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。     

高能质子引起器件单粒子效应的研究方法

简略介绍了高能质子在半导体芯片中引起单粒子效应的实验测量和理论分析方法,包括核反应分析方法、半经验方法,介绍了质子和重离子翻转截面间的关系,并用重离子实验数据预测器件在质子环境下的翻转率. This article introduces briefly the experimental and theoretical methods that have been used to study high energy proton induced single event effect in semiconductor devices. The theoretical methods including nuclear reaction analysis method and semi empirical method are presented. The relationship of upset cross section between proton and heavy ions is described. Finally, on orbit proton upset rates are predicted by using the heavy ion test data.     

纳米DDR SRAM器件重离子单粒子效应试验研究

针对90 nm和65 nm DDR（双倍数率）SRAM器件,开展与纳米尺度SRAM单粒子效应相关性的试验研究。分析了特征尺寸、测试图形、离子入射角度、工作电压等不同试验条件对单粒子翻转（SEU）的影响和效应规律,并对现有试验方法的可行性进行了分析。研究表明:特征尺寸减小导致翻转截面降低,测试图形和工作电压对器件单粒子翻转截面影响不大;随着入射角度增加,多位翻转的增加导致器件SEU截面有所增大;余弦倾角的试验方法对于纳米器件的适用性与离子种类和线性能量转移（LET）值相关,具有很大的局限性。     

宇航器件中的单粒子效应及其加速器地面模拟

描述了宇航半导体器的单粒子效应的危害和研究方法，并介绍了用重离子加速器进行地面模拟研究的概况。     

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。     

基于热峰模型的单粒子效应模拟研究

单粒子效应是航天电子器件失效的重要原因,研究其物理过程对航天电子器件寿命预测、器件抗辐照加固有着重要的意义。现有的模型多从线性能量沉积的角度来解释单粒子翻转,因此无法解释单粒子效应地面实验模拟过程中的温度效应。建立了一个新模型,从高能带电离子与材料相互作用的物理过程出发,通过解三维的热扩散方程,计算出能量在材料中沉积、交换、扩散,得到电子和晶格温度的空间分布以及时间演化过程。推断出离子辐照过程中导致的自由电子浓度和收集电荷随LET的变化关系。此模型解释了单粒子效应中随着器件温度升高,单粒子效应截面增加的现象。     

中子单粒子效应研究现状及进展

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。     

HfO2基铁电场效应晶体管读写电路的单粒子翻转效应模拟

使用器件-电路仿真方法搭建了氧化铪基铁电场效应晶体管读写电路,研究了单粒子入射铁电场效应晶体管存储单元和外围灵敏放大器敏感节点后读写数据的变化情况,分析了读写数据波动的内在机制.结果表明:高能粒子入射该读写电路中的铁电存储单元漏极时,处于"0"状态的存储单元产生的电子空穴对在器件内部堆积,使得栅极的电场强度和铁电极化增大,而处于"1"状态的存储单元由于源极的电荷注入作用使得输出的瞬态脉冲电压信号有较大波动;高能粒子入射放大器灵敏节点时,产生的收集电流使处于读"0"状态的放大器开启,导致输出数据波动,但是其波动时间仅为0.4 ns,数据没有发生单粒子翻转能正常读出.两束高能粒子时间间隔0.5 ns先后作用铁电存储单元漏极,比单束高能粒子产生更大的输出数据信号波动,读写"1"状态的最终输出电压差变小.     

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。     

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。     

Ion Photon Emission Microscope for Single Event Effect Testing in CIAE

Ion photon emission microscopy(IPEM) is a new ion-induced emission microscopy. It employs a broad ion beam with high energy and low fluence rate impinging on a sample. The position of a single ion is detected by an optical system with objective lens, prism, microscope tube and charge coupled device(CCD). A thin ZnS lilm doped with Ag ions is used as a luminescent material. Generation efficiency and transmission efficiency of photons in the ZnS(Ag) film created by irradiated Cl ions are calculated. A single Cl ion optical microscopic image is observed by high quantum efficiency CCD. The resolution of a single Cl ion given in this IPEM system is 6μm. Several factors influencing the resolution are discussed. A silicon diode is used to collect the electrical signals caused by the incident ions. Effective and accidental coincidence of optical images and electronic signals are illustrated. A two-dimensional map of single event effect is drawn out according to the data of effective coincidence.     

单事件的间歇分析

通过研究高能碰撞单事件间歇的分布情况,探讨了单事件间歇与相空间分割数及末态多重数之间的关系,给出了为能尽量消除统计起伏,得到反映单个事件动力学起伏的单事件间歇值所需满足的条件和应采用的方法.     

