抗辐照集成电路单粒子效应截面预估方法

摘要

本发明公开了一种抗辐照集成电路单粒子效应截面预估方法，主要是解决在相同地面重离子加速辐照实验条件下单粒子效应截面预估问题，其技术方案为：从大量的工程试验数据出发，分析离子总注量与其所引起的单粒子效应次数之间的逻辑相关性，结合单粒子效应产生的机理和概率论统计理论，建立下一次单粒子效应出现的时间节点Δti+1的预估模型以及整个电路单粒子效应截面δ的预估模型，从而建立了离子总注量及其所引起单粒子效应次数之间的逻辑关系，本发明解决了在相同试验条件下单粒子效应截面预估问题，为抗辐照集成电路的地面加速模拟试验评估提供了一种工程性的分析手段。可用于对航天微电子器件抗辐照性能预估。

权利要求

1.一种抗辐照集成电路单粒子效应截面预估方法，其特征在于包括：设置相同地面重离子加速辐照实验条件，即假设离子种类相同、离子能量/LET值相同、离子注量率相同、电路内部的SEE敏感性区域分布均匀，电路的实验检测系统也相同；

构造相同地面重离子加速辐照实验条件下，发生第i次单粒子效应的时间间隔Δti的统计模型：其中，tsys表示系统参考周期；ni表示第i-1次单粒子效应与第i次单粒子效应的时间间隔Δti之间的系统周期个数，i＝1,2,3,...k，k取自然整数；Δti为第i次出现单粒子效应相对于第i-1次单粒子效应出现的时间间隔；

根据预估模型(1)构造含有Δti的第i+1次单粒子效应发生的时间节点Δti+1预估模型：其中，Δti+1表示第i+1次发生单粒子效应相对于第i次单粒子效应的时间间隔；

根据预估模型(2)计算出含有Δti+1和单粒子效应次数i的抗辐照集成电路单粒子效应截面预估值δ：其中，N为单粒子效应截面预估值δ所对应的离子总数，vions为离子注量率，即被辐照电路单位时间、单位面积上的离子注量；N和vions的值由实验源单位提供。

说明书

抗辐照集成电路单粒子效应截面预估方法

技术领域

[0001] 本发明属于地面试验验证技术领域，特别涉及一种抗辐照集成电路单粒子效应截面预估方法，可用于对航天微电子器件抗辐照性能预估。

背景技术

[0002] 随着我国空间应用技术以及集成电路抗辐照加固技术的迅猛发展，越来越多的抗辐照集成电路被广泛应用于我国自主研发的航天器中，当航天器空间在轨运行时，会受到来自宇宙空间多种粒子射线的袭击致使集成电路发生单粒子效应简称SEE，常见的单粒子效应有：单粒子翻转、单粒子失锁、单粒子功能中断、单粒子烧毁等。地面重离子加速模拟辐照试验已经成为集成电路抗单粒子效应能力的一种评估手段，但由于我国加速器资源有限以及我国航天工程型号任务的迫切需求，能否从有限的地面重离子加速模拟单粒子效应试验数据中找到一定的规律，来预估在相同试验条件时下一次单粒子效应发生的时间节点，是地面重离子加速模拟单粒子效应试验评估领域值得思考的问题之一。另外，从单粒子效应机理出发，单粒子效应属于概率事件，离子相当于触发事件，利用概率论统计与分析理论初步判定，二者存在一定的数理逻辑关系。

[0003] 传统的地面重离子加速模拟单粒子效应试验时，没有考虑离子注量与其所引起的单粒子效应次数之间的逻辑关系，特别是在离子种类相同、离子能量/LET值相同、离子注量率相同、电路内部的SEE敏感性区域分布均匀的条件下二者之间在工程上的逻辑关系。工程试验时，离子总注量一般要辐照到107/cm2，单只电路的辐照时间一般在20分钟甚至1～2小时，这对我国正处研发高峰期的大量抗辐照集成电路来说，无论从摸底试验还是从鉴定试验角度，都是一个极大的资源短缺，严重影响我国各航天工程型号任务的整体进度。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种抗辐照集成电路单粒子效应截面预估方法，以实现对相同地面重离子加速辐照实验条件时电路的单粒子效应截面进行预估，满足我国航天型号任务对大量抗辐照集成电路地面实验评估的需求。

