專利名稱：一種測(cè)驗(yàn)器件抗質(zhì)子單粒子效應(yīng)能力的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，特別是航天用半導(dǎo)體器件抗質(zhì)子單粒子效應(yīng)能力檢測(cè)技術(shù)。
背景技術(shù)：
衛(wèi)星系統(tǒng)使用大量半導(dǎo)體集電路，如微處理器(CPU)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯陣列(FPGA)、存儲(chǔ)器(Memory)、及門電路等，但應(yīng)用在衛(wèi)星上的半導(dǎo)體集成電路在空間將遭遇非常惡劣的環(huán)境，如輻射環(huán)境、熱真空環(huán)境、微流星/空間碎片環(huán)境等。空間輻射環(huán)境將會(huì)引起半導(dǎo)體集成電路電離損傷及(/或)原子位移損傷。原子位移損傷是高能質(zhì)子入射半導(dǎo)體材料后原子移位，造成晶格缺陷，導(dǎo)致器件性能下降，移位損 傷是累積效應(yīng)，即累積到一定注量也會(huì)導(dǎo)致器件失效；電離損傷包括總劑量效應(yīng)損傷和單粒子效應(yīng)損傷。總劑量效應(yīng)損傷主要是由空間的質(zhì)子或電子入射半導(dǎo)體器件、在器件氧化層和界面態(tài)誘生電子-空穴對(duì)，導(dǎo)致器件電性能退化。單粒子效應(yīng)是指單個(gè)高能粒子入射半導(dǎo)體器體導(dǎo)致器件存儲(chǔ)單位的狀態(tài)發(fā)生變化、或邏輯狀態(tài)發(fā)生變化、或其它如功能中止等現(xiàn)象，單粒子效應(yīng)包括單粒子翻轉(zhuǎn)(SEU)、單粒子閂鎖(SEL)等,單粒子效應(yīng)是瞬態(tài)效應(yīng)，即器件在空間發(fā)生單粒子的概率是隨機(jī)的，單粒子效應(yīng)主要由空間的重離子及高能質(zhì)子引起的。在地面開(kāi)展電離損傷及(/或)原子位移損傷等空間環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)來(lái)科學(xué)有效地評(píng)估衛(wèi)星用器件抗輻射能力，是衛(wèi)星選用元器件的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是衛(wèi)星高可靠的重要保障。中國(guó)專利200910085542公開(kāi)了一種衛(wèi)星用器件抗輻射能力的評(píng)估方法及其系統(tǒng)，該方法通過(guò)對(duì)待測(cè)器件進(jìn)行重離子單粒子效應(yīng)試驗(yàn)獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析和和計(jì)算質(zhì)子單粒子反轉(zhuǎn)率，進(jìn)而評(píng)估待測(cè)器件的抗輻射能力。但是，這種方法僅分析和計(jì)算了單粒子翻轉(zhuǎn)率獲得的器件抗質(zhì)子單粒子效應(yīng)的能力不夠精確靈敏。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種測(cè)驗(yàn)器件抗質(zhì)子單粒子效應(yīng)能力的方法，它能夠準(zhǔn)確靈敏地檢測(cè)出質(zhì)子對(duì)被試器件的影響，獲得器件抗質(zhì)子單粒子效應(yīng)的能力。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種測(cè)驗(yàn)器件抗質(zhì)子單粒子效應(yīng)能力的方法，該方法包括步驟SI準(zhǔn)備待測(cè)驗(yàn)器件；S2進(jìn)行質(zhì)子誘發(fā)的單粒子翻轉(zhuǎn)檢測(cè)SEU，獲得器件位的翻轉(zhuǎn)情況；S3進(jìn)行質(zhì)子誘發(fā)的單粒子閂鎖檢測(cè)SEL，獲得器件的電流和功耗；S4根據(jù)所述翻轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)和器件的電流和功耗進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理分析，獲得器件的抗質(zhì)子單粒子效應(yīng)能力。所述的測(cè)驗(yàn)器件抗質(zhì)子單粒子效應(yīng)能力的方法，所述步驟S2進(jìn)一步包括
S21從最聞質(zhì)子能量開(kāi)始確定最劣條件，所述最劣條件包括最小和最大電源電壓、正入射、入射余角；S22在最小和最大電源電壓的情況下測(cè)量SEU截面；S23在正入射和兩個(gè)入射余角的情況下測(cè)量SEU截面；S24通過(guò)對(duì)比非TID輻射器件與TID輻射器件(系統(tǒng)要求TID指標(biāo)的80%)的SEU截面確定總劑量敏感性，如果所述總劑量敏感性為敏感，則復(fù)合器件獲取單個(gè)截面曲線，如果所述總劑量敏感性為不敏感，則執(zhí)行步驟S25 ；S25按照質(zhì)子能量從高到低的順序，重復(fù)上述步驟S22-S24;S26確定器件的截面曲線。所述的測(cè)驗(yàn)器件抗質(zhì)子單粒子效應(yīng)能力的方法，所述步驟S3進(jìn)一步包括 S31質(zhì)子能量大于400MeV，在最大偏置和溫度及正入射下進(jìn)行閂鎖檢測(cè)；S32質(zhì)子能量介于180MeV到400MeV，在最大偏置和溫度及入射余角下進(jìn)行閂鎖檢測(cè)；S33質(zhì)子能量小于180MeV到400MeV，在最大偏置和溫度下使用重離子進(jìn)行閂鎖檢測(cè)。所述的測(cè)驗(yàn)器件抗質(zhì)子單粒子效應(yīng)能力的方法，所述步驟S4采用Bendel 2_參數(shù)方程計(jì)算器件的SEU截面，采用威布爾4-參數(shù)方程計(jì)算器件的飽和截面的相關(guān)性，所述Bendel 2_參數(shù)方程為s=S [1-exp (-0. 18Υα5)]4........................... (I)其中Y=(18/Α) °·5 (E-A)S表示質(zhì)子限制截面，單位為proton · cm2/bit ；E表示質(zhì)子能量,單位為MeV ；A表示質(zhì)子反應(yīng)產(chǎn)生的翻轉(zhuǎn)的質(zhì)子能量閾值，單位為MeV ；s 表不 SEU 截面，單位為 proton · cm2/bit。所述威布爾4-參數(shù)方程為
