鐵電存儲(chǔ)器的輻射效應(yīng)及其抗輻射加固技術(shù)研究.pdf

1、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器是航天電子系統(tǒng)中的重要組成部件，擔(dān)負(fù)著飛行器正常工作所需要的指令、代碼及狀態(tài)參數(shù)等各類數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)任務(wù)。隨著人類太空探索活動(dòng)的發(fā)展和航天事業(yè)的進(jìn)步，對(duì)航天電子設(shè)備的性能也提出了越來越高的要求。鐵電存儲(chǔ)器作為一種新型非易失存儲(chǔ)器，具有讀寫速度快、功耗低、可擦寫次數(shù)多、掉電數(shù)據(jù)不丟失及適于嵌入式設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，符合航天領(lǐng)域?qū)﹄娮釉O(shè)備小型化、低功耗、長(zhǎng)壽命的要求。此外，由于空間環(huán)境的特殊性，還要求電子器件具備較強(qiáng)的抗輻射能力。大量試驗(yàn)證

2、明鐵電材料具有很高的耐輻射能力，因此，鐵電存儲(chǔ)器被認(rèn)為具有很大的空間應(yīng)用潛力。鐵電存儲(chǔ)器是鐵電薄膜工藝與CMOS工藝的集成，其輻射效應(yīng)仍有待全面評(píng)估和深入研究。目前國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究才剛剛起步，僅有極少量文獻(xiàn)報(bào)道，關(guān)于鐵電存儲(chǔ)器的輻射效應(yīng)和抗輻射加固設(shè)計(jì)方面尚有大量問題亟待研究?；谝陨媳尘埃疚膹蔫F電存儲(chǔ)器輻射效應(yīng)的測(cè)試技術(shù)、失效模式、效應(yīng)機(jī)理、仿真分析和加固方法等方面開展了深入研究，具體內(nèi)容如下：
　　1.基于目前國(guó)內(nèi)的地面模擬輻

3、射試驗(yàn)環(huán)境，對(duì)鐵電存儲(chǔ)器的總劑量效應(yīng)（Total Ionizing Dose Effects，TID）和單粒子效應(yīng)（Single Event Effects，SEEs）輻射試驗(yàn)方法及流程進(jìn)行了研究。根據(jù)鐵電存儲(chǔ)器輻射效應(yīng)試驗(yàn)特點(diǎn)及需求，設(shè)計(jì)了基于FPGA的鐵電存儲(chǔ)器測(cè)試系統(tǒng)。利用搭建的測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)基于不同工藝線、不同容量、不同接口的多款商用鐵電存儲(chǔ)器開展了60Coγ射線總劑量效應(yīng)試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果顯示基于不同工藝節(jié)點(diǎn)的不同型號(hào)鐵電存儲(chǔ)器

4、的總劑量失效閾值存在較大差別，為航天電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的器件選型提供了參考數(shù)據(jù)。
　　2.在60Coγ射線總劑量效應(yīng)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，首次利用同步輻射微束 X射線開展了鐵電存儲(chǔ)器總劑量效應(yīng)微區(qū)輻射試驗(yàn)，研究了鐵電存儲(chǔ)器內(nèi)部不同功能模塊的失效模式，對(duì)比分析了各模塊的輻射敏感性和失效機(jī)理，為抗輻射加固設(shè)計(jì)提供了參考。將X射線微束輻射試驗(yàn)結(jié)果與60Coγ射線試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比研究，根據(jù)兩種輻射源的差異性和應(yīng)用特點(diǎn)，分析了 X射線微束輻射方法對(duì)大規(guī)

5、模集成電路總劑量效應(yīng)研究的優(yōu)勢(shì)與局限性。
　　3.開展了鐵電存儲(chǔ)器重離子單粒子效應(yīng)試驗(yàn)，對(duì)鐵電存儲(chǔ)器的靜態(tài)翻轉(zhuǎn)和動(dòng)態(tài)翻轉(zhuǎn)進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)研究，測(cè)得了鐵電存儲(chǔ)器發(fā)生單粒子翻轉(zhuǎn)（Single Event Upset，SEU）和單粒子閂鎖（Single Event Latch-up，SEL）的線性能量轉(zhuǎn)移（Linear Energy Transfer, LET）閾值范圍以及SEU飽和截面，為評(píng)估鐵電存儲(chǔ)器抗單粒子能力提供了試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

6、>　　4.開展了鐵電存儲(chǔ)單元單粒子效應(yīng)仿真研究，分析了鐵電存儲(chǔ)單元的單粒子翻轉(zhuǎn)機(jī)理及相關(guān)影響因素。采用器件仿真方法研究了不同入射條件下，單粒子在鐵電存儲(chǔ)單元中產(chǎn)生的瞬態(tài)脈沖特點(diǎn)及其對(duì)鐵電電容極化狀態(tài)的影響；分析了鐵電電容的面積和矯頑電場(chǎng)對(duì)單粒子翻轉(zhuǎn)敏感性的影響。采用電路仿真方法研究了單粒子瞬態(tài)脈沖對(duì)鐵電存儲(chǔ)單元位線讀出信號(hào)和讀出結(jié)果的影響。
　　5.基于0.18μm CMOS工藝，對(duì)比研究了條形柵和環(huán)形柵NMOS晶體管的總劑量效應(yīng)