sram重離子微束單粒子效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究

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1、662以科學(xué)發(fā)展觀促進(jìn)科技創(chuàng)新(中)作者簡(jiǎn)介魏小瑩，哈爾濱工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院碩士研究生，中國(guó)人民解放軍96411部隊(duì)助理工程師，從事慣性導(dǎo)航、控制工程研究。手機(jī)：13633601578，電話(huà)：0451—8641341l轉(zhuǎn)8506；E—mail：yswxyys@163．COrn。SRAM重離子微束單粒子效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究①賀朝會(huì)1，2郭剛3李永宏2陳泉3惠寧3蘇秀娣4張鳳祁2羅尹虹2姚志斌2郭紅霞21．西安交通大學(xué)，西安市成寧西路28號(hào)，710049；2．西北核技術(shù)研究所，西安市69信箱10分箱，710024；3．中國(guó)原子能科學(xué)研究院核物理所，北京275信箱10

2、分箱，1024134．東北微電子研究所，沈陽(yáng)市陵園街20號(hào)，110032摘要單粒子效應(yīng)是指單個(gè)帶電粒子射八半導(dǎo)體器件，導(dǎo)致器件功能異常的現(xiàn)象。該文介紹了國(guó)內(nèi)首次大規(guī)模集成電路——靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)的重離子微束單粒子效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究，建立了大規(guī)模集成電路重離子微束單粒子效應(yīng)實(shí)驗(yàn)方法，找到了國(guó)產(chǎn)SRAM的單粒子翻轉(zhuǎn)敏感區(qū)，分析了單粒子翻轉(zhuǎn)敏感區(qū)彤成的機(jī)理，為器件抗單粒子效應(yīng)加固設(shè)計(jì)打下7基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞輻射物理與技術(shù)半導(dǎo)體器件重離子微束單粒子效應(yīng)引言空間輻射環(huán)境中的帶電粒子會(huì)導(dǎo)致航天器電子系統(tǒng)中的半導(dǎo)體器件發(fā)生單粒子效應(yīng)，嚴(yán)重影響航天器的可靠性和壽命。

3、資料表明，自1971～1986年，國(guó)外39顆同步衛(wèi)星，發(fā)生與奎間輻射有關(guān)的故障1129次，其中由單粒子效應(yīng)造成的故障有621次，占輻射總故障的55％。我國(guó)的航天器也發(fā)生過(guò)類(lèi)似的故障。因此．半導(dǎo)體器件的單粒子效應(yīng)研究具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和明確的應(yīng)用價(jià)值。單粒于效應(yīng)是指單個(gè)帶電粒子射人半導(dǎo)體器件，導(dǎo)致器件功能異常的現(xiàn)象。在以往的單粒子效應(yīng)測(cè)試中，利用加速器提供的重離子柬流輻照集成電路，由于柬斑大，測(cè)量到的器件響應(yīng)是被輻照的所有電路和單元的響應(yīng)的組合效果，無(wú)法得到器件響應(yīng)的詳細(xì)信息。國(guó)外20世紀(jì)80年代初建立起了重離子針孔微束輻照系統(tǒng)，用來(lái)研究電荷收集問(wèn)題。2

4、0世紀(jì)90年代建立的磁聚焦掃描微束裝置，可以更清楚地顯示電荷收集區(qū)域和單粒子效應(yīng)靈敏區(qū)域，并得到電荷收集深度，給出了單粒子效應(yīng)發(fā)生的詳細(xì)圖像，使人們可以清楚地識(shí)別電荷在哪兒產(chǎn)生，又在哪兒被收集，這是其他手段不能得到的。Campbell和Knudson應(yīng)用束斑大小約4pm的離子微束在存儲(chǔ)單元和讀出放大器區(qū)域都觀測(cè)到了翻轉(zhuǎn)，并且都出現(xiàn)了累積電離總劑量損傷似的硬錯(cuò)誤。微束技術(shù)消除了寬束輻照帶來(lái)的不確定性。使單粒子效應(yīng)更深入、更細(xì)致。由于可以找出器件的單粒子效應(yīng)敏感區(qū)，從而有針對(duì)性地采取加固措施，所以對(duì)集成電路抗單粒子效應(yīng)加固設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。近幾年，中

5、國(guó)原子能研究院建立起了加速器重離子微束輻照裝置，開(kāi)展了初步的PN結(jié)電荷收集研①?lài)?guó)隸自然科學(xué)基金(10375097)和教育部。新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃”資助。第48分會(huì)場(chǎng)學(xué)術(shù)沙龍——以科學(xué)發(fā)展觀推動(dòng)科技的創(chuàng)新663究。隨后幾家單位聯(lián)合開(kāi)展了國(guó)內(nèi)首次大規(guī)模集成電路——靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)的重離子微束單粒子效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究．觀察到了存儲(chǔ)器的單粒子翻轉(zhuǎn)(sEu)敏感區(qū)，為進(jìn)一步的器件加固設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)。一、實(shí)驗(yàn)技術(shù)1．徽束技術(shù)重離子微束可以通過(guò)兩種方法得到。一種是針孔微束，通過(guò)在被輻照樣品和重離子源之間放一個(gè)針孔板校準(zhǔn)離子柬，形成一個(gè)直徑幾微米的束斑。測(cè)試

6、樣品或者針孔放置在一個(gè)x—Y平面的平臺(tái)上，并可移動(dòng)，使重離子微束輻照到器件的特定區(qū)域。針孔大小已從10f一減小到約2．5ttm。采用針孔可以準(zhǔn)直所有離子，但發(fā)散現(xiàn)象隨原于序數(shù)和能量的增加而增大，限制了這種技術(shù)應(yīng)用于特征尺寸在btm以及“m以下量級(jí)的器件上的有效性。另一種方法是通過(guò)磁聚焦方式或者通過(guò)靜電式磁光柵掃描方式使離子束輻照器件的感興趣區(qū)域。一般能得到l,am大小的束斑，而且有獲得更小束斑的能力。事實(shí)上，已有文獻(xiàn)報(bào)道獲得了0．05Fro大小的束斑。由于MeV量級(jí)離子在空氣中的射程有限，兩種方法都需要在真空腔體中實(shí)施，以減小空氣散射造成的束流發(fā)散。2

7、．重離子微束輻照裝置中國(guó)原子能研究院建立的加速器重離子微束輻照裝置的靶室如圖1所示，(a)為靶室俯視示意圖，主要由各種可移動(dòng)的平臺(tái)組成；(b)為靶室照片。實(shí)驗(yàn)布局見(jiàn)圖2，主要由靶室內(nèi)的各種平臺(tái)、控制和數(shù)據(jù)獲取計(jì)算機(jī)、效應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)三部分組成。束流開(kāi)關(guān)用于束流的開(kāi)啟和關(guān)閉；碳膜和微通道探測(cè)器用于測(cè)量束流強(qiáng)度；樣品平臺(tái)用于移動(dòng)樣品的位置，以便束流掃描芯片的不同區(qū)域；長(zhǎng)工作距離顯馓鏡用于觀察針7L和樣品的位置。束流經(jīng)過(guò)預(yù)準(zhǔn)直孔和針孔后，重離子束斑可以zJ,N2．5pm×35Pm，圖3為實(shí)測(cè)的束斑大小?？刂坪蛿?shù)據(jù)獲取計(jì)算機(jī)用于控制束流開(kāi)關(guān)、針孔、樣品平臺(tái)和顯微鏡

8、的移動(dòng)以及測(cè)量束流強(qiáng)度和PN結(jié)電荷收集。效應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)用于測(cè)量和記錄芯片的單粒子翻轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。圖l重