多电压集成电路的瞬时剂量率辐射效应试验研究

为 同 时 满 足 先 进 工 艺 下 集 成 电 路 的 低 功 耗 和 不 同 集 成 电路之 间信号 电平 的兼容 ， 当 前 超 大 规 模 集 成 电 路
多 采 用 多 电压 技 术 ， 拥 有 至 少 １个 内 核 电 压 和 至 少 １个 输 入输 出（ １ ０） 电压 。如 本 文 研 究 的 ０ ． １ ８ ｔ ｘ ｍ Ｓ Ｒ ＡＭ 电 路 ，
当半导 体器 件应用 于 核爆炸 环 境时 ， 器 件 面 临 高 能 量 的 瞬 时 剂 量 率 辐 射 ，会 造 成 电 路 暂 时 或 永 久 失 效 …。
本次试 验 采用 窄脉 冲 ＿ ｙ类 型 ， 其 技 术 指 标 如 表 １所
示 。
１ ９ ５ ｇ年 ， Ｂ ｅ ｌ ｌ实 验 室 的 系 统 工 程 师 Ｒ Ｏ Ｇ Ｅ Ｒ Ｓ Ｃ 在 一 次 地 面 核 试 验 中 测 试 到 单 个 二 极 管 和 晶 体 管 的 瞬 时 响 应 数 据 。１ ９ ６ ３年 ， Ｒ Ｏ ＧＥ ＲＳ Ｓ Ｃ和 ＷＩ Ｒ Ｔ Ｈ Ｊ Ｌ共 同 提 出 瞬 时 剂 量 率 辐 射 能 够 在 半 导 体 器 件 中产 生 电 子 空 穴 对 ， 进
Ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｅ Ｉ ｅ ｃ ｔ ｒ ０ ｎ ｉ ｃ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ Ｉ ｏ ｇ ｙ
０ 引 言
航天 计算 机 与微 电子 ２ ０ １ ６年 学 术 年 会 论 文 精 选
只 需 将 试 验 样 品 盒 放 置 于 某 一 位 置 即 可 得 到 相 应 的 试
验剂 量率 。
内核 正 常 工作 电压 为 １ ． ８ Ｖ， 而１ ０正常工作 电压为３ ． ３ Ｖ。 对 于 多 电 压 集 成 电路 ， 瞬 时 剂 量 率 辐 射 效 应 对 不 同 电 压 域 内电路 的影 响程 度如 何 、 对 哪 个 电压影 响更 大 （ 即 需
要 更长 恢复 时间 ） ， 目前 还 没 有 公 开 发 表 的 研 究 结 果 。 本 文针 对 ０ ． １ ８ ｔ ｘ ｍ Ｓ Ｒ ＡＭ 和 处 理 器 电 路 进 行 了 不 同
下载 程 序 ， Ｒ Ｓ ４ ８ ５串 口用 来 传 输 信 息 ， 电 源 模 块 用 于 供 电。检测信 号通 过 同轴 电缆连接 到监 测室示 波器 上 ， 轰 击前示 波器检 测并记 录每个 信号 的“ 零前 ” 状态， 在 每 炮 轰击 时 ， 同步检测 记 录“ 零 时” 信 号 的变 化 。 “ 零时 ” 信 号 的 变 化 幅 度 和 恢 复 时 间 可 用 于 判 断 该 器 件 对 瞬 时 辐 射
的 响应 。
控 制 板 辐 照 板
剂 量率 下 的瞬时剂 量率辐 射试验 ， 获 得 了 电 路 的 瞬 时 剂
量 率辐 射效应 特性 。 重 点 研 究 和 对 比 了 电路 中 内 核 电 压 和 １ ０电压恢 复 时间 ， 并 进行 了相关 机理分 析 。
１ 试 验 方 法
而产生 光 电 流 ， 影 响 电学 特性 ［ ｚ ｌ 。 电子 元 器 件 瞬 时 剂 量 率 辐 射 研 究 由 此 开 始 。随 着 半 导 体 制 造 技 术 的 进 步 ， 集
表 １
脉 冲技 术 指 标
每 一 只 被 辐 射 样 品 与 其 测 量 辅 助 系 统 均 分 别 固 定 在 铝 屏 蔽 盒 中 ，辅 助 测 量 系 统 采 用 铅 砖 正 面 进 行 遮 挡 。
成 电路 的集成 度越 来 越 高 、 规模 越 来越 大 、 功 能 越 来 越 复 杂 ，使 其 瞬 时 剂 量 率 辐 射 效 应 的 规 律 变 得 更 加 复 杂 。
超 大 规 模 集 成 电 路 的 瞬 时 剂 量 率 辐 射 效 应 也 是 当 前 国
内 外 研 究 的重 点 ［ ３ － ６ １ 。
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瞬 时 剂 量 率 试 验 在 西 北 核 技 术 研 究 所 “ 强光一 号 ”
上进行 ， “ 强光 一号 ” 可 模 拟 核 爆 炸 形 成 的 多 种 脉 冲 辐 射
ｒ葡 币 ＿１ ｒ＿ －｜ ＿ ］
采用 Ｌ ｉ Ｆ （ Ｍ ｇ ， Ｔ ｉ ） 一 Ｍ 型 热 释 光 剂 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 计 测 试 每 一 次 轰 击 后
样 品 接 收 到 的 总 剂 量 Ｄ， 再 根据 示波 器记 录 Ｐ Ｉ Ｎ 半 导 体
探 测 器 或 闪 烁 体 探 测 器 监 测 到 的 瞬 时 射 线 脉 冲 时 间
有效 宽度 ， 可 计 算 出 每 一 炮 各 位 置 的剂 量 率 Ｄ＝ Ｄ／ ｔ 。 １ ． ３ 试 验 系 统 存 储 器 瞬 态 剂 量 率 试 验 测 试 板 逻 辑 结 构 如 图 ２所 示 。测试 板 主要 由 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ、 Ｆ ｌ ａ ｓ ｈ、 Ｓ Ｄ ＲＡ Ｍ、 Ｊ Ｔ ＡＧ、 串 口、 电 源 模 块 等 组 成 。Ｆ ｌ ａ ｓ ｈ存 储 器 用 于 存 储 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 配 置 程 序 和 用户应 用程 序 ， Ｓ ＤＲ Ａ Ｍ 用于 内存使用 ， Ｊ Ｔ Ａ Ｇ 用 于 调 试 和
１ ． １ 试 验 样 品
试 验样 品采 用一 款超 深亚微 米 静态 随机 存储 器 ， 最
１ 丛广 啊
Ｖ Ｄ Ｄ １ ０
Ｉ Ｖ Ｄ Ｄ
—
小 沟道 长度 是 ０ ． １ ８ ｔ ｘ ｍ， 电 源 电 压 是 １ ． ８ Ｖ和 ３ ． ３ Ｖ， 其
中 １ ． ８ Ｖ 是 存 储 器 的 内核 电 压 ， ３ ． ３ Ｖ 为 外 围 电 路 电压 。 １ ． ２ 辐 射 源
～
控制模块 钡 Ｉ 试模块
被测器件
波 器
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环 境 。 为获 得 足够 高 的剂 量 率 ， 需 要 将 试 验 样 品盒 抵 近 靶 面， 每 一 次轰 击 所 能 确 定 的 剂 量 率 有 一 个 较 宽 的分 布 ， 如