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辐射效应地面试验技术研究

何益百  
【摘要】:辐射环境中的高能粒子入射半导体材料引发的辐射效应,是航天器电子系统的主要可靠性问题之一。随着集成电路工艺尺寸的缩小和规模的增大,在辐射效应机理研究和抗辐射加固设计的过程中,计算机仿真模拟的局限性越来越明显,地面辐射试验逐渐成为必不可少的环节。 目前地面辐射试验存在失效评估模式不完善,试验环境因素考虑不全面等问题。本文针对CMOS工艺下大规模集成电路的主要辐射效应,从试验平台、试验环境因素两方面对地面辐射试验进行了研究,取得的主要研究成果如下: (1)设计实现了一种通用辐射试验平台。通过对单粒子闩锁、单粒子翻转、单粒子瞬态和总剂量效应的分析,完成评估策略的制定和表征辐射效应的参数的选取,并提出平台方案。试验平台主要由电流监控系统和数据采集分析系统构成,可同时考察集成电路的上述四种辐射效应。模块化的设计使其具有良好的可移植性与可扩展性。 (2)开展了试验环境因素对试验结果的影响的研究。通过机理分析、模拟验证的手段,深入研究了温度和电压偏置对单粒子闩锁和单粒子翻转效应的影响,结果表明:单粒子闩锁LET阈值随温度升高而降低,随电源电压升高而降低;单粒子翻转在电源电压较低时更容易发生。该结果证明了试验环境因素在辐射试验体系中的重要性。同时深入分析了辐射源和待测器件相对位置关系以及辐射时间对试验的影响,为辐射试验的开展提供了理论指导。 (3)设计实现了一个数字信号处理器辐射试验系统。系统可以准确获得片上SRAM的单粒子翻转数据,并完成对DSP芯片功耗电流的实时监测。试验系统中的温度控制和电压调节模块将使辐射试验的评估结果更具指导意义。 (4)利用60Coγ射线装置、脉冲激光设备、重离子加速器终端完成了IO、SRAM、DFF单元测试芯片以及某型号DSP的总剂量和单粒子效应试验。通过辐射试验,验证了试验方法、试验系统的有效性和可靠性,并掌握了辐射源的选取、应用方法以及试验数据的处理方法,为后续试验的开展奠定了基础。


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