專利名稱：響應(yīng)宇宙射線檢測(cè)的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及響應(yīng)檢測(cè)宇宙射線的集成電路芯片以及相關(guān)系統(tǒng)和宇宙射線檢測(cè)器。
背景技術(shù)：
地球表面上的正常背景輻射環(huán)境具有有時(shí)影響半導(dǎo)體集成電路芯片(例如計(jì)算機(jī)中使用的存儲(chǔ)器芯片)的可靠性的電離部分。如果入侵的粒子接近芯片中的p-n結(jié)，則它可能引起軟錯(cuò)誤，或可能引起信號(hào)更改電壓并由此導(dǎo)致更改電壓值的數(shù)據(jù)位的單粒子翻轉(zhuǎn)?？赡芤驌舸┝Ｗ佣a(chǎn)生過量的電子-空穴對(duì)。p-n結(jié)附近的場(chǎng)如果足夠強(qiáng)，則在這些電子和空穴復(fù)合之前將它們分離，并將相應(yīng)符號(hào)的過量載流子清除到附近的裝置觸點(diǎn)。如果這種收集的電荷超過臨界閾值，則可能寄存隨機(jī)信號(hào)。
中子或質(zhì)子形式的宇宙射線可以隨機(jī)地撞擊芯片中的硅核并將它們分裂，產(chǎn)生阿爾法粒子和其他再生粒子、包括反沖核子。它們可能攜帶能量向各個(gè)方向前進(jìn)，其中的能量可能非常高(但是固然小于進(jìn)入的核子能量)。這樣產(chǎn)生的阿爾法粒子軌跡有時(shí)可能穿過硅延伸一百微米。電離粒子的軌跡可能穿過感興趣芯片體延伸若干分之一微米到幾個(gè)微米，由此以每3.6eV(電子伏特)能量損失一對(duì)的速率生成電子-空穴對(duì)。典型的軌跡可以表示百萬(wàn)對(duì)空穴和電子。
發(fā)生過宇宙射線引起的計(jì)算機(jī)崩潰，并且預(yù)期隨著裝置(例如晶體管)在芯片中的尺寸縮小，這種崩潰的情況會(huì)更頻繁。這種問題凸顯成為將來(lái)十年內(nèi)計(jì)算機(jī)可靠性的主要限制因素。
曾提出多種方法來(lái)消除或減少因芯片中宇宙射線的相互作用導(dǎo)致的軟錯(cuò)誤的數(shù)量。這些方法都不完全成功，特別是由于裝置的尺寸在不斷縮小。
另一種方法是接受一些軟錯(cuò)誤的發(fā)生，并設(shè)計(jì)存儲(chǔ)器和邏輯電路以在所有計(jì)算中包含冗余性。這種方法包括更多的門電路和在貢獻(xiàn)冗余的元件之間包括足夠的空間隔離以避免來(lái)自相同宇宙射線的相互軟錯(cuò)誤。這種方法對(duì)于許多芯片來(lái)說(shuō)是不可行的。


通過下文給出的詳細(xì)描述以及本發(fā)明實(shí)施例的附圖，將更全面地理解本發(fā)明，當(dāng)然這些附圖不應(yīng)視為將本發(fā)明限于所描述的特定實(shí)施例，而只應(yīng)視為出于解釋和理解目的。
圖1是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例包括具有電路的芯片和宇宙射線檢測(cè)器的系統(tǒng)的示意框圖表示。
圖2和圖3分別是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的圖1中的電路的示意框圖表示。
圖4和圖5分別是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的芯片的示意框圖表示。
圖6是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的具有兩個(gè)芯片的系統(tǒng)。
圖7和圖8分別是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的芯片的示意框圖表示。
圖9和圖10分別是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例、包括芯片和三個(gè)宇宙射線檢測(cè)器的系統(tǒng)的示意框圖表示。
圖11是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例、包括芯片和宇宙射線檢測(cè)器的系統(tǒng)的示意框圖表示。
圖12是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例、包括芯片和三個(gè)宇宙射線檢測(cè)器的系統(tǒng)的示意框圖表示。
圖13和圖14分別是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例、包括兩個(gè)宇宙射線檢測(cè)器的芯片的橫截面?zhèn)纫晥D的示意框圖表示。
圖15是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例、包括兩個(gè)宇宙射線檢測(cè)器的芯片和封裝的橫截面?zhèn)纫晥D的示意框圖表示。
圖16、圖17和圖18分別是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例、包括宇宙射線檢測(cè)器的芯片的橫截面?zhèn)纫晥D的示意框圖表示。
圖19是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例、包括宇宙射線檢測(cè)器的芯片和封裝的橫截面?zhèn)纫晥D的示意框圖表示。
圖20是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的宇宙射線檢測(cè)器、電流測(cè)量電路和放大器的示意框圖表示。
圖21是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的包括宇宙射線檢測(cè)器的芯片的橫截面?zhèn)纫晥D的示意框圖表示。
