光子引入的單粒子效應(yīng).pdf

1、隨著空間科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，越來越多的集成電路元器件被應(yīng)用到各類航空電子系統(tǒng)中。然而，由于空間環(huán)境中含有大量的高能粒子，如質(zhì)子、重離子、伽馬射線等，這些粒子入射半導(dǎo)體器件會誘發(fā)單粒子效應(yīng)，從而對電子器件的可靠性產(chǎn)生重大影響。特別是隨著集成電路工藝的不斷提高，單粒子效應(yīng)已成為影響在軌飛行航天器可靠性和使用壽命的重要因素。
　　通常采用翻轉(zhuǎn)截面和有效LET閥值兩個指標(biāo)來評估器件的抗單粒子效應(yīng)。而通常采用的評估方法是輻射實(shí)驗(yàn)的方法，但是

2、該方法的實(shí)驗(yàn)成本較高、不易操作，并且不能對尚處于設(shè)計(jì)階段的器件進(jìn)行抗單粒子效應(yīng)評估。因此，國內(nèi)外科研人員紛紛采用各種手段來研究器件的抗單粒子效應(yīng)，以期能夠找到一種操作簡單，實(shí)驗(yàn)費(fèi)用較為便宜，并且能夠?qū)ι刑幱谠O(shè)計(jì)階段的器件進(jìn)行抗單粒子效應(yīng)預(yù)測的可靠性評估方法。
　　針對已有抗單粒子效應(yīng)預(yù)測方法的各種局限性，本文基于TCAD軟件和Geant4軟件形成了一種評估SRAM單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)的有效方法。該方法采用光子為模擬粒子，獲得了45nm

3、NMOS管的飽和翻轉(zhuǎn)截面和臨界LET值。本文的主要研究工作如下：
　　1.對各種空間輻射環(huán)境和器件主要輻射效應(yīng)作了簡單介紹；對光子和重離子的單粒子效應(yīng)的物理機(jī)制進(jìn)行了詳細(xì)闡述，并比較了二者的異同；以SRAM為例，詳細(xì)分析了單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)機(jī)制；重點(diǎn)介紹了RPP模型和復(fù)合敏感體模型的原理，并比較了兩者的優(yōu)缺點(diǎn)。
　　2.根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)公式，推導(dǎo)出線性吸收條件下光子能量等效重離子LET的計(jì)算公式，并綜合考慮非線性吸收效應(yīng)和器件表面鈍

4、化層的影響，修正了計(jì)算公式。最后用實(shí)際算例驗(yàn)證了等效LET公式的正確性，并分析了產(chǎn)生誤差的原因。
　　3.詳細(xì)介紹了TCAD軟件的結(jié)構(gòu)和物理特性，及其結(jié)合Hsp ice軟件的混合仿真原理；通過TCAD軟件對45nm工藝SRAM進(jìn)行三維建模和校準(zhǔn)，用不同LET值的重離子垂直入射截止NMOS管的漏極中心區(qū)域，記錄漏極節(jié)點(diǎn)電壓剛好發(fā)生翻轉(zhuǎn)時(shí)的重離子LET值，此LET值即為NMOS管的臨界LET，對應(yīng)的漏極節(jié)點(diǎn)收集到的有效電荷是單粒子翻轉(zhuǎn)

5、的臨界電荷量。通過改變重離子的入射位置，提取出復(fù)合敏感體的幾何參數(shù)和敏感系數(shù)，這些參數(shù)是Geant4仿真所必須的。
　　4.基于Gea nt4軟件，對探測器材料、幾何形狀，光子輸運(yùn)的物理過程，初級光子等進(jìn)行了定義；基于收集到的有效電荷，編寫了SEU判斷模塊，設(shè)置了事件循環(huán)次數(shù)，并對翻轉(zhuǎn)事件次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。通過Gea nt4仿真，得到了不同能量光子的翻轉(zhuǎn)截面，應(yīng)用Weibull函數(shù)擬合得到?-LET曲線，將得到的模擬曲線同重離子加速器