[发明专利]一种用加速器高能质子进行器件质子单粒子试验的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用加速器高能质子进行器件质子单粒子试验方法，可用于指导对大规模集成电路质子单粒子翻转敏感性进行评估，为卫星设计师选用超大规模集成电路和进行抗辐射加固设计提供参考数据，也为器件研制抗辐照加固器件提供参考数据。

背景技术

卫星工作在空间辐射环境中，单粒子效应会引起卫星电子系统故障。随着卫星应用发展，对卫星可靠性要求不断提高。但是，随着集成度提高、特征尺寸减少，大规模电路的单粒子翻转趋向敏感，质子通过核反应或直接电离可引起单粒子翻转，在轨卫星发生了疑似质子单粒子翻转引起的电子系统故障。

国内外愈来愈重视质子引起的单粒子效应。大规模集成电路空间应用前，需要在地面用加速器产生的高能质子进行质子单粒子效应辐照试验，获得质子单粒子翻转数据，为元器件选用和抗辐射加固设计提供依据。

目前已制定了重离子单粒子试验标准方法，如航天行业标准QJ10005，该标准适用于采用加速器重离子评估器件因空间重离子引起的单粒子翻转，不适用于评估质子引起的单粒子翻转。而空间辐射环境中，除有重离子，还有质子，随着微电子技术的发展，器件的单粒子敏感度增加，质子引起的单粒子翻转愈来愈显著，需要建立评估空间质子引起的单粒子效应的试验方法。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种用加速器高能质子进行器件质子单粒子试验的方法。实现了卫星用大规模器件质子单粒子效应的评估，最大程度满足卫星抗辐射加固设计的需求。

本发明的技术解决方案是：

一种用加速器产生的高能质子进行器件质子单粒子翻转试验的方法，其特征在于步骤如下：

（1）被试样品加工

被测器件单粒子翻转LET阈值低于15MeV.cm²/mg，辐照前，样品必需开帽，使芯片裸露，

被测器件单粒子翻转LET阈值大于15MeV.cm²/mg，辐照前，样品可不开帽；

（2）单粒子试验板开发

被测器件放置在单粒子试验板上。单粒子试验板上被测器件周围不准许放置单粒子翻转LET阈值低于15MeV.cm²/mg的器件，

若试验板上需要放置单粒子翻转LET阈值低于15MeV.cm²/mg的器件，其与被试器件的距离应足够远，大于5cm；

（3）质子能量种类选择

选择不少于5种能量的质子进行试验；

（4）质子能量选择

对于单粒子翻转LET阈值低于<1MeV.cm²/mg的被试器件，应根据被试器件芯片表明的钝化层厚度和金属化层厚度，采用软件计算，如TRIM,计算质子到达芯片敏感区后的能量，要求有一种能量的质子达到芯片敏感区的能量在0.7MeV左右，

对于单粒子翻转LET阈值低于>1MeV.cm²/mg的被试器件，选择至少5种能量的质子进行试验，使得获得的最大翻转截面与最小翻转截面相差至少1个数量级以上，建议选择的质子能量范围覆盖5~190MeV；

（5）质子注量率选择

根据被测器件的单粒子翻转发生频度选择合适的注量率，以便实现检测系统对发生的单粒子翻转有充足的检测并完成数据处理的时间，要求：

t₁>10×t₂

其中，t1为器件发生两次单粒子翻转的时间间隔，t2为检测系统完成1次单粒子翻转检测和数据处理及数据记录所需的时间；

（6）质子注量选择

根据被测器件的单粒子翻转发生数和抗总剂量能力选择累积注量，质子的注量选择应满足以下三点：

a. 发生的单粒子翻转数不少于100个，或质子总注量达到10¹²质子/cm²，

b. 器件受到的累积总剂量不超过器件的抗总剂量能力；

c. 假若器件受的累积总剂量超过器件的抗总剂量能力，但未达到a的要求，则应更换新的样品，接着进行辐照，

（7）质子单粒子试验；

对安装在试验板上的被试器件，采用选定能量的质子进行辐照，记录每个能量下检测到的单粒子翻转数。

本发明与现有技术相比的有益效果是：