重离子微束单粒子翻转与单粒子烧毁效应数值模拟

用束径0.4μm的微束重离子数值模拟了单粒子翻转SEU和单粒子烧毁效应SEB.单粒子翻转给出了不同离子注入后漏区的电压(电流)随时间变化规律;计算了CMOSSRAM电路的单粒子翻转;给出了收集电荷随LET值的变化曲线并给出了某一结构器件的临界电荷;VDMOS器件单粒子烧毁给出了不同时刻沿离子径迹场强、电位线、电流和碰撞离化率的变化.     

深亚微米SRAM质子单粒子翻转实验研究

宇航半导体器件运行在一个复杂的空间辐射环境中,质子是空间辐射环境中粒子的重要组成部分,因而质子在半导体器件中导致的辐射效应一直受到国内外的关注。利用兰州重离子加速器(Heavy Ion Research Facility In Lanzhou) 加速出的H2 分子打靶产生能量为10 MeV 的质子,研究了特征尺寸为0.5/0.35/0.15 μm体硅和绝缘体上硅(SOI) 工艺静态随机存储器(SRAM) 的质子单粒子翻转敏感性,这也是首次在该装置上开展的质子单粒子翻转实验研究。实验结果表明特征尺寸为亚微米的SOI 工艺SRAM器件对质子单粒子翻转不敏感,但随着器件特征尺寸的减小和工作电压的降低,SOI 工艺SRAM器件对质子单粒子翻转越来越敏感;特征尺寸为深亚微米的体硅工艺SRAM器件单粒子翻转截面随入射质子能量变化明显,存在发生翻转的质子能量阈值,CREME-MC模拟结果表明质子在深亚微米的体硅工艺SRAM器件中通过质子核反应导致单粒子翻转。Microelectronic devices are used in a harsh radiation environment for space missions. Among all the reliability issues concerned, proton induced single event upset (SEU) is becoming more and more noticeable for semiconductor components exposed on space. In this work, an experimental research of SEU induced by 10 MeV proton for static random access memory (SRAM) of 0.5, 0.35 and 0.15 m feature size is carried out on HeavyIon Research Facility in Lanzhou for the rst time. The experimental results show that proton induced SEUs in submicron and deep-submicron (SRAMs) are dominated by secondary ions generated by proton nuclear reaction events. The silicon-on-insulator SRAMs characters natural radiation-hardened SEU by proton. For the deep-submicron bulk-silicon technology SRAM, the proton SEU cross section is closely related to the proton energy and there is a threshold energy for the SEU occurrence by proton indirect ionization. CREME-MC simulation indicates that the SEU events in deep-submicron SRAM are induced by the proton nuclear reaction.     

重离子在半导体器件中引起的单粒子效应

重离子引起的单粒子效应是威胁航天器安全的重要因素之一 ,利用加速器进行地面模拟是研究单粒子效应的重要手段 .概述了单粒子效应研究的历史和现状,讨论了单粒子效应研究的基本方法 ,最后简要介绍了在兰州重离子加速器上已开展的单粒子效应研究工作. Single event effects (SEE ′s) have been observed in semiconductor device in space since 1975. It has been verified from many spaceflight tests that single event effect induced by cosmic ray is one of the important sources of anomalies and malfunctions of spacecraft. Initially, a brief outline of space radiation environment is given. The history and recent trends were described, and basic methods and necessary facilities for SEE testing were also discussed. Finally, the research ...     

重离子核反应对单粒子翻转的影响（英文）

LET作为一个传统的工程参量,并不能完全满足单粒子翻转数据表征的需要,而且也不能直接地反映核反应的一些特性(包括核反应概率与次级粒子),因此研究了重离子与器件作用过程中核反应对单粒子翻转的影响。基于蒙特卡罗模拟与深入的分析,本研究对比了在直接电离与考虑核反应两种模式下的模拟结果。在模拟中,利用不同的重离子表征了核反应在单粒子翻转发生中所起的作用。结果显示,核反应对单粒子翻转截面的贡献依赖于离子的能量,并呈现非单调的变化关系。基于模拟的结果,建议用重离子核反应引起单粒子翻转的最恶劣情况来预估空间单粒子翻转率。     

中子引起单粒子翻转过程中能量沉积统计分析

利用Monte Carlo方法,对14MeV中子引起存储器单粒子翻转过程进行了计算模拟,从而对引起单粒子翻转的关键因素——存储器灵敏区中的能量沉积进行了统计分析,为了解单粒子翻转随机过程提供了详细的能量沉积统计信息。The process of the single event upset induced by 14 MeV neutrons in SRAM silicon chip is simulated by using a Monte Carlo method. The deposited energies in sensitive volumes in the chip, which is an important factor in the single event upset, are statistically analysed. The statistic information about the deposited energies is provided for understanding the detailed random process of the single event upset.