sram重離子微束單粒子效應(yīng)實驗研究

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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，中國人民解放軍96411部隊助理工程師，從事慣性導(dǎo)航、控制工程研究。手機(jī)：13633601578，電話：0451—8641341l轉(zhuǎn)8506；E—mail：yswxyys@163．COrn。SRAM重離子微束單粒子效應(yīng)實驗研究①賀朝會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，710049；2．西北核技術(shù)研究所，西安市69信箱10分箱，710024；3．中國原子能科學(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，沈陽市陵園街20號，110032摘要單粒子效應(yīng)是指單個帶電粒子射八半導(dǎo)體器件，導(dǎo)致器件功能異常的現(xiàn)象。該文介紹了國內(nèi)首次大規(guī)模集成電路——靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器(SRAM)的重離子微束單粒子效應(yīng)實驗研究，建立了大規(guī)模集成電路重離子微束單粒子效應(yīng)實驗方法，找到了國產(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％。我國的航天器也發(fā)生過類似的故障。因此．半導(dǎo)體器件的單粒子效應(yīng)研究具有重大的現(xiàn)實意義和明確的應(yīng)用價值。單粒于效應(yīng)是指單個帶電粒子射人半導(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，無法得到器件響應(yīng)的詳細(xì)信息。國外20世紀(jì)80年代初建立起了重離子針孔微束輻照系統(tǒng)，用來研究電荷收集問題。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的離子微束在存儲單元和讀出放大器區(qū)域都觀測到了翻轉(zhuǎn)，并且都出現(xiàn)了累積電離總劑量損傷似的硬錯誤。微束技術(shù)消除了寬束輻照帶來的不確定性。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)，從而有針對性地采取加固措施，所以對集成電路抗單粒子效應(yīng)加固設(shè)計具有重要的指導(dǎo)意義。近幾年，中

5、國原子能研究院建立起了加速器重離子微束輻照裝置，開展了初步的PN結(jié)電荷收集研①國隸自然科學(xué)基金(10375097)和教育部。新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計劃”資助。第48分會場學(xué)術(shù)沙龍——以科學(xué)發(fā)展觀推動科技的創(chuàng)新663究。隨后幾家單位聯(lián)合開展了國內(nèi)首次大規(guī)模集成電路——靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器(SRAM)的重離子微束單粒子效應(yīng)實驗研究．觀察到了存儲器的單粒子翻轉(zhuǎn)(sEu)敏感區(qū)，為進(jìn)一步的器件加固設(shè)計打下了基礎(chǔ)。一、實驗技術(shù)1．徽束技術(shù)重離子微束可以通過兩種方法得到。一種是針孔微束，通過在被輻照樣品和重離子源之間放一個針孔板校準(zhǔn)離子柬，形成一個直徑幾微米的束斑。測試

6、樣品或者針孔放置在一個x—Y平面的平臺上，并可移動，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以下量級的器件上的有效性。另一種方法是通過磁聚焦方式或者通過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。事實上，已有文獻(xiàn)報道獲得了0．05Fro大小的束斑。由于MeV量級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，主要由各種可移動的平臺組成；(b)為靶室照片。實驗布局見圖2，主要由靶室內(nèi)的各種平臺、控制和數(shù)據(jù)獲取計算機(jī)、效應(yīng)測試系統(tǒng)三部分組成。束流開關(guān)用于束流的開啟和關(guān)閉；碳膜和微通道探測器用于測量束流強(qiáng)度；樣品平臺用于移動樣品的位置，以便束流掃描芯片的不同區(qū)域；長工作距離顯馓鏡用于觀察針7L和樣品的位置。束流經(jīng)過預(yù)準(zhǔn)直孔和針孔后，重離子束斑可以zJ,N2．5pm×35Pm，圖3為實測的束斑大小?？刂坪蛿?shù)據(jù)獲取計算機(jī)用于控制束流開關(guān)、針孔、樣品平臺和顯微鏡

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