權(quán)利要求
1.一種測(cè)驗(yàn)器件抗質(zhì)子單粒子效應(yīng)能力的方法，其特征在于，該方法包括步驟 Si準(zhǔn)備待測(cè)驗(yàn)器件； S2進(jìn)行質(zhì)子誘發(fā)的單粒子翻轉(zhuǎn)檢測(cè)SEU，獲得器件位的翻轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)； S3進(jìn)行質(zhì)子誘發(fā)的單粒子閂鎖檢測(cè)SEL，獲得器件的電流和功耗； S4根據(jù)所述翻轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)和器件的電流和功耗進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理分析，獲得器件的抗質(zhì)子單粒子效應(yīng)能力。
2.如權(quán)利要求I所述的測(cè)驗(yàn)器件抗質(zhì)子單粒子效應(yīng)能力的方法，其特征在于，所述步驟S2進(jìn)一步包括 S21從最聞質(zhì)子能量開(kāi)始確定最劣條件，所述最劣條件包括最小和最大電源電壓、正入射、入射余角； S22在最小和最大電源電壓的情況下測(cè)量SEU截面； S23在正入射和兩個(gè)入射余角的情況下測(cè)量SEU截面； S24通過(guò)對(duì)比TID輻射前器件與TID輻射后器件的SEU截面確定總劑量敏感性，如果所述總劑量敏感性為敏感，則獲取復(fù)合器件的單個(gè)截面曲線，如果所述總劑量敏感性為不敏感，則執(zhí)行步驟S25 ； S25按照質(zhì)子能量從高到低的順序，重復(fù)上述步驟S22-S24; S26確定器件的截面曲線。
3.如權(quán)利要求I所述的測(cè)驗(yàn)器件抗質(zhì)子單粒子效應(yīng)能力的方法，其特征還在于，所述步 驟S3進(jìn)一步包括 S31質(zhì)子能量大于400MeV，在最大偏置和溫度及正入射下進(jìn)行閂鎖檢測(cè)； S32質(zhì)子能量介于180MeV到400MeV，在最大偏置和溫度及入射余角下進(jìn)行閂鎖檢測(cè)； S33質(zhì)子能量小于180MeV，在最大偏置和溫度下使用重離子進(jìn)行閂鎖檢測(cè)。
4.如權(quán)利要求I所述的測(cè)驗(yàn)器件抗質(zhì)子單粒子效應(yīng)能力的方法，其特征在于，所述步驟S4采用Bendel 2-參數(shù)方程計(jì)算器件的SEU截面，采用威布爾4-參數(shù)方程計(jì)算器件的飽和截面的相關(guān)性，所述Bendel 2-參數(shù)方程為 s=S [1-exp (-0. 18Y0·5)]4........................... (I) 其中Υ=(18/Α)α5(Ε-Α) S表示質(zhì)子限制截面，單位為proton · cm2/bit ； E表示質(zhì)子能量，單位為MeV ； A表示質(zhì)子反應(yīng)產(chǎn)生的翻轉(zhuǎn)的質(zhì)子能量閾值，單位為MeV ； s表不SEU截面，單位為proton · cm2/bit。
所述威布爾4-參數(shù)方程為 式中 σ sat一飽和截面，proton · cm2/bit ； EO—閾值能量，MeV ； w—位置參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種測(cè)驗(yàn)器件抗質(zhì)子單粒子效應(yīng)能力的方法。包括以下步驟第一步準(zhǔn)備待測(cè)驗(yàn)器件；第二步進(jìn)行質(zhì)子誘發(fā)的單粒子翻轉(zhuǎn)檢測(cè)SEU，獲得器件位的翻轉(zhuǎn)情況；第三步進(jìn)行質(zhì)子誘發(fā)的單粒子閂鎖檢測(cè)SEL，獲得器件的電流和功耗；第四步根據(jù)所述翻轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)和器件的電流和功耗進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理分析，獲得器件的抗質(zhì)子單粒子效應(yīng)能力。采用該方法可以更真實(shí)有效地模擬出空間輻射環(huán)境對(duì)宇航用半導(dǎo)體器件的單粒子效應(yīng)，準(zhǔn)確靈敏的獲得器件的抗質(zhì)子單粒子效應(yīng)能力。
文檔編號(hào)G01R31/303GK102928773SQ20121035957
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月24日
發(fā)明者王群勇, 馮穎, 陽(yáng)輝, 陳冬梅, 劉燕芳, 白樺, 陳宇 申請(qǐng)人:北京圣濤平試驗(yàn)工程技術(shù)研究院有限責(zé)任公司