[發(fā)明專利]單粒子效應(yīng)評(píng)估方法和裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811357662.9
• 申請(qǐng)日: 2018-11-14
• 公開（公告）號(hào): CN109657272B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭超;恩云飛;雷志鋒;張戰(zhàn)剛;何玉娟;黃云
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗(yàn)研究所（（工業(yè)和信息化部電子第五研究所）（中國賽寶實(shí)驗(yàn)室））
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20
• 代理公司: 北京市隆安律師事務(wù)所 11323
• 代理人: 付建軍

本公開涉及一種單粒子效應(yīng)評(píng)估方法和裝置。該方法包括：構(gòu)建目標(biāo)電路的三維電路模型，所述三維電路模型包含敏感區(qū)域；將所述三維電路模型輸入核反應(yīng)計(jì)算仿真軟件中，獲取在預(yù)定單粒子能量下所述敏感區(qū)域中產(chǎn)生的核反應(yīng)次級(jí)離子；通過器件仿真軟件獲取所述核反應(yīng)次級(jí)離子作用在所述敏感區(qū)域上輸出的單粒子瞬態(tài)脈沖波形；將所述單粒子瞬態(tài)脈沖波形以等效電流源的形式加載到所述目標(biāo)電路上，獲取電路響應(yīng)信息；以及通過所述電路響應(yīng)信息對(duì)所述目標(biāo)電路的單粒子效應(yīng)進(jìn)行評(píng)估。本公開中的方法能夠精確量化產(chǎn)生大氣中子單粒子效應(yīng)的各個(gè)物理過程，并在此基礎(chǔ)上對(duì)目標(biāo)電路的單粒子效應(yīng)進(jìn)行評(píng)估。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及計(jì)算機(jī)信息處理領(lǐng)域，具體而言，涉及一種單粒子效應(yīng)評(píng)估方法和裝置。

背景技術(shù)

空間輻射環(huán)境下單粒子效應(yīng)導(dǎo)致的航天器電子系統(tǒng)故障已得到廣泛研究，其中引起單粒子效應(yīng)的輻射粒子主要為初級(jí)宇宙射線(包括銀河宇宙射線和太陽粒子事件等)釋放的帶電高能重離子和質(zhì)子。由于地球大氣層的存在，這些高能粒子無法到達(dá)地球表面，因此它們不會(huì)直接對(duì)工作在地面和大氣環(huán)境中的電子系統(tǒng)產(chǎn)生影響。但初級(jí)宇宙射線粒子會(huì)與地球大氣層原子發(fā)生核級(jí)聯(lián)反應(yīng)，生成大量的次級(jí)離子，如中子、質(zhì)子、π介子、μ子、電子等。這些次級(jí)離子構(gòu)成了地面和大氣層中電子系統(tǒng)單粒子效應(yīng)的主要來源，其中尤以中子的影響最為明顯。

中子本身不帶電，但其入射到電路中會(huì)發(fā)生核反應(yīng)產(chǎn)生帶電的次級(jí)核反應(yīng)產(chǎn)物。這些次級(jí)離子沿其運(yùn)行徑跡電離產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。如果電離電荷被電路敏感節(jié)點(diǎn)有效收集，就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的單粒子效應(yīng)。隨著納米級(jí)超大規(guī)模集成電路在電子系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，大氣中子單粒子效應(yīng)將變得更為嚴(yán)酷。

大氣中子單粒子效應(yīng)引起的軟錯(cuò)誤已成為制約半導(dǎo)體工藝節(jié)點(diǎn)進(jìn)一步縮小的關(guān)鍵因素，是當(dāng)前集成電路可靠性方面存在的主要問題之一。鑒于此，對(duì)納米級(jí)集成電路的單粒子效應(yīng)進(jìn)行預(yù)測評(píng)估具有重要意義。

現(xiàn)有技術(shù)中，中國專利CN?105718714?A(微電路大氣中子單粒子翻轉(zhuǎn)率的確定方法及系統(tǒng))、CN?105676016?A(利用BGR獲取中子單粒子效應(yīng)器件敏感截面的方法及裝置)、CN?105676017?A(利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取單粒子效應(yīng)器件敏感截面的方法及裝置)中介紹了通過飛行器搭載或高海拔試驗(yàn)、地面加速模擬試驗(yàn)等方法對(duì)集成電路的中子單粒子效應(yīng)進(jìn)行預(yù)測評(píng)估的方法。

飛行器搭載或高海拔試驗(yàn)是指在真實(shí)的大氣環(huán)境中測試中子導(dǎo)致的單粒子效應(yīng)，由于大氣層中子通量非常低，要獲得具有統(tǒng)計(jì)置信度的測試結(jié)果所需的測試時(shí)間非常長。地面加速模擬試驗(yàn)是指在模擬輻射源中測試中子單粒子效應(yīng)。由于模擬輻射源可以提供高通量的中子，所需的測試時(shí)間大大縮小。但飛行器搭載或高海拔試驗(yàn)所需費(fèi)用高，試驗(yàn)周期長，且不能對(duì)不同經(jīng)緯度、海拔和太陽周期內(nèi)的大氣中子輻射的影響進(jìn)行全面評(píng)估，而地面加速模擬試驗(yàn)受限于有限的加速模擬輻射源以及有限的測試機(jī)時(shí)，且這兩種研究方式只能針對(duì)成品電路開展，因此存在較大的局限性。

現(xiàn)有技術(shù)中，中國專利CN?106650039?A(電子器件大氣中子單粒子效應(yīng)預(yù)測方法及裝置)、CN?102903386?A(一種靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)單元)中介紹了通過仿真中子在電路中的入射過程進(jìn)而計(jì)算單粒子效應(yīng)的方法，通過計(jì)算中子在器件靈敏區(qū)沉淀的能量，對(duì)比沉積能量與靈敏區(qū)臨界電荷來預(yù)測單粒子效應(yīng)，當(dāng)中子核反應(yīng)產(chǎn)物沉積能量大于臨界電荷時(shí)，就判定發(fā)生一次單粒子效應(yīng)。

這種利用仿真來預(yù)測單粒子效應(yīng)的技術(shù)，沒有考慮電離電荷的收集過程、單粒子瞬態(tài)脈沖波形和具體的電路結(jié)構(gòu)對(duì)單粒子效應(yīng)的影響，且必須定義一個(gè)額外的臨界電荷參數(shù)。單粒子效應(yīng)發(fā)生的判定依據(jù)完全依賴于臨界電荷的定義，導(dǎo)致該方法計(jì)算的中子軟錯(cuò)誤率結(jié)果精度不高，存在較大的不確定性。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本公開提供一種單粒子效應(yīng)評(píng)估方法和裝置，能夠精確量化產(chǎn)生大氣中子單粒子效應(yīng)的各個(gè)物理過程，并在此基礎(chǔ)上對(duì)目標(biāo)電路的單粒子效應(yīng)進(jìn)行評(píng)估。