用10 MeV质子和钴60 γ射线进行CCD空间辐射效应评估

文章用10MeV质子和钴60γ射线对CCD(Charge Coupled Device)进行了辐照试验,分别计算得到了电离总剂量和位移效应的失效剂量。通过分析比较得出:在空间环境中,相对于电离总剂量效应而言,位移效应对CCD的损伤更为严重。因此,进行CCD辐射效应评估时,不仅要考虑电离总剂量效应,还要考虑位移效应。文章还探讨了评估CCD抗位移损伤能力的方法。     

典型CMOS存储器电离辐照效应

对电离辐照环境中典型CMOS存储器的辐照效应进行了研究。分析了SRAM,EEPROM,FLASH ROM存储器在^60Coγ射线辐照及辐照后不同退火过程中,CMOS存储器的集成度、辐照偏置、退火时间和温度与电离辐照效应的关系。结果发现：不加电（冷备份）状态的^60Coγ射线辐照过程中,存储器的逻辑状态翻转出现较正常工作状态推迟1个量级以上;随着集成度的提高,SRAM,EEPROM存储器的辐照敏感度降低;试验器件经不同剂量的^60Coγ射线辐照后在不同温度下退火,所有试验器件均出现了逻辑状态翻转。     

电离总剂量效应对浮栅型Flash存储器擦写耐久与数据保持特性的影响研究

文章通过电离总剂量效应、擦写循环和数据保持试验及其叠加试验,研究了总剂量效应对浮栅型Flash存储器擦写耐久和数据保持特性的影响。对较高总剂量(150 krad(Si))和含动态偏置在内的多种偏置条件进行了评估。结果表明:总剂量效应对擦写特性的影响较小,甚至可以忽略;总剂量效应对数据保持的影响主要表现在辐射致电荷泄漏,若总剂量效应试验后刷新数据,则其影响几乎可以忽略。为了减小辐射致电荷泄漏对数据保持的影响,在系统级应用上建议增加数据刷新次数。     

一种基于FPGA的抗辐射加固星载ASIC设计方法

针对静态随机存储器(SRAM)型现场可编程门阵列(FPGA)空间应用的问题,提出了基于FPGA星载抗辐射加固专用集成电路(ASIC)设计的全流程,并重点对扫描链设计、存储器内建自测试、自动向量生成、ASIC封装设计、散热设计、加电振动试验等关键点的设计方法和注意事项进行了介绍。通过设计、测试、封装、试验,实现了基于静态随机存储器型FPGA转化为抗辐射加固ASIC。ASIC抗辐射总剂量大于100krad(Si),抗单粒子闩锁(SEL)阈值大于75 MeV·cm~2/mg,抗单粒子翻转(SEU)阈值大于22 MeV·cm~2/mg,满足空间应用的要求,具有很好的应用前景。     

SRAM FPGA电离辐射效应试验研究

针对SRAM FPGA空间应用日益增多,以100万门SRAM FPGA为样品,进行了单粒子效应和电离总剂量效应辐照试验。单粒子试验结果是:试验用粒子最小LET为1.66 MeV·cm2/mg,出现SEU（单粒子翻转）;LET为4.17 MeV·cm2/mg,出现SEFI（单粒子功能中断）,通过重新配置,样品功能恢复正常;LET在1.66～64.8 MeV?cm2/mg范围内,未出现SEL（单粒子锁定）;试验发现,随SEU数量的累积,样品功耗电流会随之增加,对样品进行重新配置,电流恢复正常。电离总剂量辐照试验结果是:辐照总剂量75 krad(Si)时,2只样品功能正常,功耗电流未见明显变化。辐照到87 krad(Si)时,样品出现功能失效。试验表明SRAM FPGA属于SEU敏感的器件,且存在SEFI。SEU和SEFI会破坏器件功能,导致系统故障。空间应用SRAM FPGA必须进行抗单粒子加固设计,推荐的加固方法是三模冗余（TMR）配合定时重新配置（Scrubbing）。关键部位如控制系统慎用SRAM FPGA。     

一种适用于NAND型Flash存储器译码故障检测的改进对角线算法

为保证有故障的进口低等级NAND型Flash存储器在装机前的二次筛选环节能够被准确剔除,以存储器的存储阵列结构分析为出发点,结合NAND结构的实际特征,以三星公司生产的K9F2G08U0A-PCB0/PIB0商业级Flash芯片为研究对象,对现有的用于测试存储器译码故障的对角线算法进行改进,并通过总剂量试验使存储器产生部分坏块来验证改进算法的有效性。结果表明,改进后的对角线算法能够很好地检测出存储器的译码故障,解决了原有对角线算法不适用于NAND型Flash存储器译码故障检测的问题。     