[0005] 本发明的技术思路是从大量的工程试验数据出发，分析在相同地面重离子加速辐照实验条件下，即离子种类相同、离子能量/LET值相同、离子注量率相同、电路的实验检测系统也相同离子总注量与其所引起的单粒子效应次数之间的逻辑相关性，结合单粒子效应产生的机理和概率论统计理论，建立下一次单粒子效应出现的时间节点预估模型，并由此构造抗辐照集成电路单粒子效应截面预估模型，从而实现对电路的单粒子效应截面进行预估，其技术方案包括以下内容：

[0006] 设置相同地面重离子加速辐照实验条件，即假设离子种类相同、离子能量/LET值相同、离子注量率相同、电路内部的SEE敏感性区域分布均匀，，电路的实验检测系统也相同；

[0007] 构造相同地面重离子加速辐照实验条件下，发生第i次单粒子效应的时间间隔Δti的统计模型：

[0008]

[0009] 其中，tsys表示系统参考周期；ni表示第i-1次单粒子效应与第i次单粒子效应之间的系统周期个数，i＝1,2,3,...k，k取自然整数；Δti为第i次出现单粒子效应相对于第i-1次单粒子效应出现的时间间隔；

[0010] 根据预估模型(1)构造含有Δti的第i+1次单粒子效应发生的时间节点Δti+1预估模型：

[0011]

[0012] 其中，Δti+1表示第i+1次发生单粒子效应相对于第i次单粒子效应的时间间隔。

[0013] 根据预估模型(2)计算出含有Δti+1和单粒子效应次数i的抗辐照集成电路单粒子效应截面δ：

[0014]

[0015] 其中，N为单粒子效应截面预估值δ所对应的离子总数，vions为离子注量率，即被辐照电路单位时间、单位面积上的离子注量；N和vions的值由实验源单位提供。

[0016] 本发明与现有技术相比的有益效果在于：

[0017] 1.现有的单粒子效应截面评估方法没有考虑离子总注量与其所引起的单粒子效应次数之间的逻辑相关性，无法实现对对相同试验条件时下一次单粒子效应发生的时间节点进行预估。本发明将离子总注量与其所引起的单粒子效应次数之间建立了逻辑联系，并结合单粒子效应诱发机理，建立了下次单粒子效应发生的时间节点的预估模型，从而更加科学、合理的对相同试验条件时下一次单粒子效应发生的时间节点进行预估。

[0018] 2.现有的单粒子效应截面评估方法没有给出在相同试验条件下单粒子效应截面与单粒子效应发生的时间节点和注量率之间的逻辑关系，无法根据实验条件估算出电路的单粒子效应截面。本发明将粒子效应截面与单粒子效应发生的时间节点和注量率之间建立了逻辑关系，解决了在相同试验条件下单粒子效应截面预估问题。

[0019] 同时，本发明也可以进一步验证地面重离子加速模拟辐照试验时注量达到107/cm2的实际物理意义，有助于确立在新的抗辐照集成电路工艺以及新的空间轨道时地面重离子加速模拟辐照试验离子总注量所需达到的具体值，为抗辐照指标的制定奠定理论基础。

附图说明

[0020] 图1是本发明中的实现总流程图；

[0021] 图2是本发明中单粒子效应发生的时间间隔Δti的统计流程；

[0022] 图3是本发明中对国产抗辐照16Mbits SRAM存储器下一次单粒子翻转效应时间节点的预估计；

[0023] 图4是本发明中对国产抗辐照总线控制器电路全功能模式下的下一次单粒子功能中断时间节点的预估计。

具体实施方式

[0024] 以下结合附图对本发明的技术方案和效果做进一步详细描述。

[0025] 参照如图1，本实例对抗辐照集成电路单粒子效应预估的实施步骤如下：

[0026] 步骤1，设置相同的地面重离子加速辐照实验条件。

[0027] 所谓相同的地面重离子加速辐照实验条件包括：离子种类相同，离子能量/LET值相同，离子注量率相同、电路内部的SEE敏感性区域分布均匀，电路的实验检测系统也相同。

