【摘要】：空間輻射引起的單粒子效應(yīng)是航天器故障的重要誘因之一,嚴(yán)重地威脅著在軌航天器的運(yùn)行安全。近年來單粒子效應(yīng)的危害逐漸受到國家的高度重視,現(xiàn)代航天技術(shù)發(fā)展要求采用抗輻射加固電子元器件。單粒子效應(yīng)地面加速器模擬實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)加固電子元器件抗輻射性能的重要手段,而離子注量是模擬實(shí)驗(yàn)中的重要參數(shù)之一。實(shí)驗(yàn)中弱束流離子注量探測的準(zhǔn)確性直接影響數(shù)據(jù)質(zhì)量,關(guān)系到預(yù)估元器件在軌翻轉(zhuǎn)率的可靠性。以往的大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),單粒子效應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果很大程度上依賴于入射離子的注量率,但缺乏注量率對單粒子效應(yīng)影響全面、系統(tǒng)的研究。本文通過對注量率在單粒子效應(yīng)中的影響研究,獲得地面加速器單粒子實(shí)驗(yàn)結(jié)果對輻照注量率的依賴關(guān)系,為地面模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)解釋提供指導(dǎo)。同時,針對單粒子效應(yīng)實(shí)驗(yàn)弱束流的特點(diǎn),探索了低注量率離子探測的新方法。本文利用蘭州重離子加速器提供的多種高能重離子,開展離子輻照注量率對單粒子效應(yīng)的影響研究。實(shí)驗(yàn)使用的離子種類為:Ni、Kr和Bi,覆蓋LET值范圍10.1-99.8 MeV?cm~2/mg,實(shí)驗(yàn)注量率變化范圍10-10~5 ions/(cm~2?s)。測試器件采用多種工藝形式、多種加固方式,工藝節(jié)點(diǎn)覆蓋0.5μm 65 nm。分別研究了束流參數(shù)如注量率變化范圍、入射離子LET值、入射離子傾斜角度等對注量率在單粒子效應(yīng)中的影響,不同器件結(jié)構(gòu)如不同加固方式在高注量率下的失效模式,不同注量率條件對傳統(tǒng)錯誤率預(yù)估方法產(chǎn)生的影響等。同時結(jié)合軟件模擬計算,深入分析注量率效應(yīng)的內(nèi)在物理過程和機(jī)制。使用Geant4、TCAD等軟件模擬仿真重離子在器件內(nèi)的電荷激發(fā)、收集過程,獲得激發(fā)電荷在測試器件內(nèi)靈敏區(qū)空間分布和時間分布,對注量率效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行解釋。得到的主要研究結(jié)果如下:1)實(shí)驗(yàn)獲得了影響單粒子效應(yīng)的注量率變化范圍。在不同的注量率范圍內(nèi),注量率對器件的單粒子效應(yīng)的影響不一樣,注量率變化范圍對單粒子效應(yīng)敏感性造成影響。由實(shí)驗(yàn)表明,當(dāng)離子輻照注量率大于1×10~3 ions/(cm~2?s)時,器件的注量率效應(yīng)開始顯現(xiàn),對于大多數(shù)器件而言,單粒子翻轉(zhuǎn)截面開始隨注量率的增加而增大。當(dāng)注量率小于1×10~3 ions/(cm~2?s)時,單粒子效應(yīng)對注量率不敏感。由理論計算分析得知,注量率效應(yīng)起因?yàn)閮蓚�或多個離子引起的關(guān)聯(lián)效應(yīng)。只有當(dāng)注量率足夠大時,兩個或多個離子出現(xiàn)關(guān)聯(lián)性的概率才開始增大,注量率效應(yīng)才開始顯現(xiàn)。2)注量率效應(yīng)與待測器件結(jié)構(gòu)相關(guān)。不同的器件結(jié)構(gòu)具有不一樣的注量率效應(yīng)敏感性。一般而言,加固器件的單粒子翻轉(zhuǎn)截面遠(yuǎn)低于同工藝未加固器件,但隨著注量率增大,加固器件的單粒子翻轉(zhuǎn)截面變化要比未加固器件大。對于體硅未加固SRAM而言,其多位翻轉(zhuǎn)的翻轉(zhuǎn)位組成占比隨注量率變化而發(fā)生改變,高于3位的多位翻轉(zhuǎn)開始增多。結(jié)合理論模擬仿真結(jié)果,分析了不同結(jié)構(gòu)器件的單粒子效應(yīng)特點(diǎn),及其在高注量率下單粒子效應(yīng)失效模式。3)入射離子LET值大小影響注量率效應(yīng)。入射離子LET值對單粒子效應(yīng)注量率敏感性有顯著的影響。實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果顯示當(dāng)入射離子LET值增大時,器件的注量率效應(yīng)敏感性增大。由GEANT4理論模擬計算實(shí)驗(yàn)所用的離子參數(shù),得到離子入射后的激發(fā)電荷分布。隨著入射離子LET增大,其激發(fā)電荷分布范圍更廣,激發(fā)電荷密度更大,注量率效應(yīng)變得更顯著。本文還研究了微通道板離子注量探測器,微通道板探測器是現(xiàn)代新興的一種注量探測器,具有時間響應(yīng)快、電子增益大、探測噪聲小等優(yōu)點(diǎn)。研究了微通道板單粒子效應(yīng)實(shí)驗(yàn)注量探測器的制備問題,研究了探測器的結(jié)構(gòu)構(gòu)造,以及不同構(gòu)造結(jié)構(gòu)對探測器性能的影響。測試了微通道板探測器的性能,得到探測器的信號幅度為250 mV,信號寬度為25 ns,該信號指標(biāo)滿足了探測器設(shè)計要求,可工作在1 MHz計數(shù)率下。結(jié)合理論模擬對探測器的探測性能進(jìn)行理論分析,對探測器探測機(jī)制進(jìn)行了理論摸索。
【圖文】：

當(dāng)高能粒子入射到半導(dǎo)體器件時嘶嵊肫骷牧戲⑸嗷プ饔枚鶚芰，

本文編號：2663622