2×10¹² cm^-3的P⁺I (N^-) N⁺器件符合 P, N型硅辐射损伤效应预测结果.并以此为原型器件进行⁶³Ni辐照在线输出特性测试, 通过与Wisconsin大学实验数据比较,对影响能量转换效率低下的主要因素进行了分析, 考虑主要从器件采用三维PIN结结构;增大耗尽层能量沉积比重; I (N^-)区宽度与沉积深度匹配; 控制漏电流在皮安量级等方面提高能量转换效率,据此对硅基能量转换结构进行设计, 最终确定PIN多孔结构、辐射源厚度、掺杂浓度、耗尽层宽度等结构参数,完成换能结构优化.     

总剂量辐射环境中的静态随机存储器功能失效模式研究

本文对静态随机存储器 (SRAM) 总剂量辐射引起的功能失效进行了六种不同测试图形下的测试. 利用不同测试图形覆盖的出错模式不同, 通过对比一定累积剂量下同一器件不同测试图形测试结果的差异, 以及对失效存储单元单独进行测试, 研究了总剂量辐照引起的SRAM器件功能失效模式. 研究表明: 器件的功能失效模式为数据保存错误 (Data retention fault) 且数据保存时间具有离散性, 引起数据保存错误的SRAM功能模块为存储单元. 通过对存储单元建立简化的等效电路图, 分析了造成存储单元数据保存错误以及保存时间离散性的原因, 并讨论了该失效模式对SRAM总剂量辐射功能测试方法的影响. 关键词： 静态随机存储器 功能失效 测试图形 数据保存错误     

高斯涡旋光束的光束传输因子和峭度参数

基于强度二阶矩定义, 导出了高斯涡旋光束光束传输因子即M² 因子的解析表达式, 高斯涡旋光束的M² 因子唯一取决于拓扑电荷数n. 数值计算表明, 高斯涡旋光束的M² 因子随着拓扑电荷数n的增大而增大. 基于强度高阶矩, 还导出了高斯涡旋光束经傍轴ABCD光学系统传输时峭度参数的解析表达式, 高斯涡旋光束的峭度参数取决于拓扑电荷数n、参数δ、矩阵元A和矩阵元D. 在自由空间传输时, 高斯涡旋光束的峭度参数仅取决于拓扑电荷数n和参数δ. 自由空间传输时, 高斯涡旋光束峭度参数的变化规律为: 峭度参数随参数δ的增大先减小而后趋向于一最小值, 随拓扑电荷数n的增大而减小. 这一研究有助于高斯涡旋光束的实际应用.     

薄膜型超导红外(光)探测器

在高Tc GdBaCuO超导薄膜上,采用光刻技术分别制成两种不同结构的辐射、热测量器件及2×4集成阵列式微桥器件红外(光)探测器.探测器芯片安装在STD-3型红外探测器杜瓦冷指上.用黑体及波长为0.6328μm的He-Ne激光器辐照器件,系统观测各种器件的特性,其中最好的结果:在10Hz时的噪音等效功率NEP(500,10,1)=3.6×10^-12 WH_z^1/2;探测率D^*(500,10,1)=1.6×10¹⁰ cmH_z^1/2W^-1;响应率R_v=8.2×103VW^-1.另外,多元串接微桥器件出现的多台阶式的特性,可望在红外探测计量及高频方面获得重要应用.     

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.     

3 MeV质子辐照对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的影响

研究了AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管(HEMT)的质子辐照效应. 在3 MeV质子辐照下, 当辐照剂量达到1× 10¹⁵ protons/cm²时, 漏极饱和电流下降了20%, 最大跨导降低了5%. 随着剂量增加, 阈值电压向正向漂移, 栅泄露电流增加. 在相同辐照剂量下, 1.8 MeV质子辐照要比3 MeV质子辐照退化严重. 从SRIM软件仿真中得到不同能量质子在AlGaN/GaN异质结中的辐射损伤区, 以及在一定深度形成的空位密度. 结合变频C-V测试结果进行分析, 表明了质子辐照引入空位缺陷可能是AlGaN/GaN HEMT器件电学特性退化的主要原因.     

