中小規(guī)模邏輯電路單粒子效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究

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1、第31卷第3期原子能科學(xué)技術(shù)Vol.31,No.31997年5月AtomicEnergyScienceandTechnologyMay1997中小規(guī)模邏輯電路單粒子效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究敬　輝　曹　洲　楊兆銘(蘭州物理研究所,730000)李志常(中國原子能科學(xué)研究院,北京,102413)介紹了中小規(guī)模邏輯電路的單粒子效應(yīng)實(shí)驗(yàn)。單粒子效應(yīng)實(shí)驗(yàn)是在中國原子能科學(xué)研究院核60物理國家實(shí)驗(yàn)室的HI213型串列加速器上完成的。用CoC射線輻照至一定劑量后再用重離子轟擊,在不同總吸收劑量下獲得了R2LET曲線。對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了討論并得出中小規(guī)模邏輯電路的單粒子效應(yīng)不容忽視的結(jié)論。關(guān)鍵詞單粒子效應(yīng)　單粒子翻

2、轉(zhuǎn)　總吸收劑量　線性能量傳輸　單粒子翻轉(zhuǎn)截面(R)[1]Binder小組1975年就TTLJ2K觸發(fā)器討論了星載電子設(shè)備的單粒子效應(yīng)(SEE),這種觸發(fā)器屬于中小規(guī)模邏輯電路。隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路在星載電子設(shè)備(尤其是星載計(jì)算機(jī))里的廣泛應(yīng)用,對SEE的注意力集中于CPU、RAM和ROM,而或多或少地忽視了中小規(guī)模邏輯電路的SEE。實(shí)際上,單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)(SEU)可以分為“永久性”SEU與瞬時(shí)SEU兩種。CPU、RAM和ROM的SEU屬于“永久性”SEU,而邏輯電路的SEU則屬于瞬時(shí)[2]SEU。檢錯(cuò)糾錯(cuò)(EDAC)技術(shù)無法解決邏輯電路的SEU。80年代以來,已有人利用加速器重

3、離子做過中小規(guī)模邏輯電路的SEU實(shí)驗(yàn),給出臨界LET值或飽和截面,但未見報(bào)道完整的[3-9]R2LET曲線。此外,邏輯電路R2LET曲線與總吸收劑量的關(guān)系未見有人研究。本文的工作致力于研究幾種典型的邏輯電路的R2LET曲線與總吸收劑量的關(guān)系。1　實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)所用樣品(DUT)的工藝類型、功能及型號列于表1。實(shí)驗(yàn)選用LSTTL和高速CMOS兩種工藝的六反相器、雙D觸發(fā)器和雙單穩(wěn)態(tài)振蕩器3種功能的DUT。60總劑量輻照是采用蘭州輻照技術(shù)開發(fā)中心的CoC輻射源完成的,該輻射源的活度為15714×10Bq。DUT在輻照過程中處于靜態(tài)偏置狀態(tài)。SEUR2LET曲線實(shí)驗(yàn)是在中國原子能科學(xué)研究院核物理國

4、家實(shí)驗(yàn)室用其HI213型串列收稿日期:1996206204　　收到修改稿日期:1996208206268原子能科學(xué)技術(shù)　　第31卷加速器的重離子束完成的。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示于圖1。實(shí)驗(yàn)前須將DUT的頂蓋撬掉。表1　樣品的工藝類型、功能及型號Table1Technologicaltypeandfunctionofthesample工藝功能型號LSTTL六反相器74LS04雙D觸發(fā)器74LS74雙單穩(wěn)態(tài)振蕩器74LS123高速CMOS六反相器54HC04雙D觸發(fā)器54HC74雙單穩(wěn)態(tài)振蕩器54HC123DUT座架相對于束流方向的角度可以調(diào)節(jié)。DUT座架置于真空靶室內(nèi),擋板將不處于實(shí)驗(yàn)狀態(tài)的DUT與

5、離子束隔開。SEU的瞬時(shí)脈沖經(jīng)前置測試系統(tǒng)整形后送入計(jì)算機(jī)監(jiān)測記錄系統(tǒng)。從前置測試系統(tǒng)至計(jì)算機(jī)監(jiān)測記錄系統(tǒng)的電纜長50圖1SEU實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖示m。譜儀用來監(jiān)測離子束注量。實(shí)驗(yàn)采用Fig.1TheschemeoftheSEU2experimentalarrangementCu離子、Br離子和I離子,其有關(guān)參數(shù)列1——散射用金板;2——擋板;3——DUT座架;于表2。4——譜儀探頭;5——真空靶室表2　重離子束的參數(shù)Table2Parametersofheavyionbeamsusedintheexperiment離子種類離子能量?MeVLET?MeV?mg-1?cm2Si內(nèi)射程?LmCu離

6、子1251331172112Br離子1421639102111I離子15017531118182　結(jié)果與討論2SEU截面R(單位:cm)為:R=N?(F?cosH)(1)-2式中:N為SEU次數(shù),F為入射到DUT表面的離子束注量(單位:cm),H為離子束與器件表面法線負(fù)方向之間的夾角。因此,R2LET曲線的實(shí)驗(yàn)可歸結(jié)為在不同的重離子轟擊下(亦即對于不同的LET值)監(jiān)測N和F。N用計(jì)算機(jī)監(jiān)測記錄系統(tǒng)監(jiān)測,F則用譜儀監(jiān)測(圖1)。74LS74和74LS123邏輯電路的R2LET曲線隨總吸收劑量而變化的方向是不同的(圖2、3):對于74LS74,曲線隨總吸收劑量而下移,表明隨著總吸收劑量的增

7、大SEU減弱(圖2);相反,對于74LS123,曲線上移,意味著SEU隨總吸收劑量增大而增強(qiáng)。由此可以推斷,隨著衛(wèi)第3期　　敬　輝等:中小規(guī)模邏輯電路單粒子效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究269星入軌運(yùn)行時(shí)間的加長,74LS74SEU減弱,而74LS123SEU增強(qiáng)。本文對增強(qiáng)或減弱的程度2作了一定量的比較。當(dāng)總吸收劑量D(Si)由0增至116×10Gy時(shí),74LS74的R減小60%,而74LS123的R則增大37%(表3)。圖2　不同總吸收劑量下74LS74的R