圖22和圖23分別是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例、與宇宙射線檢測(cè)器相關(guān)聯(lián)的芯片的示意框圖表示。
圖24和圖25分別是可根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例使用的電路的示意框圖表示。
具體實(shí)施例方式
A.芯片和系統(tǒng)的示例參考圖1，芯片20包括接收導(dǎo)體22上的輸入信號(hào)并向輸出導(dǎo)體28提供輸出信號(hào)的電路24。電路24可以包括任何范圍廣泛的電路，并可以執(zhí)行任何范圍廣泛的功能。宇宙射線檢測(cè)器26檢測(cè)進(jìn)入芯片20的至少一些宇宙射線。宇宙射線檢測(cè)器26向電路24提供宇宙射線的檢測(cè)的指示。能以多種方式指示宇宙射線檢測(cè)信號(hào)。例如，宇宙射線檢測(cè)信號(hào)可以是導(dǎo)體上從宇宙射線檢測(cè)器26到電路24的邏輯高電壓，而相同導(dǎo)體上的邏輯低電壓指示未檢測(cè)到宇宙射線，當(dāng)然并非必定如此。宇宙射線檢測(cè)器26與電路24之間可能有圖1中未示出的附加電路。因此，宇宙射線檢測(cè)信號(hào)可能在宇宙射線檢測(cè)器26與電路24之間改變它的形式、狀態(tài)或其他特征。如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“宇宙射線”旨在廣義地解釋為包括可能改變芯片中的信號(hào)電壓的各種宇宙射線或粒子。
在一些實(shí)施例中，宇宙射線檢測(cè)器26通過檢測(cè)宇宙射線與芯片或芯片封裝的相互作用來(lái)間接地檢測(cè)宇宙射線，而不是直接檢測(cè)宇宙射線本身。在其他實(shí)施例中，宇宙射線檢測(cè)器26直接檢測(cè)宇宙射線。在一些實(shí)施例中，宇宙射線檢測(cè)器26同時(shí)可以直接和間接地檢測(cè)宇宙射線?？深A(yù)期一些檢測(cè)到的宇宙射線將導(dǎo)致軟錯(cuò)誤，而其他檢測(cè)到的宇宙射線不會(huì)導(dǎo)致軟錯(cuò)誤。宇宙射線檢測(cè)器26將不知道宇宙射線是否確實(shí)導(dǎo)致了軟錯(cuò)誤。還可能的是，一些宇宙射線檢測(cè)器可能有時(shí)誤識(shí)別宇宙射線，并響應(yīng)誤識(shí)別創(chuàng)建宇宙射線檢測(cè)信號(hào)。
根據(jù)該實(shí)施例，電路24能以多種方式響應(yīng)接收到宇宙射線檢測(cè)信號(hào)。例如，在一些實(shí)施例中，電路24臨時(shí)性地停止向?qū)w28發(fā)送輸出信號(hào)。丟棄電路24的一些或所有內(nèi)部信號(hào)，并由電路24再次處理至少一些輸入信號(hào)。如下文所解釋的，在一些實(shí)施例中，保存并再次使用一些內(nèi)部信號(hào)，而非將其丟棄。在重新處理輸入信號(hào)之后，將得到的輸出信號(hào)提供到導(dǎo)體28。可以通過阻止時(shí)鐘信號(hào)對(duì)輸出信號(hào)設(shè)置時(shí)鐘來(lái)臨時(shí)性地停止輸出信號(hào)。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)體28臨時(shí)性地被置于高阻抗?fàn)顟B(tài)(也稱為三態(tài)狀態(tài))，當(dāng)然也并非必定如此。
在一些實(shí)施例中，當(dāng)檢測(cè)到宇宙射線時(shí)，電路24在較早狀態(tài)處重新啟動(dòng)。這是推測(cè)性執(zhí)行的一個(gè)新變體，其中推測(cè)是將不發(fā)生任何軟錯(cuò)誤。一個(gè)或多個(gè)位值可以記錄芯片工作期間邏輯處理單元附近的宇宙射線事件。對(duì)于許多操作來(lái)說(shuō)，記錄一個(gè)或多個(gè)信號(hào)(潛在地)遇到錯(cuò)誤就足夠了，即便是在操作完成之后并且結(jié)果正由另一個(gè)邏輯實(shí)體使用。
圖2提供圖1的電路24的示例，然而電路24不一定要包括這些細(xì)節(jié)。在圖2的示例中，電路24包括子電路SC1、SC2和SC3。這些子電路可以是從非常簡(jiǎn)單的電路到非常密集的包含數(shù)百萬(wàn)個(gè)晶體管的電路的任何電路。子電路SC1接收輸入信號(hào)，并對(duì)它們執(zhí)行某些操作以創(chuàng)建內(nèi)部信號(hào)IS1。子電路SC2接收內(nèi)部信號(hào)IS1，并對(duì)此響應(yīng)以創(chuàng)建內(nèi)部信號(hào)IS2。子電路SC3是輸出電路，它接收內(nèi)部信號(hào)IS2并選擇性地將它們作為輸出信號(hào)提供到導(dǎo)體28。通過來(lái)自邏輯32的輸出控制信號(hào)選擇性地阻止子電路SC3輸出輸出信號(hào)(例如，通過阻止時(shí)鐘信號(hào)對(duì)輸出信號(hào)設(shè)置時(shí)鐘)。子電路SC3可以是簡(jiǎn)單的邏輯門或者較復(fù)雜。除了所示的那些信號(hào)外，這些子電路可以接收輸入和輸出信號(hào)。
操作中，通常的情況是，宇宙射線檢測(cè)器26沒有檢測(cè)到宇宙射線，并不將宇宙射線檢測(cè)信號(hào)提供到電路24的邏輯32。當(dāng)沒有接收到宇宙射線檢測(cè)信號(hào)時(shí)，邏輯32不使子電路SC3因檢測(cè)到的宇宙射線(當(dāng)然也可能存在邏輯32阻止輸出信號(hào)的另一個(gè)原因)而阻止信號(hào)IS2傳到輸出導(dǎo)體28。另一方面，當(dāng)接收到宇宙射線檢測(cè)信號(hào)時(shí)，邏輯32使輸出控制信號(hào)臨時(shí)性地使子電路SC3不傳遞內(nèi)部信號(hào)IS2。在一些實(shí)施例中，不重新啟用子電路SC3，直到IS2適于它進(jìn)行輸出為止。