浮栅器件和普通NMOS器件总剂量效应对比研究

为深入了解应用NOR Flash工艺的多种器件的总剂量特性,特别是浮栅器件的特殊总剂量效应,开展了浮栅器件和多种NMOS器件总剂量效应的对比试验。基于器件级测试芯片,进行了多种剂量的总剂量试验和高温退火试验,分析了不同器件在总剂量辐照下的不同特性,所关注的特性包括器件的漏电流变化和阈值电压变化。通过试验发现浮栅器件受总剂量辐照后会产生弱编程效应且该效应无法通过退火恢复。这一研究成果为抗辐射Flash产品的抗总剂量加固设计提供了依据。     

NAND Flash存储器单粒子效应试验研究

单粒子效应易诱发空间电子设备发生在轨故障。文章针对大容量NAND Flash存储器，利用皮秒脉冲激光和高能重离子开展了试验研究，明确了此类器件的单粒子效应特点，探索了新型集成电路单粒子效应试验评估方法，为工程设计及试验评估提供了技术基础与保障。经皮秒脉冲激光试验发现，NAND Flash存储器件的存储单元易发生单粒子多位翻转，控制电路单元则发生单粒子锁定和功能中断。 经高LET值Xe+离子辐照试验发现，重离子会诱发器件产生电流尖峰脉冲（或电流火花）现象；在NAND Flash存储器未加电状态下，仍可诱发单粒子翻转；重离子辐照后存储器坏块明显增加，试验获得的单粒子翻转截面高达1.18×10-7cm2/位。基于试验结果分析，认为发生多位翻转的原因是激光束覆盖多个存储单元所造成；重离子辐照引起的浮栅晶体管击穿是存储器坏块增多的原因。     

卫星载荷二次电源用MOSFET的抗辐射设计及验证

针对某卫星载荷二次电源所面临的空间总剂量辐射环境及其效应,进行了二次电源用3款MOSFET(IRF5N3415、IRF7NA2907、IRF7N1405)的抗辐射总剂量设计,通过使用钽片加固及合理的结构布局防护使该3款MOSFET的辐照设计余量(RDM)均不小于3。开展总剂量辐照试验验证,对比参数变化得出MOSFET的抗电离总剂量数据,验证了加固设计的有效性。采用经过抗辐射设计的非宇航级元器件将成为空间降成本应用的趋势之一。     

MRAM的辐射效应分析及加固方法简述

回顾从首款商用磁随机存取存储器（MRAM）芯片面世以来国际上对MRAM芯片辐射效应的研究;总结MRAM总剂量电离效应和单粒子效应辐照试验研究结果,以及辐射效应导致MRAM读写错误的物理机制;分析辐射效应对磁性隧道结结构和性能的影响,并指出MRAM应当针对外围电路、存储单元晶体管和磁性隧道结等处不同类型辐射效应进行对应的抗辐射加固;最后从材料和工艺方面简要介绍MRAM加固方法。     

国产数字信号处理器在轨验证技术研究

文章通过研究某国产数字信号处理器（XX-DSP）体系结构、DSP地面测试方法和空间环境对DSP的典型影响,设计了一种针对国产DSP类器件的在轨验证方法。验证系统硬件平台采用1∶1热备份设计,提高系统可靠性;验证方法借鉴当前地面应用广泛的功能测试方法,覆盖DSP的全部功能单元;另外考虑空间环境中的电离总剂量效应和单粒子效应影响,对DSP的片内RAM和内部寄存器的单粒子翻转（SEU）进行统计,并最终给出单粒子翻转率,同时检测DSP单粒子锁定（SEL）;最后通过运行DSP典型应用算法——有限长单位冲激响应（FIR）滤波算法验证DSP的系统功能,全面考核国产DSP的空间环境适应性。     

典型国产双极工艺宇航用稳压器单粒子闩锁 效应研究

通过对某国产双极工艺宇航用稳压器进行不同LET值重离子辐照试验，实时监测器件输出电压的变化幅度和器件供电管脚电流，准确评估了器件抗单粒子效应性能。研究结果表明器件发生单粒子瞬态效应阈值小于5 MeV·cm 2·mg -1 ，当辐照重离子LET值增加至37.37 MeV·cm 2·mg -1 时，诱发器件产生单粒子闩锁效应，器件供电管脚电流由6 mA陡增至24 mA。在分析重离子试验数据的基础上，借助脉冲激光获得了器件内部单粒子效应敏感区域位置和结构特征。分析认为由于芯片内部多个功能模块共用一个隔离岛，同一个隔离岛内的器件之间形成的寄生PNP管与隔离岛内NPN管形成了PNPN可控硅结构，当入射重离子LET值足够大时将诱发寄生PNPN结构导通，进入闩锁状态。采用模拟软件Spectre实现了电参数级的瞬态故障注入模拟，复现了该双极工艺结构下单粒子闩锁效应现象。     

