标准单元抗单粒子闩锁效应加固设计

文章针对130纳米CMOS工艺标准单粒子闩锁效应问题，开展了Complementary Metal Oxide Semiconductor(CMOS）器件单粒子闩锁效应产生的物理机理分析, 提出了一套适合于不同类型标准单元版图加固方法；基于SMIC0.13μm工艺进行了物理建模仿真和电路实现。仿真结果显示，在遭受LET值为120MeV/mg/cm2的重离子辐射时，所设计的电路未发生闩锁效应。     

第三代宽禁带半导体(SiC)器件在空间太阳能电站中的应用及进展

第三代宽禁带半导体(SiC、GaN)器件以其固有的大功率、耐高温及恶劣环境、抗辐照等特点，在替代传统的Si基器件方面具有无与伦比的技术优势。文章概述了第三代半导体（SiC）器件的发展现状，介绍了国内外第三代宽禁带半导体（SiC）器件研究进展及应用情况，并展望了第三代宽禁带半导体器件在空间太阳能电站中的应用前景。     

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。     

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。     

国产先进工艺SoC器件空间单粒子效应试验研究

国产某型号导航SoC器件采用55 nm商用工艺生产.针对该型器件的辐射敏感性分析表明其易受单粒子效应影响,为此利用重离子加速器完成空间单粒子辐照的地面模拟试验,考查器件的单粒子效应,为其空间应用提供数据支撑.结果表明:器件抗单粒子锁定的LET阈值大于81.4 MeV·cm2/mg,满足空间应用指标要求;但器件对单粒子翻...     

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。     

低轨互联网卫星在轨单粒子翻转分析及防护措施

空间单粒子翻转（SEU）对于在轨卫星寿命和可靠性有着较大的影响,然而,针对低轨互联网卫星1000～1200 km的典型极地轨道空间SEU,目前缺少在轨试验验证结果。文章对某型号的两颗卫星在轨7个月以来的SEU事件记录数据进行处理和分析,给出互联网卫星1050～1425 km不同轨道高度上的SEU事件发生的频度、区域及概率,结合在轨运行情况提出互联网卫星在轨单粒子翻转的软硬件防护设计措施。数据表明,在当前低轨互联网卫星的典型轨道高度上,对于抗单粒子翻转阈值为0.7 MeV·cm2/mg的低阈值SRAM器件,在轨SEU事件大部分发生在SAA区域,发生概率约为7.63×10-7 bit-1·d-1。结合卫星在轨空间防护设计经验,通过加强元器件选用控制、软硬件冗余设计、关键器件限流等措施,可以有效提高低轨互联网卫星的在轨可靠性。     

电磁脉冲对MOSFET的热损伤效应研究

针对金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)在电磁脉冲作用下的热损伤问题,提出了一种新的热分析方法,通过仿真漏极注入阶跃脉冲下器件内部的温度响应研究了其损伤机理和规律。基于热效应半导体基本方程和热流方程,建立了用于仿真的器件模型和数值模型。采用注入法,以阶跃脉冲信号为输入,仿真研究了不同偏压上升时间和幅值下的器件损伤。结果发现:阶跃脉冲电压幅值一定时,MOSFET器件内部的温升过程及最后达到的最大温度与脉冲上升时间无关,器件在经过雪崩击穿、电流模式二次击穿后,温度迅速上升直至器件烧毁,烧毁所用时间与脉冲上升时间满足线性关系;脉冲上升时间一定时,器件温升随电压幅值增加而明显加快,器件能达到的最高温度也随之增加,器件烧毁所需时间与电压幅值的大小满足幂函数关系。研究对MOSFET的电磁脉冲毁伤机理认识和加固防护设计有一定的参考价值。     

PWM型电压调节器单粒子效应及加固技术研究

机理分析和地面重离子试验显示,受高能粒子影响,脉宽调制型（Pulse\|Width Modulation,PWM）电压调节器容易产生单粒子瞬态（Single Event Transient,SET）和功能失效。文章分析了可能产生上述异常的原因,提出了一些抗单粒子效应改进设计建议,最后给出了一种基于器件冗余的系统级SEE防护设计方案,在实验室环境下模拟验证了此方案对单粒子效应防护的有效性。该方案可以为有关航天电子设备设计提供参考。
     

单粒子锁定极端敏感器件的试验及对我国航天安全的警示

随着半导体特征工艺尺寸减小、集成度提高,静态存储器(SRAM)对单粒子锁定呈现出极其敏感的现象和趋势,为此国际航天界开展了大量的试验评估工作,剔除和杜绝了一些极端敏感器件在空间的应用.结合国内外空间应用背景,文章利用脉冲激光实验装置和重离子加速器,分别对三星公司新旧两种型号的4 M位SRAM芯片进行了单粒子锁定试验评估.试验测得两型号芯片的单粒子锁定阈值差异巨大,新型号芯片的锁定阈值低于1.5MeV·cm2/mg,而老型号芯片的锁定阈值高于39.6MeV·cm2/mg.这种对单粒子锁定极端敏感的芯片若应用于空间,将会发生0.008～0.04次/天的频繁锁定事件,极大地威胁航天器的安全和可靠.为应对这种单粒子锁定极端敏感的现象和趋势,提出了加强我国航天产品设计、元器件采购、筛选、试验等的规范、技术和条件的建议.     