在圖2中，可以僅通過在施加新輸入時(shí)更改子電路SC1和SC2中的內(nèi)部信號(hào)來(lái)丟棄它們?；蛘撸鐖D3所示，邏輯32可以向SC1和SC2提供丟棄信號(hào)以使內(nèi)部信號(hào)被丟棄。
在一些實(shí)施例中，邏輯32還可以使至少一些輸入信號(hào)再次施加到電路24或這些子電路中的其中一些。這可以使電路24在信號(hào)的先前狀態(tài)上工作。
在一些實(shí)施例中，將輸入信號(hào)存儲(chǔ)在臨時(shí)存儲(chǔ)器中，并從臨時(shí)存儲(chǔ)器將其施加到電路24，雖然此類臨時(shí)存儲(chǔ)器不包括在所有實(shí)施例中。在一些實(shí)施例中，還將一些內(nèi)部信號(hào)存儲(chǔ)在臨時(shí)存儲(chǔ)器中以供再次使用。在這些實(shí)施例中，某些輸入信號(hào)和內(nèi)部信號(hào)的組合可以構(gòu)成較早的狀態(tài)。例如，邏輯32可以指示電路24從臨時(shí)存儲(chǔ)器讀取。
圖4示出具有作為電路24的一部分的臨時(shí)存儲(chǔ)器48的芯片40。臨時(shí)存儲(chǔ)器48可以包括寄存器、SRAM、DRAM、閃速存儲(chǔ)器或其他類型的存儲(chǔ)器。圖5示出芯片50，其中臨時(shí)存儲(chǔ)器48從電路24移除，但是仍在與電路24相同的芯片中。將臨時(shí)存儲(chǔ)器從電路24移除的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，在將臨時(shí)存儲(chǔ)器48與電路24在空間上分開的情況下，如果宇宙射線擊中電路24，則同樣也影響臨時(shí)存儲(chǔ)器48的可能性不大。圖6圖示包括電路24的芯片60和仍具有臨時(shí)存儲(chǔ)器48的另一個(gè)芯片66。臨時(shí)存儲(chǔ)器48與電路24之間可能有圖6中未示出的附加電路。
例如，圖7圖示包括電路24的芯片80，該電路24從高速緩存82接收數(shù)據(jù)和指令。高速緩存82可以表示多個(gè)高速緩存。如圖7所示，電路24包括提取電路86、流水線88和邏輯92，雖然不一定所有實(shí)施例中都包括這些元件。在普通操作中，提取電路86從高速緩存82提取指令。流水線88執(zhí)行所提取的指令的至少一些?？梢灾苯踊蚪?jīng)提取電路86將來(lái)自高速緩存82的數(shù)據(jù)提供到流水線88。當(dāng)檢測(cè)到宇宙射線時(shí)，由邏輯92接收宇宙射線檢測(cè)信號(hào)，邏輯92可以與圖2中的邏輯32相同或相似。在圖7的示例中，邏輯92使流水線88的全部或一部分刷新并臨時(shí)性地阻止向?qū)w28輸出數(shù)據(jù)。邏輯92使提取電路86重新提取流水線88的指令。流水線88還可以根據(jù)需要從高速緩存82檢索數(shù)據(jù)。由此，如果因宇宙射線而將錯(cuò)誤引入到流水線88的一些數(shù)據(jù)或指令中，則可以與數(shù)據(jù)一起重新執(zhí)行這些指令。
圖8與圖7相似，例外的是圖8中的芯片96包括臨時(shí)存儲(chǔ)器48，它保存數(shù)據(jù)以在檢測(cè)到宇宙射線的情況下供流水線88使用。當(dāng)流水線88處理指令和數(shù)據(jù)時(shí)，它可以生成可存儲(chǔ)在臨時(shí)存儲(chǔ)器48中以及在一些實(shí)施例中還存儲(chǔ)在高速緩存82中的內(nèi)部數(shù)據(jù)。當(dāng)邏輯92檢測(cè)到宇宙射線檢測(cè)信號(hào)時(shí)，邏輯92可以使流水線88根據(jù)需要從臨時(shí)存儲(chǔ)器48檢索其中的至少一些數(shù)據(jù)。在一些實(shí)施例中，還可以將來(lái)自高速緩存82的一些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在臨時(shí)存儲(chǔ)器48中。在一些實(shí)施例中，臨時(shí)存儲(chǔ)器48還保存至少一些指令和來(lái)自高速緩存82的數(shù)據(jù)。還存在一些用于查看數(shù)據(jù)是否有錯(cuò)誤的錯(cuò)誤檢測(cè)技術(shù)，但是這不是必需的。
當(dāng)然，所示或所描述的每個(gè)芯片還可以具有各種存儲(chǔ)器，這些存儲(chǔ)器在附圖中未圖示且臨時(shí)存儲(chǔ)在響應(yīng)檢測(cè)到宇宙射線而重新執(zhí)行時(shí)可能不使用的多種數(shù)據(jù)。一些存儲(chǔ)器可以保存重新執(zhí)行時(shí)使用的一些信號(hào)和重新執(zhí)行時(shí)不使用的其他信號(hào)。
圖9圖示芯片100，它包括具有相關(guān)聯(lián)的臨時(shí)存儲(chǔ)器TS1、TS2和TS3的電路C1、電路C2和電路C3。電路C1提供輸出信號(hào)Out1。電路C2和C3具有相應(yīng)的輸入信號(hào)Out1和Out2，以及相應(yīng)的輸出信號(hào)Out2和Out3。該電路還可以具有其他輸入信號(hào)(例如圖示輸入到電路C2中的那些)和其他輸出信號(hào)(未示出)。可以包括與邏輯32或82相似的邏輯。三個(gè)宇宙射線檢測(cè)器CRD1、CRD2和CRD3位于不同位置。在一些實(shí)施例中，CRD1最靠近電路C1，CRD2最靠近電路C2，以及CRD3最靠近電路C3。