[0028] 步骤2，计算相同地面重离子加速辐照实验条件下，发生第i次单粒子效应的时间间隔Δti。

[0029] 参照图2，本步骤的具体实现如下：

[0030] 2a)判断系统是否复位：若系统已复位，将SEE间隔计时器、SEE计数器清零；若未复位，则执行步骤2b)；

[0031] 2b)判断是否发生单粒子效应SEE；如果发生，则统计SEE的个数ni，并将SEE间隔计时器的值Δti放置在缓存RAM中，同时完成SEE间隔计时器清零；否则，执行步骤2c)；

[0032] 2c)开启单粒子效应SEE间隔计时器，按照系统精确时钟tsys开始计时；

[0033] 2d)重复步骤2a)～2c)，直到系统停止；

[0034] 2e)根据步骤2b)和步骤2c)计算发生第i次单粒子效应的时间间隔Δti：

[0035]

[0036] 其中，tsys表示系统参考周期；ni表示第i-1次单粒子效应与第i次单粒子效应之间的系统周期个数，i＝1,2,3,...k，k取自然整数；Δti为第i次出现单粒子效应相对于第i-1次单粒子效应出现的时间间隔。

[0037] 步骤3，根据预估模型<1>构造含有Δti的第i+1次单粒子效应发生的时间节点Δti+1预估模型：

[0038]

[0039] 将步骤2中Δti的值代入到预估模型<2>，即可计算出下一个单粒子效应发生的时间点。理论上来说，i越大，Δtk+1就越准确，其中，Δti+1表示第i+1次发生单粒子效应相对于第i次单粒子效应的时间间隔。

[0040] 步骤4，根据预估模型<2>，计算出含有Δti+1和单粒子效应次数i的抗辐照集成电路单粒子效应截面δ：

[0041]

[0042] 其中，N为单粒子效应截面预估值δ所对应的离子总数，vions为离子注量率，即被辐照电路单位时间、单位面积上的离子注量；N和vions的值由实验源单位提供。

[0043] 本发明的效果可以通过以下工程试验进一步验证说明：

[0044] 试验1：以国产抗辐照16Mbits SRAM存储器为例，按照图2所示的步骤进行测试系统的开发，试验过程中选择了Ge粒子、注量率为13000/s·cm2、五个时间节点的单粒子翻转数据进行分析，代入预估模型对下一个单粒子翻转发生的时间节点进行预估，结果如图3所示。

[0045] 图3结果表明：下一个单粒子翻转发生的时间节点在193s左右，而预估出现红色虚线的时间为195s附近，模型预估值与实际值之间符合程度较高。

[0046] 利用本发明中所预估的下一个单粒子翻转发生的时间节点，对国产抗辐照16MbitsSRAM存储器电路的单粒子翻转截面进一步预估为：

[0047]

[0048] 试验2：以国产抗辐照总线控制器电路为例，按照图2所示的步骤进行测试系统的开发，在试验过程中选择了Ge粒子、注量率为13000/s·cm2、五个时间节点的全功能模式下的单粒子功能错误数据进行分析，代入预估模型对下一个单粒子功能错误数的时间节点进行预估，结果如图4所示。

[0049] 图4结果表明：下一个单粒子功能错误发生的时间节点在303s左右，而预估出现红色虚线的时间为300s附近，模型预估值与实际值之间符合程度较高。

[0050] 利用本发明中所预估的下一个单粒子功能错误发生的时间节点，对对国产抗辐照总线控制器电路全功能模式下的单粒子功能错误截面进一步预估为：

[0051]

[0052] 以上描述仅是本发明的两个具体实例，不构成对本发明的任何限制。显然对于本领域的专业人员来说，在了解本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明的原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。