1宇航用半导体器件重离子单粒子效应试验

1/3试验方法一、试验目的通过试验，获得器件单粒子事件截面与入射离子LET的关系，为评价器件的单粒子效应敏感性提供数据。二、试验原理用i（通常要求i≥5）种不同LET的离子，以倾角θ（i）入射到芯片表面，入射到芯片表面的离子总数为Φ（i），检测器件发生的单粒子事件数N（i）。利用公式（1）和（2）计算LET（i）的离子照射下器件的单粒子事件截面σ（i）和LET(i)eff：σ（i）=N（i）/（Φ（i）×cosθ（i））…………（1）式中：i——不同LET离子的种类数；σ（i）——第i种LET离子的单粒子事件截面，单位为平方厘米每器件或平方厘米每位（cm2/器件或cm2/位）；N（i）——第i种LET离子测得的单粒子事件数；Φ（i）——第i种LET离子的总注量；θ（i）——第i种LET离子的入射角，单位为度（°）。LET(i)eff=LET（i）/cosθ（i）……………………（2）式中：LET（i）eff——以θ角入射的第i种LET离子的有效LET值；LET（i）——第i种LET离子的LET值。画出单粒子事件截面σ（i）和入射离子LET（i）eff的关系曲线，如图1所示。由σ~LET曲线得出反映器件单粒子事件敏感性的两个关键参数：单粒子事件饱和截面σsat和LET阈值LETth。由单粒子事件饱和截面σsat和LET阈值LETth，结合空间辐射环境模型，可预示器件在各种空间环境中的单粒子事件率。图1σ～LET关系曲线2/3三、试验设备a.辐射源；（回旋加速器；串列静电加速器；锎源）；b.束流测量系统；c.单粒子效应测试系统；（存储器类电路的测试；微处理器类复杂数字电路的测试；模拟电路的测试；数－模混合电路的测试）；d.单粒子锁定的测试；e.试验板和电缆；f.温度测量系统。四、试验程序a.制定试验方案（见附录A）；b.样品准备；除非另有规定，一批产品的试验样品数量应不少于3只。器件可以是不经筛选的，但应经测试合格。每一个器件应编号，并按编号记录数据。需要时，试验前样品应开帽。需要时，应去除芯片表面的保护层。测量并记录芯片的尺寸，照相记录芯片的特征。开帽后应对试验样品进行测试，只有测试合格的样品方可进行后续试验。c.粒子选择；粒子选择的要求如下：a)参照与被试器件结构、工艺最接近的器件的单粒子试验数据，判断被试器件的单粒子事件LET阈值范围；b)根据预估的器件单粒子事件LET阈值确定离子种类和能量。如果要试验获得σ~LET曲线，以便进行单粒子事件率预估，则选用的离子种类和能量点数应至少具备5种以上不同的有效LET值。离子的有效LET应能覆盖被试器件从刚开始出现单粒子事件到单粒子事件达到饱和截面所相应的LET范围；c)选择的离子在硅中有足够的射程，通常要求大于30μm；d)可以采用倾斜入射以获得有效LET的增加。但离子的射程必须满足要求，且离子在通过敏感区体积内的LET变化不大。有效LETeff计算见公式（2），且倾角不应大于60°。增加入射角度对单粒子锁定不一定有效；e)单粒子翻转试验时的注量率的选择以每秒钟内产生不大于1次~4次错误为宜；f)若总注量达到107离子数/cm2未出现错误，则认为在该LET值下器件单粒子效应不敏感，可以增加入射离子有效LET值；g)若翻转总数达到100个（或规定值），或总注量达到107离子数/cm2（以先到者为准），或辐照到规范规定的时间，则停止辐照，根据规范变换有效LET。d.试验装置安装调试；e.束流调整和测量；f.试验数据记录；g.数据分析处理；计算垂直入射到器件表面每种LET离子的总注量Φ（i）eff，见公式（4）：Φ（i）eff=Φ（i）×cosθ………………………………………（4）式中：3/3Φ（i）eff——垂直入射到器件表面第i种LET离子的总注量。根据测量的器件的单粒子事件数N（i），计算每种LET下的单粒子事件截面σ（i），见公式（5）：σ（i）=N（i）/Φ（i）eff………………………………………（5）绘制出单粒子事件截面σ（i）与入射离子有效LET值的关系曲线。根据曲线获得单粒子事件饱和截面和单粒子事件阈值LETth，即单粒子事件截面为1%饱和截面对应的LET值。h.试验结果不确定度分析。五、试验报告试验后应写试验报告，格式参见附录B。六、注意事项：1．试验环境要求如下：a)环境温度：15℃～35℃；b)相对湿度：20%～80%；c)静电防护满足GJB1649－1993的规定。2．总剂量效应影响的考虑:如果被试器件进行过总剂量试验，应评估总剂量效应对单粒子效应的影响；当入射离子数量达到10个离子/cm²，应考虑总剂量效应的影响；如测试环境中同时存在γ辐射场时，应考虑总剂量效应的影响。图2HIRFL单粒子试验装置示意图