專利名稱：一種測驗器件抗質(zhì)子單粒子效應能力的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及半導體器件試驗技術(shù)領域，特別是航天用半導體器件抗質(zhì)子單粒子效應能力檢測技術(shù)。
背景技術(shù)：
衛(wèi)星系統(tǒng)使用大量半導體集電路，如微處理器(CPU)、數(shù)字信號處理器(DSP)、現(xiàn)場可編程邏輯陣列(FPGA)、存儲器(Memory)、及門電路等，但應用在衛(wèi)星上的半導體集成電路在空間將遭遇非常惡劣的環(huán)境，如輻射環(huán)境、熱真空環(huán)境、微流星/空間碎片環(huán)境等。空間輻射環(huán)境將會引起半導體集成電路電離損傷及(/或)原子位移損傷。原子位移損傷是高能質(zhì)子入射半導體材料后原子移位，造成晶格缺陷，導致器件性能下降，移位損 傷是累積效應，即累積到一定注量也會導致器件失效；電離損傷包括總劑量效應損傷和單粒子效應損傷。總劑量效應損傷主要是由空間的質(zhì)子或電子入射半導體器件、在器件氧化層和界面態(tài)誘生電子-空穴對，導致器件電性能退化。單粒子效應是指單個高能粒子入射半導體器體導致器件存儲單位的狀態(tài)發(fā)生變化、或邏輯狀態(tài)發(fā)生變化、或其它如功能中止等現(xiàn)象，單粒子效應包括單粒子翻轉(zhuǎn)(SEU)、單粒子閂鎖(SEL)等,單粒子效應是瞬態(tài)效應，即器件在空間發(fā)生單粒子的概率是隨機的，單粒子效應主要由空間的重離子及高能質(zhì)子引起的。在地面開展電離損傷及(/或)原子位移損傷等空間環(huán)境效應試驗來科學有效地評估衛(wèi)星用器件抗輻射能力，是衛(wèi)星選用元器件的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是衛(wèi)星高可靠的重要保障。中國專利200910085542公開了一種衛(wèi)星用器件抗輻射能力的評估方法及其系統(tǒng)，該方法通過對待測器件進行重離子單粒子效應試驗獲取實驗數(shù)據(jù)，分析和和計算質(zhì)子單粒子反轉(zhuǎn)率，進而評估待測器件的抗輻射能力。但是，這種方法僅分析和計算了單粒子翻轉(zhuǎn)率獲得的器件抗質(zhì)子單粒子效應的能力不夠精確靈敏。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要解決的技術(shù)問題是提供一種測驗器件抗質(zhì)子單粒子效應能力的方法，它能夠準確靈敏地檢測出質(zhì)子對被試器件的影響，獲得器件抗質(zhì)子單粒子效應的能力。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種測驗器件抗質(zhì)子單粒子效應能力的方法，該方法包括步驟SI準備待測驗器件；S2進行質(zhì)子誘發(fā)的單粒子翻轉(zhuǎn)檢測SEU，獲得器件位的翻轉(zhuǎn)情況；S3進行質(zhì)子誘發(fā)的單粒子閂鎖檢測SEL，獲得器件的電流和功耗；S4根據(jù)所述翻轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)和器件的電流和功耗進行試驗數(shù)據(jù)的處理分析，獲得器件的抗質(zhì)子單粒子效應能力。所述的測驗器件抗質(zhì)子單粒子效應能力的方法，所述步驟S2進一步包括
S21從最聞質(zhì)子能量開始確定最劣條件，所述最劣條件包括最小和最大電源電壓、正入射、入射余角；S22在最小和最大電源電壓的情況下測量SEU截面；S23在正入射和兩個入射余角的情況下測量SEU截面；S24通過對比非TID輻射器件與TID輻射器件(系統(tǒng)要求TID指標的80%)的SEU截面確定總劑量敏感性，如果所述總劑量敏感性為敏感，則復合器件獲取單個截面曲線，如果所述總劑量敏感性為不敏感，則執(zhí)行步驟S25 ；S25按照質(zhì)子能量從高到低的順序，重復上述步驟S22-S24;S26確定器件的截面曲線。所述的測驗器件抗質(zhì)子單粒子效應能力的方法，所述步驟S3進一步包括 S31質(zhì)子能量大于400MeV，在最大偏置和溫度及正入射下進行閂鎖檢測；S32質(zhì)子能量介于180MeV到400MeV，在最大偏置和溫度及入射余角下進行閂鎖檢測；S33質(zhì)子能量小于180MeV到400MeV，在最大偏置和溫度下使用重離子進行閂鎖檢測。所述的測驗器件抗質(zhì)子單粒子效應能力的方法，所述步驟S4采用Bendel 2_參數(shù)方程計算器件的SEU截面，采用威布爾4-參數(shù)方程計算器件的飽和截面的相關(guān)性，所述Bendel 2_參數(shù)方程為s=S [1-exp (-0. 18Υα5)]4........................... (I)其中Y=(18/Α) °·5 (E-A)S表示質(zhì)子限制截面，單位為proton · cm2/bit ；E表示質(zhì)子能量,單位為MeV ；A表示質(zhì)子反應產(chǎn)生的翻轉(zhuǎn)的質(zhì)子能量閾值，單位為MeV ；s 表不 SEU 截面，單位為 proton · cm2/bit。所述威布爾4-參數(shù)方程為