星载数字电子设备的辐射加固技术(一)

对国外星载电子设备特别是常用的ＣＭＯＳ器件在空间环境下的抗辐射性能进行大量调研和长期跟踪，在此基础上总结了国外近年来对大规模集成电路辐射失效机理的研究成果，对比了各种器件工艺集成电路的抗辐射性能，重点分析了星载电子系统总剂量辐射损坏、单粒子翻转和单粒子锁定机理，针对这三种由空间辐射引起的星载电子系统失效这一特殊问题，分别介绍了国内外行之有效的辐射加固技术，最后提出了设计星载电子系统的一些建议。     

Xilinx SRAM型FPGA抗辐射设计技术研究

针对Xilinx SRAM型FPGA在空间应用中的可行性，分析了Xilinx SRAM型FPGA的结构，以及空间辐射效应对这种结构FPGA的影响，指出SRAM型的FPGA随着工艺水平的提高、器件规模的增大和核电压的降低，抗总剂量效应不断提高，抵抗单粒子效应，尤其是单粒子翻转和单粒子瞬态脉冲的能力降低。分析了FPGA综合后常见的Half-latch在辐射环境中的影响并结合实际工程实践给出了解决上述问题的一些有用办法和注意事项，如，冗余设计、同步设计、算术逻辑运算结果校验、白检等。最后还提出一种基于COTS器件的“由顶到底”的星载信号处理平台结构，分析了这种结构在抵抗辐射效应时的优势。有关FPGA抗辐射的可靠性设计方法已经在某卫星通信载道中成功应用，并通过了各种卫星环境试验，该技术可以为有关航天电子设备设计提供参考。     

一种面向卫星应用的新型存储器和FPGA设计与实现

可靠性对在轨卫星的安全意义重大。由于空间环境辐射和单粒子效应,卫星系统多次发生在轨异常,对在轨卫星系统工作的连续性、稳定性和安全性造成了严重影响。文章针对卫星在轨空间环境和单粒子问题,提出一种基于铁电材料的高可靠、抗辐射的CPU和FPGA解决方案。一方面,设计了和通用接口兼容的新型铁电存储器,其抗辐射总剂量大于10000Krads（Si）,对单粒子效应几乎具有完全的免疫能力;另一方面,设计了基于铁电编程单元的新型FPGA,该FPGA不需要外部PROM,具有很好的经济性和应用前景。     

航天器空间辐射效应分析技术现状与思考

文章梳理了面向航天器总体设计的空间辐射效应分析技术现状,重点归纳了航天器空间辐射效应分析中需关注的总剂量效应、位移损伤效应、单粒子效应分析的要素、分析方法及软件工具,并结合近年来国际上空间辐射环境模型的最新进展,就辐射环境动态变化认知、在轨辐射风险表征、陌生轨道区域辐射环境影响分析等方面提出国内空间辐射效应分析技术的不足及后续发展建议。     

一种微控制器单粒子效应在轨监测系统设计

为验证航天器用微控制器的抗单粒子效应能力,设计了一种单粒子效应在轨监测系统。该系统采用独特的方法,可实时监测单粒子锁定事件,并利用微控制器内部程序监测其RAM及FLASH存储器的单粒子翻转事件。该系统占用航天器资源少、开发周期短,能同时监测多种、多片微控制器,具有一定的通用性。     

影响GEO卫星长寿命高可靠的空间环境因素及其评估、验证和保障技术研究

文章叙述了空间环境与卫星长寿命高可靠的关系,着重分析了影响GEO卫星长寿命高可靠的各种空间环境效应,如:地磁亚暴电子造成的卫星表面带电及诱导的二次放电、辐射带高能电子引起卫星内带电、太阳耀斑质子和银河宇宙射线造成的单粒子效应、空间带电粒子和太阳电磁辐照造成的辐照总剂量效应以及空间环境下敏感表面的污染效应等.文章最后给出GEO卫星空间环境效应的评估、验证和保障技术研究的必要性及其主要研究方向.