静态随机存取存储器重离子单粒子翻转效应实验研究

1、第22卷第2期核电子学与探测技术V o l.22N o .22002年3月N uclear E lectron ics &D etecti on T echno logyM arch 2002静态随机存取存储器重离子单粒子翻转效应实验研究贺朝会1,耿斌1,王燕萍1,杨海亮1,张正选1,陈晓华1,李国政1,路秀琴2,符长波2,赵葵2,郭继宇2,张新2(1西北核技术研究所,陕西西安69信箱13分箱710024;2中国原子能研究院,北京102413摘要:应用重离子加速器和252Cf 源进行单粒子翻转效应实验,测量得到I D T 系列和HM 系列静态随机存取存储器的单粒子翻转重离子L ET 阈值为48

2、M eV c m 2 m g ,单粒子翻转饱和截面为10-7c m 2bit -1量级,位单粒子翻转截面随集成度的提高而减小。实验结果表明,可以用252Cf 源替代重离子加速器测量静态随机存取存储器的单粒子翻转饱和截面。关键词:静态随机存取存储器;重离子加速器;252Cf 源;单粒子翻转效应中图分类号:TN 47;O 571.33文献标识码:A 文章编号:025820934(20020220155203收稿日期:2001201208作者简介:贺朝会(19662,男,陕西武功人,西北核技术研究所副研究员,从事核电子学的研究。0引言空间辐射环境中的带电粒子会导致航天器的电子系统中的半导体器件发生单

3、粒子效应,严重影响航天器的可靠性和寿命。总的说来,高能质子是主要的,重离子所占比例不大,但对于有的轨道,如高轨道和地球同步轨道,带电粒子主要是重离子。另外,由于重离子比高能质子容易导致单粒子效应,因此必须开展重离子单粒子效应实验,研究其单粒子效应规律。1实验方法1.1加速器重离子单粒子效应实验利用中国原子能研究院H I 213串列静电加速器进行重离子单粒子效应实验.实验的布局见图1。实验中,为减小“剂量率效应”和“多次翻转”,首先要降低重离子束流强度。采用金箔散射法降低束流强度45个量级,即用重离子轰击A u 靶,利用散射离子来辐照样品。A u 靶的厚度为100200g c m 2,10nA

4、左右的重离子束流入射,可在30处得到所需强度(约103c m -2s -1量级的散射重离子束流。在真空度约0.67m Pa 的靶室内,有一个0.4mm 厚的铝挡板,足以挡住次级离子。挡板在前角30处有一狭缝,可让散射束流通过。样品和一个金硅面垒探测器(M 1被装在可旋转的活动支架上,可顺序通过此狭缝,使得某一时刻仅有一个样品或半导体探测器被散射离子照射。支架可一次安装8块样品,以提高实验效率。其次是准确测量束流。在挡板内侧,安装有另一金硅面垒探测器(M 2和法拉第筒,在束流照射样品的同时,实时监测束流的大小。在辐照样品前,先调节束流大小,同时利用M 1和M 2测量散射离子数,得到M 1和M 2

5、的计数率比例P M 1M 2。然后在辐照样品的同时,用M 2监测束流强度。由于样品被辐照时与M 1位置相同,可根据比例P M 1M 2给出样品上的离子注量率。 图1实验布局示意图表1试验离子种类、能量及离子在Si 中L ET 值及射程离子束流能量 M eV30散射能量 M eV在Si 中L ET(M eV c m 2 m g 在Si 中射程 m112107.8110.03535C lB r17019第三,通过化学腐蚀法对样品表面的保护层进行了处理,保证重离子能够射入器件灵敏区内,产生单粒子效应。实验所用的重离子以及经A u 靶散射后,入射到芯片上的重离子能量,及其在Si 中的线性能量转移值(L

6、 ET 和射程列于表1。由于靶中的A u 在库仑力的作用下,会向前角反冲。因此,在30处辐照时,会有一定量的A u 杂质束流的影响,其影响见表2。由表2可知,反冲A u 的能量一般比散射离子小很多,射程有限。另外 ,散射离子中反冲A u 占的比例都小于5.5%,影响不大。表2反冲A u 的影响离子离子能量 M eV反冲A u 能量 M eV反冲A u 比例 %射程 m60Si 11C l 100Cu 12067.14.810.9B r1701.2252Cf 源单粒子效应实验由于252Cf 自发裂变放射出重离子碎片,其L ET 值大于

7、空间辐射环境中的带电粒子的L ET 值,可以用来测试器件的单粒子翻转饱和截面。其辐射特性见表31。表3252Cf 源的辐射特性半衰期 a衰变概率粒子能量 M eV裂变碎片平均能量 M eV裂变碎片在Si 中的L ET 值裂变碎片在Si 中的射程37kBq 源的衰变率2.64(衰变96.9%(衰变5.98(0.2%,6.08(15.2%,6.12(81.6%78.7(重裂片4245m3.6104 s (,2.2103 s (裂片4103 s (n 85(自发裂变3.09%(自发裂变102.5(轻碎片252Cf 源单粒子效应辐照测量系统由252Cf源及调节定位部件、辐照真空靶室、真空系统和真空计、

