光子引入的單粒子效應.pdf

1、隨著空間科學技術的快速發(fā)展，越來越多的集成電路元器件被應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，如質子、重離子、伽馬射線等，這些粒子入射半導體器件會誘發(fā)單粒子效應，從而對電子器件的可靠性產生重大影響。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。
　　通常采用翻轉截面和有效LET閥值兩個指標來評估器件的抗單粒子效應。而通常采用的評估方法是輻射實驗的方法，但是

2、該方法的實驗成本較高、不易操作，并且不能對尚處于設計階段的器件進行抗單粒子效應評估。因此，國內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，以期能夠找到一種操作簡單，實驗費用較為便宜，并且能夠對尚處于設計階段的器件進行抗單粒子效應預測的可靠性評估方法。
　　針對已有抗單粒子效應預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單粒子翻轉效應的有效方法。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作了簡單介紹；對光子和重離子的單粒子效應的物理機制進行了詳細闡述，并比較了二者的異同；以SRAM為例，詳細分析了單粒子翻轉效應機制；重點介紹了RPP模型和復合敏感體模型的原理，并比較了兩者的優(yōu)缺點。
　　2.根據(jù)已有經驗公式，推導出線性吸收條件下光子能量等效重離子LET的計算公式，并綜合考慮非線性吸收效應和器件表面鈍

4、化層的影響，修正了計算公式。最后用實際算例驗證了等效LET公式的正確性，并分析了產生誤差的原因。
　　3.詳細介紹了TCAD軟件的結構和物理特性，及其結合Hsp ice軟件的混合仿真原理；通過TCAD軟件對45nm工藝SRAM進行三維建模和校準，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)點電壓剛好發(fā)生翻轉時的重離子LET值，此LET值即為NMOS管的臨界LET，對應的漏極節(jié)點收集到的有效電荷是單粒子翻轉

5、的臨界電荷量。通過改變重離子的入射位置，提取出復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，光子輸運的物理過程，初級光子等進行了定義；基于收集到的有效電荷，編寫了SEU判斷模塊，設置了事件循環(huán)次數(shù)，并對翻轉事件次數(shù)進行統(tǒng)計。通過Gea nt4仿真，得到了不同能量光子的翻轉截面，應用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