在圖10中，芯片110與圖9中的芯片100相似。芯片100和芯片110之間的一個(gè)不同之處是，芯片110中的臨時(shí)存儲(chǔ)器TS1、TS2和TS3組合在存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)116中。相比之下，在圖9中，TS1、TS2和TS3在空間上是分開的。另一個(gè)不同之處是，在芯片110中，CRD1、CRD2和CRD3的每一個(gè)向電路C1、C2和C3的每一個(gè)提供宇宙射線檢測(cè)信號(hào)。這樣做的原因是，一些宇宙射線檢測(cè)器從芯片中任何地方或芯片的相當(dāng)大體積檢測(cè)宇宙射線。因此，多于一個(gè)的檢測(cè)器可以檢測(cè)特定的宇宙射線。哪個(gè)宇宙射線檢測(cè)器最靠近宇宙射線相互作用可能并不清楚。在此情況中，最安全的是將該事件通知所有電路。如果宇宙射線檢測(cè)器檢測(cè)到僅靠近或非常靠近這些檢測(cè)器的相互作用，則恰當(dāng)?shù)淖龇ㄊ亲孋RD1、CRD2和CRD3的每一個(gè)都將宇宙射線檢測(cè)信號(hào)提供到這些電路的僅其中一個(gè)?？梢允褂酶鼜?fù)雜的電路來(lái)更精確地確定宇宙射線相互作用發(fā)生在哪里。例如，可以使用一些三角測(cè)量或定時(shí)電路，但是并非一定如此。在圖9中，將宇宙射線檢測(cè)信號(hào)提供到所有上游電路。在圖12中，每次將宇宙射線檢測(cè)信號(hào)僅施加于一個(gè)電路。
僅作為示例，圖8中的高速緩存82可以是圖10中的C1連同包括在存儲(chǔ)器116中的臨時(shí)存儲(chǔ)器48。圖8可以對(duì)于高速緩存82和流水線88具有不同的臨時(shí)存儲(chǔ)器，如圖9所示。
圖11圖示芯片120和128。電路24向芯片128的電路134提供輸出信號(hào)。此外，電路24選擇性地向芯片128的宇宙射線響應(yīng)電路130提供宇宙射線事件信號(hào)。宇宙射線事件信號(hào)指示檢測(cè)到宇宙射線，并且它可能已經(jīng)導(dǎo)致來(lái)自電路24的輸出信號(hào)中的潛在錯(cuò)誤。宇宙射線響應(yīng)電路130確定關(guān)于來(lái)自芯片120的輸出信號(hào)中的該潛在錯(cuò)誤要做什么。例如，在一些實(shí)施例中，宇宙射線響應(yīng)電路130使電路134忽略輸入信號(hào)，并等待來(lái)自芯片120的新(重新處理的)輸出信號(hào)。電路130可以請(qǐng)求芯片120重新處理并發(fā)送另一個(gè)輸出信號(hào)。在其他實(shí)施例中，宇宙射線響應(yīng)電路130可以允許電路134在對(duì)輸入信號(hào)的多種測(cè)試成功的情況下接受這些輸入信號(hào)，否則忽略這些輸入信號(hào)并等待新輸入信號(hào)。
參考圖24，圖11中的宇宙射線響應(yīng)電路130可以包括錯(cuò)誤檢測(cè)和校正電路302，以便檢測(cè)輸出信號(hào)中的錯(cuò)誤并校正它們。這些錯(cuò)誤可能是軟錯(cuò)誤或軟錯(cuò)誤導(dǎo)致的其他錯(cuò)誤。如果沒有宇宙射線事件信號(hào)(或如果未聲明它)，則可以將這些輸入信號(hào)(從芯片120輸出的)傳遞到電路134。如果有宇宙射線事件信號(hào)，則可能的話可以檢測(cè)錯(cuò)誤，并且可能的話校正錯(cuò)誤。參考圖25，電路24和(該電路)可以包括錯(cuò)誤檢測(cè)和校正電路306。在這方面，不是重新處理信號(hào)，可以檢測(cè)響應(yīng)并校正錯(cuò)誤。當(dāng)然，在一些情況中，響應(yīng)檢測(cè)到宇宙射線，檢測(cè)和/或校正錯(cuò)誤也許是不可能的，重新處理則是恰當(dāng)?shù)?。因此，在一些?shí)施例中，電路24和130沒有錯(cuò)誤檢測(cè)或錯(cuò)誤校正電路。
在電路24與電路134之間可能有附加的電路(未示出)，以及在電路24與宇宙射線響應(yīng)電路130之間可能有附加電路(未示出)。因此，輸出信號(hào)和宇宙射線事件信號(hào)可以更改形式、狀態(tài)或其他特征。而且，可以在相同導(dǎo)體上以并行或串行形式將輸出信號(hào)和宇宙射線事件信號(hào)時(shí)間復(fù)用或分組化。
圖12示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的芯片140的細(xì)節(jié)，但是其他實(shí)施例不包括這些細(xì)節(jié)。參考圖12，芯片140與圖9中的芯片100相似。但是，電路C3選擇性地在導(dǎo)體148上提供宇宙射線事件信號(hào)。宇宙射線事件信號(hào)指示檢測(cè)到與芯片140相關(guān)聯(lián)的宇宙射線。芯片140還包括將宇宙射線事件信號(hào)從電路C1提供到C2的導(dǎo)體144和將宇宙射線事件信號(hào)從電路C2提供到C3的導(dǎo)體146。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)體144上的宇宙射線事件信號(hào)直接來(lái)自于導(dǎo)體150，而在其他實(shí)施例中，它是間接的。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)體146上的宇宙射線事件信號(hào)直接來(lái)自于導(dǎo)體144或152，而在其他實(shí)施例中，它是間接的。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)體148上的宇宙射線事件信號(hào)直接來(lái)自于導(dǎo)體146或154，而在其他實(shí)施例中，它是間接的。