權(quán)利要求
1.一種測驗器件抗質(zhì)子單粒子效應能力的方法，其特征在于，該方法包括步驟 Si準備待測驗器件； S2進行質(zhì)子誘發(fā)的單粒子翻轉(zhuǎn)檢測SEU，獲得器件位的翻轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)； S3進行質(zhì)子誘發(fā)的單粒子閂鎖檢測SEL，獲得器件的電流和功耗； S4根據(jù)所述翻轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)和器件的電流和功耗進行試驗數(shù)據(jù)的處理分析，獲得器件的抗質(zhì)子單粒子效應能力。
2.如權(quán)利要求I所述的測驗器件抗質(zhì)子單粒子效應能力的方法，其特征在于，所述步驟S2進一步包括 S21從最聞質(zhì)子能量開始確定最劣條件，所述最劣條件包括最小和最大電源電壓、正入射、入射余角； S22在最小和最大電源電壓的情況下測量SEU截面； S23在正入射和兩個入射余角的情況下測量SEU截面； S24通過對比TID輻射前器件與TID輻射后器件的SEU截面確定總劑量敏感性，如果所述總劑量敏感性為敏感，則獲取復合器件的單個截面曲線，如果所述總劑量敏感性為不敏感，則執(zhí)行步驟S25 ； S25按照質(zhì)子能量從高到低的順序，重復上述步驟S22-S24; S26確定器件的截面曲線。
3.如權(quán)利要求I所述的測驗器件抗質(zhì)子單粒子效應能力的方法，其特征還在于，所述步 驟S3進一步包括 S31質(zhì)子能量大于400MeV，在最大偏置和溫度及正入射下進行閂鎖檢測； S32質(zhì)子能量介于180MeV到400MeV，在最大偏置和溫度及入射余角下進行閂鎖檢測； S33質(zhì)子能量小于180MeV，在最大偏置和溫度下使用重離子進行閂鎖檢測。
4.如權(quán)利要求I所述的測驗器件抗質(zhì)子單粒子效應能力的方法，其特征在于，所述步驟S4采用Bendel 2-參數(shù)方程計算器件的SEU截面，采用威布爾4-參數(shù)方程計算器件的飽和截面的相關(guān)性，所述Bendel 2-參數(shù)方程為 s=S [1-exp (-0. 18Y0·5)]4........................... (I) 其中Υ=(18/Α)α5(Ε-Α) S表示質(zhì)子限制截面，單位為proton · cm2/bit ； E表示質(zhì)子能量，單位為MeV ； A表示質(zhì)子反應產(chǎn)生的翻轉(zhuǎn)的質(zhì)子能量閾值，單位為MeV ； s表不SEU截面，單位為proton · cm2/bit。
所述威布爾4-參數(shù)方程為 式中 σ sat一飽和截面，proton · cm2/bit ； EO—閾值能量，MeV ； w—位置參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種測驗器件抗質(zhì)子單粒子效應能力的方法。包括以下步驟第一步準備待測驗器件；第二步進行質(zhì)子誘發(fā)的單粒子翻轉(zhuǎn)檢測SEU，獲得器件位的翻轉(zhuǎn)情況；第三步進行質(zhì)子誘發(fā)的單粒子閂鎖檢測SEL，獲得器件的電流和功耗；第四步根據(jù)所述翻轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)和器件的電流和功耗進行試驗數(shù)據(jù)的處理分析，獲得器件的抗質(zhì)子單粒子效應能力。采用該方法可以更真實有效地模擬出空間輻射環(huán)境對宇航用半導體器件的單粒子效應，準確靈敏的獲得器件的抗質(zhì)子單粒子效應能力。
文檔編號G01R31/303GK102928773SQ20121035957
公開日2013年2月13日 申請日期2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月24日
發(fā)明者王群勇, 馮穎, 陽輝, 陳冬梅, 劉燕芳, 白樺, 陳宇 申請人:北京圣濤平試驗工程技術(shù)研究院有限責任公司