199Hg+光频标的黑体辐射频移

光学频率标准会受到环境温度的黑体辐射影响发生频移,进而影响其准确度. 本文估算了¹⁹⁹Hg⁺的超精细能级5d¹⁰6s²S_1/2 (F=0)和5d⁹6s^{2 2}D_5/2 (F=2)的极化率,得到了室温(300 K)下黑体辐射引起的相对频移为-5.4×10^-17, 最后讨论了低温环境下黑体辐射对¹⁹⁹Hg⁺光频标的影响.     

总剂量效应致0.13μm部分耗尽绝缘体上硅N型金属氧化物半导体场效应晶体管热载流子增强效应

空间科学的进步对航天用电子器件提出了更高的性能需求, 绝缘体上硅(SOI)技术由此进入空间科学领域, 这使得器件的应用面临深空辐射环境与地面常规可靠性的双重挑战. 进行SOI N型金属氧化物半导体场效应晶体管电离辐射损伤对热载流子可靠性的影响研究, 有助于对SOI器件空间应用的综合可靠性进行评估. 通过预辐照和未辐照、不同沟道宽长比的器件热载流子试验结果对比, 发现总剂量损伤导致热载流子损伤增强效应, 机理分析表明该效应是STI辐射感生电场增强沟道电子空穴碰撞电离率所引起. 与未辐照器件相比, 预辐照器件在热载流子试验中的衬底电流明显增大, 器件的转移特性曲线、输出特性曲线、跨导特性曲线以及关键电学参数V_T, GM_max, ID_SAT退化较多. 本文还对宽沟道器件测试中衬底电流减小以及不连续这一特殊现象进行了讨论.     

Direct measurement and analysis of total ionizing dose effect on 130 nm PD SOI SRAM cell static noise margin

In this work, the total ionizing dose(TID) effect on 130 nm partially depleted(PD) silicon-on-insulator(SOI) static random access memory(SRAM) cell stability is measured. The SRAM cell test structure allowing direct measurement of the static noise margin(SNM) is specifically designed and irradiated by gamma-ray. Both data sides' SNM of 130 nm PD SOI SRAM cell are decreased by TID, which is different from the conclusion obtained in old generation devices that one data side's SNM is decreased and the other data side's SNM is increased. Moreover, measurement of SNM under different supply voltages(Vdd) reveals that SNM is more sensitive to TID under lower Vdd. The impact of TID on SNM under data retention Vddshould be tested, because Vddof SRAM cell under data retention mode is lower than normal Vdd.The mechanism under the above results is analyzed by measurement of I–V characteristics of SRAM cell transistors.     

静态随机存储器总剂量辐射损伤的在线与离线测试方法

以静态随机存储器为研究对象,对其在线和离线测试下的总剂量辐射损伤规律进行了研究,探寻了两种测试条件下总剂量损伤的差异并对造成差异的物理机制进行了分析和讨论,研究结果表明:由于静态随机存储器存在多种总剂量失效模式,相对于在线测试只能覆盖存储单元固定错误的一种失效模式,离线测试可覆盖多种功能失效模式;由于信号完整性对测试频率的限制,使得在线测试得到的动态功耗电流值要明显小于离线测试得到的动态功耗电流值;由于"印记效应"的存在,在线测试静态功耗电流小于离线测试中器件存储与辐照相反数据时的静态功耗电流值;在线无法测量的一些电参数,有可能先于在线可测参数而失效,这些研究结果对于静态随机存储器在星用辐射环境下的总剂量辐射损伤规律的研究和实验评估具有重要意义。     

0.5 μm工艺CMOS有源像素传感器的总剂量辐射效应

采用⁶⁰Co-γ射线对某国产0.5 μm CMOS N阱工艺CMOS有源像素传感器(APS)的整体电路和像素单元结构进行了电离总剂量辐射效应研究,重点考察了器件的饱和输出信号、像素单元输出信号、暗信号等参数的变化规律.随着辐射剂量的增大,饱和输出信号逐渐减小且与像素单元饱和输出信号变化基本一致;暗信号随总剂量的增大而显著增大.研究结果表明,0.5 μm工艺CMOS APS电离总剂量辐射效应引起参数退化的主要原因是光敏二极管周围的整个LOCOS(Local oxidation of silicon)隔离氧化层产生了大量的辐射感生电荷.     