在不同的實(shí)施例中，宇宙射線檢測(cè)器可以設(shè)在不同位置。例如，圖13圖示在襯底172(也可以是硅)上具有活性(active)硅區(qū)域170的芯片。宇宙射線檢測(cè)器CRD1和CRD2形成在硅的活性區(qū)中。在圖14中，宇宙射線檢測(cè)器CRD1和CRD2在襯底182上形成，襯底182支持活性硅區(qū)域180。在圖15中，宇宙射線檢測(cè)器CRD1和CRD2形成在封裝196中，封裝196支持其上形成活性硅區(qū)域180的襯底192。本發(fā)明并不局限于這些細(xì)節(jié)。圖13-19與圖21的芯片可以是倒裝的(例如采用倒裝芯片設(shè)置)。在圖15中，可以將CRD1和CRD2設(shè)在活性硅180的另一側(cè)。即，可以更改圖15，這樣CRD1和CRD2在活性硅204上方，而非如圖15所示在它下方(其中“上方”和“下方”并非一定是地心引力方向)。
在一些實(shí)施例中，只有一個(gè)宇宙射線檢測(cè)器用于芯片，而在其他一些實(shí)施例中，可以有多于一個(gè)的檢測(cè)器，包括許多檢測(cè)器。
相對(duì)于芯片的相對(duì)大小，宇宙射線檢測(cè)器可以大于或小于附圖中的那些檢測(cè)器。實(shí)際上，所有附圖本質(zhì)上是示意的，并不是要在附圖中示出組件的實(shí)際或相對(duì)尺寸。
在不同的實(shí)施例中，宇宙射線檢測(cè)器相對(duì)于芯片上表面和下表面處于不同方向。宇宙射線檢測(cè)器可以是與上表面和下表面并行或垂直或它們可以相對(duì)于上表面和下表面處于其他角度。
本文所描述的芯片可以在硅襯底上制造或可以是其他類型的芯片，如砷化鎵芯片?？梢允褂枚喾N類型的制造處理器。隨著制造技術(shù)的發(fā)展，芯片可以具有與圖示的不同的特征，本發(fā)明的原理仍將適用。
B.宇宙射線檢測(cè)器可以使用多種類型的宇宙射線檢測(cè)器，包括目前可得到的那些和將會(huì)制造的那些。目前的集成電路芯片具有頂層硅，它包含全部活性元件且可能只有一微米的厚度。隨著發(fā)展到納米技術(shù)，工作厚度將可能降低。導(dǎo)致軟錯(cuò)誤的宇宙射線可能導(dǎo)致硅核離散，并在百微米長(zhǎng)度級(jí)的軌跡上產(chǎn)生細(xì)微的電離碎片。釋放的下一能量可能是幾百萬(wàn)電子伏特，并且最終產(chǎn)生物可能是每個(gè)粒子的具有幾電子伏特的典型能量的幾百萬(wàn)個(gè)電子-空穴對(duì)。多種類型的宇宙射線檢測(cè)器可以檢測(cè)這些電子-空穴對(duì)。
在不同實(shí)施例中，宇宙射線檢測(cè)器可以包括電、光學(xué)、機(jī)械或聲學(xué)組件或一個(gè)或多個(gè)電、光學(xué)、機(jī)械或聲學(xué)組件的組合。在一些實(shí)施例中，宇宙射線檢測(cè)器可以包括非電、光學(xué)、機(jī)械或聲學(xué)組件的組件。
在一些實(shí)施例中，宇宙射線檢測(cè)器檢測(cè)宇宙射線的碎片束。在一些實(shí)施例中，宇宙射線檢測(cè)器包括大的分布式P-N結(jié)以收集電荷。在一些實(shí)施例中，宇宙射線檢測(cè)器包括嵌入到一些光學(xué)透明支持絕緣體(例如鉆石散熱器)中的光學(xué)宇宙射線檢測(cè)器。例如，一百萬(wàn)個(gè)電子-空穴對(duì)可以產(chǎn)生大量的復(fù)合光子。在一些實(shí)施例中，可以使用閃爍體面板(當(dāng)電荷粒子通過它時(shí)發(fā)出少量閃爍光(光子))、將光從閃爍體引出的光導(dǎo)管和光子檢測(cè)器。
在一些實(shí)施例中，宇宙射線檢測(cè)器包括微型機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的陣列。MEMS宇宙射線檢測(cè)器可以是機(jī)械元件、傳感器、激勵(lì)器和電子元件在非常小規(guī)模上的集成。宇宙射線檢測(cè)器可以包括探針(tip)或其他應(yīng)變檢測(cè)器，以便通過在襯底上傳播的聲波來(lái)檢測(cè)來(lái)自核碰撞的沖擊波。
要理解當(dāng)宇宙射線將硅核分裂時(shí)，在小于1納秒內(nèi)釋放約10 Mev(百萬(wàn)電子伏特)或1 pJ(皮焦耳)的能量。在電子與空穴復(fù)合時(shí)，凈宇宙射線能量以局部發(fā)熱或從沖擊點(diǎn)發(fā)出聲子云的形式出現(xiàn)。假定復(fù)合在約一納秒內(nèi)發(fā)生且給定聲子速度在約10 Km/sec(公里/秒)的格中，我們看到宇宙射線已經(jīng)轉(zhuǎn)換成具有波陣面(wavefront)可能在0.01mm(毫米)厚度級(jí)上的強(qiáng)聲波。在與聲源5mm的距離處，該波形可能產(chǎn)生0.3 mW/cm-2(毫瓦/平方厘米)的峰值聲功率密度。在平方波長(zhǎng)的孔上，可以接收到0.3 nW(納瓦)的峰值功率。對(duì)于吉赫帶寬(1/ns)(納秒)的此信號(hào)，熱噪聲可能約為10-11瓦特。因此，對(duì)于此波形，可能有非常大的信噪。可能存在因電路開關(guān)所致的其他噪聲源，但是此形式的發(fā)熱的特征應(yīng)該非常不同。注意實(shí)際這些數(shù)值在具體示例中可能是有所不同的。
通過將非常靈敏的應(yīng)變宇宙射線檢測(cè)器結(jié)合在懸臂中，可以構(gòu)建高速聲學(xué)宇宙射線檢測(cè)器。一種可能性是將掃描隧道顯微鏡STM結(jié)構(gòu)結(jié)合在懸臂中。STM結(jié)構(gòu)可以檢測(cè)小如原子直徑的1/10000的位移。在一些實(shí)施例中，宇宙射線檢測(cè)器包括將不對(duì)慢速聲波響應(yīng)的非常小的懸臂。如果懸臂在0.01mm長(zhǎng)度級(jí)，則它可以最優(yōu)地響應(yīng)宇宙射線事件的陡峭波形。大很多或小很多的懸臂往往可能忽略這種大小的擾動(dòng)。但是，期望長(zhǎng)度的懸臂可能因多種因素而有所不同。懸臂的剛度或其他特性可能影響期望的長(zhǎng)度并可以被選擇為實(shí)現(xiàn)期望的移動(dòng)?？梢允箲冶鄣牡谝还舱窕蝽憫?yīng)頻率與預(yù)期來(lái)自宇宙射線的主頻匹配。(當(dāng)然，在一些實(shí)施例中，宇宙射線檢測(cè)器不包括懸臂。)在一些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)宇宙射線檢測(cè)器包括調(diào)諧到來(lái)自宇宙射線事件的預(yù)期聲波的一個(gè)或多個(gè)MEMS結(jié)構(gòu)。STM結(jié)構(gòu)探針可以提供對(duì)聲波的極靈敏應(yīng)變檢測(cè)。