高能电子辐照引起的纳米器件翻转效应研究

随着电子器件特征尺寸的减小,其翻转阈值也在降低,使得空间中的高能电子或可诱发纳米器件产生翻转效应。文章选用28 nm的V7型FPGA作为研究对象,分别采用能量为0.2 MeV和1.5 MeV、注量率为5×108～1×109/(cm2·s)的电子进行辐照,结果表明试件产生了明显的翻转效应。结合高能电子作用28 nm器件的仿真结果,经分析可知,1.5 MeV能量的单个电子与器件碰撞不能发生核反应;针对高能电子诱发器件存储单元翻转的几种可能机理,初步认为该器件的翻转是由多个电子同时作用到其中形成局部电荷累积导致的。因此可见,对于电子能量高、通量大的木星等星体的辐射带环境,需考虑高能电子诱发纳米器件翻转对航天器的影响。     

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。     

SRAM型FPGA单粒子效应试验研究

针对军品级SRAM型FPGA的单粒子效应特性,文中采用重离子加速设备,对Xilinx公司Virtex-II系列可重复编程FPGA中一百万门的XQ2V1000进行辐射试验。试验中,被测FPGA单粒子翻转采用了静态与动态两种测试方式。并且通过单粒子功能中断的测试,研究了基于重配置的单粒子效应减缓方法。试验发现被测FPGA对单粒子翻转与功能中断都较为敏感,但是在注入粒子LET值达到42MeV·cm 2/mg时仍然对单粒子锁定免疫。本文对翻转敏感度、测试方法与减缓技术进行了讨论,试验结果说明SRAM型FPGA对单粒子效应比较敏感,利用重配置技术的减缓方法能够有效降低敏感度,实现空间应用。
     

航天器单粒子效应的防护研究

随着航天电子器件集成度的不断提高,其发生单粒子效应的风险越来越高,已经成为影响航天器可靠性和运行寿命的重要因素。文章首先介绍了单粒子效应的发生机理、研究方法和研究成果,在此基础上对现有的各种抗单粒子效应加固技术进行了总结,按照硬件加固技术、软件加固技术和轨道优化设计的思路较为系统地论述了单粒子效应的防护手段。     

一种带上电时序控制及过脉宽保护功能的大功率调制电路研究

大功率脉冲调制电路根据雷达系统所需脉冲宽度及重频将连续电压信号调制为脉冲工作电压,可以改善GaN功率器件的效率与可靠性。为了提升调制发射脉冲信号的上升下降沿速度,提高大功率调制电路可靠性,提出一种新型带上电时序控制及过脉宽保护功能的大功率调制电路,该电路包括上电时序控制电路、过脉宽保护电路、大功率调制电路。通过对电路进行理论分析,给出详细参数并计算该电路参数,并对关键参数进行仿真及实测验证,该电路具有调制电压高,上升下降沿速度快等特点。经过测试验证,调制电压最高100V,调制频率最高可达500KHz,峰值工作电流超过20A,上升沿、下降沿小于30ns。具有广阔的应用前景。     

大容量Flash存储器空间辐射效应试验研究

分析了商用Flash存储器应用于航天器时应考虑的空间辐射效应和机理,并利用钴-60γ射线和重离子加速器对韩国三星公司生产的大容量Flash存储器K9XXG08UXA系列进行了抗电离总剂量试验和抗单粒子试验,以评估其空间应用可行性。试验结果显示：这一系列存储器的累积电离总剂量为50krad（Si）时,器件部分数据丢失,重...     

利用脉冲激光开展的卫星用器件和电路单粒子效应试验

利用脉冲激光进行单粒子效应试验具有操作方便、试验效率高、可对芯片单粒子效应响应的空间区域和时间特性进行测试等特点,可作为卫星用器件和电路单粒子效应测试的有力手段。利用自主建立的脉冲激光单粒子效应试验装置（PLSEE）,针对某卫星用数字器件和电路进行了辐照试验,观测到了丰富的单粒子效应现象,首次测试了多次单粒子锁定对器件和电路的影响,对器件选用评价和电路系统抗单粒子效应设计具有参考价值。利用此装置,还首次在国内对有空间应用背景和前景的运算放大器、光电耦合器进行了单粒子瞬态脉冲效应的试验,表明这些器件像数字器件一样会发生严重的单粒子效应,而且更难捕捉和定位,对卫星系统的威胁不容忽视。