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.     

深亚微米金属氧化物场效应晶体管及寄生双极晶体管的总剂量效应研究

为从工艺角度深入研究航空航天用互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺混合信号集成电路总剂量辐射损伤机理, 选取国产CMOS 工艺制作的NMOS晶体管及寄生双极晶体管进行了⁶⁰Coγ射线源下的总剂量试验研究. 发现: 1) CMOS工艺中固有的寄生效应导致NMOS晶体管截止区漏电流对总剂量敏感, 随总剂量累积而增 大; 2) 寄生双极晶体管总剂量损伤与常规双极晶体管不同, 表现为对总剂量不敏感, 分析认为两者辐射损伤的差异来源于制作工艺的不同; 3)寄生双极晶体管与NMOS晶体 管的总剂量损伤没有耦合效应; 4)基于上述研究成果, 初步分析CMOS工艺混合信号集成电路中数字模块及模拟模块辐射损伤机制, 认为MOS晶体管截止漏电流增大是导致数字模块功耗增大的主因, 而Bandgap电压基准源模块对总剂量不敏感源于寄生双极晶体管抗总剂量辐射的能力. 关键词： 总剂量效应 N沟道金属氧化物场效应晶体管 寄生双极晶体管 Bandgap基准电压源     

双极电压比较器电离辐射损伤及剂量率效应分析

为了对双极电压比较器在电离辐射环境下的损伤变化特征及其剂量率效应进行研究,选择一组器件,在不同偏置条件下进行60Coγ高低剂量率的辐照和退火试验.结果表明:电压比较器的电源电流、偏置电流及失调电压等多个关键参数都有不同程度的蜕变;偏置条件对于电压比较器的辐射响应有很大影响;此外,不同公司生产的同种型号电路表现出不同的剂量率效应;通过对测试结果分析,系统地讨论了各参数变化的原因,并结合电离损伤退火特性,探讨了各剂量率效应形成的机理.研究结果对工程应用考核提供了参考,而且为设计抗辐射加固器件提供了依据.     

Degradation mechanisms of current gain in NPN transistors

An investigation of ionization and displacement damage in silicon NPN bipolar junction transistors (BJTs) is presented. The transistors were irradiated separately with 90-keV electrons, 3-MeV protons and 40-MeV Br ions. Key parameters were measured {\em in-situ} and the change in current gain of the NPN BJTS was obtained at a fixed collector current (I_{\rm c}=1~mA). To characterise the radiation damage of NPN BJTs, the ionizing dose D_{\i} and displacement dose D_{\d} as functions of chip depth in the NPN BJTs were calculated using the SRIM and Geant4 code for protons, electrons and Br ions, respectively. Based on the discussion of the radiation damage equation for current gain, it is clear that the current gain degradation of the NPN BJTs is sensitive to both ionization and displacement damage. The degradation mechanism of the current gain is related to the ratio of D_{\rm d}/(D_{\rm d}+D_{\rm i}) in the sensitive region given by charged particles. The irradiation particles leading to lower D_{\rm d}/(D_{\rm d}+D_{\rm i}) within the same chip depth at a given total dose would mainly produce ionization damage to the NPN BJTs. On the other hand, the charged particles causing larger D_{\rm d}/(D_{\rm d}+D_{\rm i}) at a given total dose would tend to generate displacement damage to the NPN BJTs. The Messenger--Spratt equation could be used to describe the experimental data for the latter case.