整個(gè)事件可以在小于一納秒內(nèi)釋放它的能量。因此，能夠在計(jì)算進(jìn)行非常遠(yuǎn)之前設(shè)置一個(gè)或多個(gè)軟誤碼。如果使用的話，一個(gè)或多個(gè)軟錯(cuò)誤位可以在邏輯32和邏輯82中。
圖16圖示具有宇宙射線檢測(cè)器206的芯片202，宇宙射線檢測(cè)器206包括懸臂212、STM結(jié)構(gòu)探針204和蝕刻硅探針218。宇宙射線火球220表示宇宙射線與襯底208中活性硅204附近的硅之間的相互作用。響應(yīng)該相互作用，波導(dǎo)致STM結(jié)構(gòu)探針214與探針218之間的距離改變。這種改變被檢測(cè)到，并解釋為由宇宙射線所致。在宇宙射線檢測(cè)器206與活性硅204之間示出一個(gè)可選的放大器216。在實(shí)際中，放大器216可以是宇宙射線檢測(cè)器206的一部分、活性硅204的一部分或位于二者之間。其他附圖中未示出放大器216和宇宙射線火球220，以避免干擾。
圖17圖示與圖16中的芯片202相似的芯片222，例外的是該芯片在方向上是倒裝的，以便宇宙射線檢測(cè)器206位于支架232支撐的腔體內(nèi)。
圖18圖示與圖17中的芯片222相似的芯片232，例外的是其腔體234較之圖17所示的更靠近活性硅204。
圖19圖示位于封裝246中的芯片242和腔體234?？梢詫⒂钪嫔渚€檢測(cè)器206設(shè)在活性硅204的另一側(cè)。即，可以更改圖19，這樣宇宙射線檢測(cè)器206在活性硅204下方，而非如圖19所示在它上方(其中“上方”和“下方”并不一定是地心引力方向)。
圖20圖示電流測(cè)量電路250，在宇宙射線檢測(cè)器206的一些實(shí)施例中包括它，但是這在所有實(shí)施例中并非必需的。電流測(cè)量電路250檢測(cè)探針214與218之間的電流的改變，該電流可以隨探針之間的距離改變而改變。在一些實(shí)施例中，電流測(cè)量電路250檢測(cè)到電流的突然改變，并對(duì)此響應(yīng)而向放大器216提供信號(hào)。在其他實(shí)施例中，電流測(cè)量電路250檢測(cè)何時(shí)電流達(dá)到某個(gè)閾值量以上或以下。其他可能性是存在的。
圖21圖示具有宇宙射線檢測(cè)器270的芯片262，宇宙射線檢測(cè)器270具有懸臂274和應(yīng)變儀272。響應(yīng)宇宙射線相互作用事件，應(yīng)變儀272彎曲。彎曲檢測(cè)電路278確定應(yīng)變儀272的彎曲是否屬于宇宙射線相互作用事件引起的類型。還可以設(shè)有放大器。雖然圖示彎曲檢測(cè)電路278在襯底266中，但是它可以在懸臂旁邊、活性硅204中或在襯底266中。宇宙射線檢測(cè)器270可以在其他位置，例如圖17-19所示。
圖22和圖23圖示與宇宙射線檢測(cè)器CRD1、CRD2和CRD3相關(guān)聯(lián)的芯片282和286。圖23中的宇宙射線檢測(cè)器比圖22中的小。宇宙射線檢測(cè)器相對(duì)于芯片尺寸實(shí)際可以比圖示的大或比圖示的小。如果檢測(cè)器足夠小，則可以經(jīng)濟(jì)地將它們?cè)O(shè)在活性硅中。宇宙射線檢測(cè)器可以位于活性硅中、位于活性硅上方或下方或位于封裝中。注意，一些宇宙射線檢測(cè)器可以檢測(cè)來(lái)自與宇宙射線檢測(cè)器有相當(dāng)距離的宇宙射線相互作用事件?？梢允褂枚嘤诨蛏儆?個(gè)的檢測(cè)器。圖22和圖23中的宇宙射線檢測(cè)器可以表示所描述或圖示的任何宇宙射線檢測(cè)器，包括具有懸臂的那些、具有分布式P-N結(jié)以收集電荷的那些以及具有光電檢測(cè)器的那些。
在不同的實(shí)施例中，宇宙射線檢測(cè)器相對(duì)于芯片上表面和下表面處于不同方向。宇宙射線檢測(cè)器可以是與上表面和下表面并行或垂直或它們可以相對(duì)于上表面和下表面處于其他角度。
C.附加信息上文有關(guān)宇宙射線相互作用和檢測(cè)所提供的各種數(shù)值和細(xì)節(jié)確信是正確的，但是出于多種原因它們可能僅是近似值或有錯(cuò)誤的。但是，本發(fā)明的原理仍將適用。
在圖13-19和圖22中，活性硅區(qū)域圖示為沒有遍布整個(gè)襯底。但是，活性硅區(qū)域可以覆蓋整個(gè)襯底或多于或少于附圖所示的范圍。
宇宙射線檢測(cè)器能以無(wú)線方式耦合到芯片。
如果權(quán)利要求中使用術(shù)語(yǔ)“第一電路”，則它不一定適用于有第二電路的情況，雖然可能存在第二電路。
實(shí)施例是本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)或示例。在本說(shuō)明書中對(duì)“實(shí)施例”、“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”或“其他實(shí)施例”的引述表示在本發(fā)明的至少一些實(shí)施例中包括結(jié)合這些實(shí)施例描述的特定功能特征、結(jié)構(gòu)或特征，但是并非在所有實(shí)施例中如此。出現(xiàn)“實(shí)施例”、“一個(gè)實(shí)施例”或“一些實(shí)施例”不一定全部是指同一個(gè)實(shí)施例。
