[發(fā)明專利]一種用加速器高能質(zhì)子進(jìn)行器件質(zhì)子單粒子試驗(yàn)的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310570956.0
• 申請日: 2013-11-15
• 公開（公告）號: CN103616631B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 于慶奎;羅磊;唐民;孫毅
• 申請（專利權(quán)）人: 中國空間技術(shù)研究院
• 主分類號: G01R31/28
• 分類號: G01R31/28
• 代理公司: 濟(jì)南舜源專利事務(wù)所有限公司37205
• 代理人: 李江

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用加速器高能質(zhì)子進(jìn)行器件質(zhì)子單粒子試驗(yàn)方法，可用于指導(dǎo)對大規(guī)模集成電路質(zhì)子單粒子翻轉(zhuǎn)敏感性進(jìn)行評估，為衛(wèi)星設(shè)計師選用超大規(guī)模集成電路和進(jìn)行抗輻射加固設(shè)計提供參考數(shù)據(jù)，也為器件研制抗輻照加固器件提供參考數(shù)據(jù)。

背景技術(shù)

衛(wèi)星工作在空間輻射環(huán)境中，單粒子效應(yīng)會引起衛(wèi)星電子系統(tǒng)故障。隨著衛(wèi)星應(yīng)用發(fā)展，對衛(wèi)星可靠性要求不斷提高。但是，隨著集成度提高、特征尺寸減少，大規(guī)模電路的單粒子翻轉(zhuǎn)趨向敏感，質(zhì)子通過核反應(yīng)或直接電離可引起單粒子翻轉(zhuǎn)，在軌衛(wèi)星發(fā)生了疑似質(zhì)子單粒子翻轉(zhuǎn)引起的電子系統(tǒng)故障。

國內(nèi)外愈來愈重視質(zhì)子引起的單粒子效應(yīng)。大規(guī)模集成電路空間應(yīng)用前，需要在地面用加速器產(chǎn)生的高能質(zhì)子進(jìn)行質(zhì)子單粒子效應(yīng)輻照試驗(yàn)，獲得質(zhì)子單粒子翻轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，為元器件選用和抗輻射加固設(shè)計提供依據(jù)。

目前已制定了重離子單粒子試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法，如航天行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QJ10005，該標(biāo)準(zhǔn)適用于采用加速器重離子評估器件因空間重離子引起的單粒子翻轉(zhuǎn)，不適用于評估質(zhì)子引起的單粒子翻轉(zhuǎn)。而空間輻射環(huán)境中，除有重離子，還有質(zhì)子，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，器件的單粒子敏感度增加，質(zhì)子引起的單粒子翻轉(zhuǎn)愈來愈顯著，需要建立評估空間質(zhì)子引起的單粒子效應(yīng)的試驗(yàn)方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種用加速器高能質(zhì)子進(jìn)行器件質(zhì)子單粒子試驗(yàn)的方法。實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星用大規(guī)模器件質(zhì)子單粒子效應(yīng)的評估，最大程度滿足衛(wèi)星抗輻射加固設(shè)計的需求。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種用加速器產(chǎn)生的高能質(zhì)子進(jìn)行器件質(zhì)子單粒子翻轉(zhuǎn)試驗(yàn)的方法，其特征在于步驟如下：

（1）被試樣品加工

被測器件單粒子翻轉(zhuǎn)LET閾值低于15MeV.cm²/mg，輻照前，樣品必需開帽，使芯片裸露，

被測器件單粒子翻轉(zhuǎn)LET閾值大于15MeV.cm²/mg，輻照前，樣品可不開帽；

（2）單粒子試驗(yàn)板開發(fā)

被測器件放置在單粒子試驗(yàn)板上。單粒子試驗(yàn)板上被測器件周圍不準(zhǔn)許放置單粒子翻轉(zhuǎn)LET閾值低于15MeV.cm²/mg的器件，

若試驗(yàn)板上需要放置單粒子翻轉(zhuǎn)LET閾值低于15MeV.cm²/mg的器件，其與被試器件的距離應(yīng)足夠遠(yuǎn)，大于5cm；

（3）質(zhì)子能量種類選擇

選擇不少于5種能量的質(zhì)子進(jìn)行試驗(yàn)；

（4）質(zhì)子能量選擇

對于單粒子翻轉(zhuǎn)LET閾值低于<1MeV.cm²/mg的被試器件，應(yīng)根據(jù)被試器件芯片表明的鈍化層厚度和金屬化層厚度，采用軟件計算，如TRIM,計算質(zhì)子到達(dá)芯片敏感區(qū)后的能量，要求有一種能量的質(zhì)子達(dá)到芯片敏感區(qū)的能量在0.7MeV左右，

對于單粒子翻轉(zhuǎn)LET閾值低于>1MeV.cm²/mg的被試器件，選擇至少5種能量的質(zhì)子進(jìn)行試驗(yàn)，使得獲得的最大翻轉(zhuǎn)截面與最小翻轉(zhuǎn)截面相差至少1個數(shù)量級以上，建議選擇的質(zhì)子能量范圍覆蓋5~190MeV；

（5）質(zhì)子注量率選擇

根據(jù)被測器件的單粒子翻轉(zhuǎn)發(fā)生頻度選擇合適的注量率，以便實(shí)現(xiàn)檢測系統(tǒng)對發(fā)生的單粒子翻轉(zhuǎn)有充足的檢測并完成數(shù)據(jù)處理的時間，要求：

t₁>10×t₂

其中，t1為器件發(fā)生兩次單粒子翻轉(zhuǎn)的時間間隔，t2為檢測系統(tǒng)完成1次單粒子翻轉(zhuǎn)檢測和數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)記錄所需的時間；

（6）質(zhì)子注量選擇

根據(jù)被測器件的單粒子翻轉(zhuǎn)發(fā)生數(shù)和抗總劑量能力選擇累積注量，質(zhì)子的注量選擇應(yīng)滿足以下三點(diǎn)：

a.?發(fā)生的單粒子翻轉(zhuǎn)數(shù)不少于100個，或質(zhì)子總注量達(dá)到10¹²質(zhì)子/cm²，

b.?器件受到的累積總劑量不超過器件的抗總劑量能力；

c.?假若器件受的累積總劑量超過器件的抗總劑量能力，但未達(dá)到a的要求，則應(yīng)更換新的樣品，接著進(jìn)行輻照，

（7）質(zhì)子單粒子試驗(yàn)；

對安裝在試驗(yàn)板上的被試器件，采用選定能量的質(zhì)子進(jìn)行輻照，記錄每個能量下檢測到的單粒子翻轉(zhuǎn)數(shù)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：