如果本說(shuō)明書提到“可能”、“或許”或“可以”包括組件、功能特征、結(jié)構(gòu)或特征，則不一定會(huì)包括該特定組件、功能特征、結(jié)構(gòu)或特征。如果說(shuō)明書或權(quán)利要求引述“一個(gè)”元素，則不表示僅存在一個(gè)該元素。如果說(shuō)明書或權(quán)利要求引述“附加的”元素，則不排除存在多于一個(gè)的附加元素。
本發(fā)明并不局限于本文所描述的具體細(xì)節(jié)。實(shí)際上，可以在本發(fā)明范圍內(nèi)設(shè)想前述說(shuō)明和附圖的許多其他變化。因此，定義本發(fā)明范圍的是所附的權(quán)利要求，包括對(duì)此的任何修改。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，包括宇宙射線檢測(cè)器，用于檢測(cè)宇宙射線并生成指示所檢測(cè)的宇宙射線的宇宙射線檢測(cè)信號(hào)；以及第一電路，用于接收輸入信號(hào)并產(chǎn)生輸出信號(hào)，以及其中所述第一電路推測(cè)所述宇宙射線檢測(cè)器不會(huì)檢測(cè)到宇宙射線，但是響應(yīng)所述宇宙射線檢測(cè)信號(hào)，所述第一電路重新執(zhí)行至少一些操作。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，響應(yīng)所述宇宙射線檢測(cè)信號(hào)，所述第一電路丟棄由所述第一電路內(nèi)部生成的一些信號(hào)。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，為了重新產(chǎn)生所述輸出信號(hào)，所述第一電路還接收先前由所述第一電路產(chǎn)生的中間數(shù)據(jù)信號(hào)。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括臨時(shí)存儲(chǔ)器，用于保存所述第一電路產(chǎn)生的中間數(shù)據(jù)信號(hào)。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述臨時(shí)存儲(chǔ)器還保存要由所述第一電路執(zhí)行的指令。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一電路位于芯片上，而所述臨時(shí)存儲(chǔ)器位于與所述第一電路相同的芯片上。
7.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一電路位于芯片上，而所述臨時(shí)存儲(chǔ)器位于不同的芯片上。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述宇宙射線檢測(cè)器位于襯底中，所述襯底支撐包括所述第一電路的活性區(qū)。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述宇宙射線檢測(cè)器是第一宇宙射線檢測(cè)器，以及所述系統(tǒng)還包括第二電路和用于向所述第二電路提供宇宙射線檢測(cè)信號(hào)的第二宇宙射線檢測(cè)器。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一和第二電路各接收所述第一和第二宇宙射線檢測(cè)信號(hào)。
11.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一電路位于第一芯片中，以及所述系統(tǒng)還包括具有宇宙射線響應(yīng)電路的第二芯片，所述宇宙射線響應(yīng)電路用于接收指示檢測(cè)到宇宙射線的宇宙射線事件信號(hào)。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述宇宙射線響應(yīng)電路請(qǐng)求所述第一電路向所述第二電路重新生成信號(hào)。
13.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，間接地通過檢測(cè)所述宇宙射線與包含所述第一電路的芯片的相互作用的效應(yīng)來(lái)檢測(cè)所述宇宙射線。
14.一種系統(tǒng)，包括宇宙射線檢測(cè)器，用于檢測(cè)宇宙射線并生成指示所檢測(cè)的宇宙射線的宇宙射線檢測(cè)信號(hào)；以及第一電路，用于接收輸入信號(hào)并對(duì)此響應(yīng)以產(chǎn)生輸出信號(hào)，以及其中響應(yīng)所述宇宙射線檢測(cè)信號(hào)，所述第一電路重新接收所述輸入信號(hào)的至少一些并重新產(chǎn)生所述輸出信號(hào)。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，響應(yīng)所述宇宙射線檢測(cè)信號(hào)，所述第一電路丟棄由所述第一電路內(nèi)部生成的一些信號(hào)。
16.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，為了重新產(chǎn)生所述輸出信號(hào)，所述第一電路還接收先前由所述第一電路產(chǎn)生的中間數(shù)據(jù)信號(hào)。
17.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，還包括臨時(shí)存儲(chǔ)器，用于保存所述第一電路產(chǎn)生的中間數(shù)據(jù)信號(hào)。
18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述臨時(shí)存儲(chǔ)器還保存要由所述第一電路執(zhí)行的指令。
19.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一電路位于芯片上，而所述臨時(shí)存儲(chǔ)器位于與所述第一電路相同的芯片上。
20.一種系統(tǒng)，包括宇宙射線檢測(cè)器，用于檢測(cè)宇宙射線并生成指示所檢測(cè)的宇宙射線的宇宙射線檢測(cè)信號(hào)；以及第一電路，用于接收輸入信號(hào)并產(chǎn)生內(nèi)部信號(hào)并將所述內(nèi)部信號(hào)作為輸出信號(hào)遞送，以及其中響應(yīng)所述宇宙射線檢測(cè)信號(hào)，所述第一電路阻止所產(chǎn)生的內(nèi)部信號(hào)的至少一些作為輸出信號(hào)遞送。
21.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一電路產(chǎn)生內(nèi)部信號(hào)并將所述內(nèi)部信號(hào)作為輸出信號(hào)遞送。
22.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述宇宙射線檢測(cè)信號(hào)具有指示未檢測(cè)到宇宙射線的第一狀態(tài)以及具有指示檢測(cè)到宇宙射線信號(hào)的第二狀態(tài)。
23.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，還包括臨時(shí)存儲(chǔ)器。
24.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，還包括第一芯片和用于所述第一芯片的封裝，其中所述第一芯片包括活性硅部分和襯底，以及其中所述第一電路位于所述第一芯片中。
25.如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述宇宙射線檢測(cè)器位于包括所述第一芯片的活性區(qū)中。
26.如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述宇宙射線檢測(cè)器位于所述襯底中。
27.如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述宇宙射線檢測(cè)器位于所述封裝中。
28.一種系統(tǒng)，包括第一芯片，包括宇宙射線響應(yīng)電路，用于接收宇宙射線事件信號(hào)；以及第一電路，用于接收輸入信號(hào)并產(chǎn)生輸出信號(hào)，以及其中所述第一電路推測(cè)宇宙射線不會(huì)被檢測(cè)到，但是響應(yīng)宇宙射線事件信號(hào)，所述宇宙射線響應(yīng)電路使所述第一電路忽略所述輸入信號(hào)，并重新接收所述輸入信號(hào)。
29.如權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其特征在于，僅在檢測(cè)到所述輸入信號(hào)中的錯(cuò)誤并且無(wú)法校正的情況下，所述宇宙射線響應(yīng)電路才使所述第一電路忽略所述輸入信號(hào)并重新接收所述輸入信號(hào)。
30.如權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，還包括與所述第一芯片相關(guān)聯(lián)的宇宙射線檢測(cè)器。
31.如權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述宇宙射線響應(yīng)電路請(qǐng)求另一個(gè)芯片重發(fā)所述輸入信號(hào)。
32.一種系統(tǒng)，包括宇宙射線檢測(cè)器，用于檢測(cè)宇宙射線并生成指示所檢測(cè)的宇宙射線的宇宙射線檢測(cè)信號(hào)；以及第一電路，用于接收輸入信號(hào)并產(chǎn)生輸出信號(hào)，以及其中響應(yīng)所述宇宙射線檢測(cè)信號(hào)，所述第一電路嘗試檢測(cè)并校正所述宇宙射線引起的任何錯(cuò)誤。
33.如權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述宇宙射線檢測(cè)器位于襯底中，所述襯底支撐包括所述第一電路的活性區(qū)。
34.如權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述錯(cuò)誤包括軟錯(cuò)誤和所述軟錯(cuò)誤引起的其他錯(cuò)誤。
35.如權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述宇宙射線檢測(cè)器是第一宇宙射線檢測(cè)器，以及所述系統(tǒng)還包括第二電路和用于向所述第二電路提供宇宙射線檢測(cè)信號(hào)的第二宇宙射線檢測(cè)器。
全文摘要
在一些實(shí)施例中，一種系統(tǒng)包括宇宙射線檢測(cè)器，用于檢測(cè)宇宙射線并生成指示所檢測(cè)的宇宙射線的宇宙射線檢測(cè)信號(hào)。該系統(tǒng)還包括第一電路，用于接收輸入信號(hào)并產(chǎn)生輸出信號(hào)，以及其中第一電路推測(cè)宇宙射線檢測(cè)器不會(huì)檢測(cè)到宇宙射線，但是響應(yīng)宇宙射線檢測(cè)信號(hào)，第一電路重新執(zhí)行至少一些操作。還描述其他實(shí)施例并要求權(quán)利。
文檔編號(hào)G06F11/00GK1973267SQ200580021078
公開日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2005年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月30日
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