8、半导体器件单粒子效应在线测量系统和辐射安全防护体组成,如图2所示。图2252Cf 源单粒子效应辐照测量系统系统通过调节靶室外的定位调节部件来调整辐射源与器件之间的距离,以获得不同的入射离子注量率,根据靶室外的标尺直接读出两者的距离;靶室内配备多个可插拔的电缆接头,方便了辐照板与外部系统的连接;有支撑被测试器件(DU T 的固定架,可同时辐照3个器件;半导体器件测试系统,即可测存储器件,又可测功率器件;可测集成度4M 位以下的各种存储器。购买了活度强的新252Cf 源,缩短辐照时间一个多量级,提高了工作效率。2实验结果在中国原子能院H I 213串列静电加速器上,用C 、O 、F 、Si 、C

9、l 、Cu 、B r 等7种不同种类、不同能量的离子轰击A u 靶,利用散射离子束I D T 71256、 7164和HM 628512、628128等型号静态存储器芯片进行了辐照实验。应用存储器单粒子效应长线测试系统2,测量了静态存储器在不同L ET 值的重离子辐照下的翻转截面。得到了单粒子翻转阈值和饱和截面。静态随机存取存储器I D T 7164重离子单粒子翻转L ET阈值约4.2M eV c m 2 m g ,单粒子翻转饱和截面约2.510-7c m 2b it -1。I D T 71256的重离子单粒子翻转L ET 阈值为4.0M eV c m 2 m g ,单粒子翻转饱和截面约1.5

10、10-7c m 2b it -1。HM 628128的重离子单粒子翻转L ET 阈值约6.0M eV c m 2 m g ,单粒子翻转饱和截面约1.2510-7c m 2b it -1。图3、4给出了单粒子翻转截面与L ET 值的关系。图5为不同集成度的HM 系列存储器单粒子翻转截面的比较。随着集成度的提高,位单粒子翻转截面减小。I D T 系列存储器也表现出相同规律。这是由于存储单元的面积随集成度的提高而减小,相应的灵敏单元的面积也减小的缘故。虽然位单粒子翻转截面集成度的提高而减小,但考虑集成度(存储单元个数的因素,器件的单粒子翻转截面随集成度的提高而增大。 图3I D T 系列存储器单粒子

11、翻转截面与L ET 值的关系应用252Cf 源单粒子效应辐照测量系统对I D T 71256、HM 628128等型号静态存储器进行了单粒子翻转饱和截面测量。实验结果与串列加速器的重离子单粒子效应实验结果一致,图3、4中L ET 为43M eV c m 2 m g 的数据点是252Cf 源单粒子效应实验结果。说明对于I D T 和HM 系列的存储器,可以用252Cf 源代替重离子加速器测量单粒子翻转饱和截面。图4HM 系列存储器单粒子翻转截面与L ET值的关系图5不同集成度的I M 系列存储器单粒子翻转截面的比较3结论实验结果表明,I D T 和HM 系列静态随机存取存储器的重离子单粒子翻转L

12、 ET 阈值为48M eV c m 2m g ,单粒子翻转饱和截面为10-7c m 2b it -1量级,位单粒子翻转截面随集成度的提高而减小。可以用252Cf 源代替重离子加速器测量单粒子翻转饱和截面。参考文献:1Buchner S ,et al .L abo rato ry tests fo r single eventeffects J .IEEE T rans N ucl Sci ,1996,N S 43(2:678.实验研究J .核电子学与探测技术,2000,20(4:253.(下转第142页,Continued on page 1423计算和显示各口油井的量油时间、次数、含水率、每

13、天平均产量、月累计产量、年累计产量、温度、压力等,实时显示量油的工艺流程,打印输出生产报表。4具有温度、压力的越限报警功能。5在线输入各种测量参数和密码锁定功能。6可进行在线系统标定。7可将测量数据上传。图2是软件系统的总体框图。A m ea sur i ng o il system w ithrad i a tion l iqu id-level con trolto a well i n petroleu m f iledBA I Q iu2guo,J I N G Chun2guo,SHU Dong2m ei(Q inhuangdao B ranch of N o rtheast U ni

14、versity,Q inhuangdao of H ebei P rov.066004,Ch inaAbstractA m easuring o il system to a w ell in petro leum filed,w h ich is contro lled by computer autom atically,is described in th is paper.In th is system,aradiati on source and a scintillati on detecto r have been used to contro l the level of m

15、ixture liquid of o il and w ater in the m easuring container and a p ressure2m eter is used to m easuring liquid p ressure in m easuring container.Computer contro ls to open o r clo se each valves to container acco rding to p rocedure and registers begin2ti m e and end2ti m e w hen liquid level reac

16、hes contro lled level.T hen,computer calculates percentage of w ater and average output of o il from a w ell.T he system can be constructed in any size from one w ell to fifteen w ells.It can m easure and disp lay temperature,p ressure and p rocess chart,and give an alarm w hen over2 temperature and

17、 over2p ressure happen,it can also p rint p roducti on table th rough a p rinter.T he system soft is w o rk ing under W indow s98,there is good interface to use it conveniently.Key words:radiati on source;scintillati on detecto r;m easuring o il from a w ell;percentage of w ater; p ressure2m eter(上接

18、第157页,Continued from page157Exper i m en ta l study on heavy ion s si ngle even t upset effectsi n sta tic random access m em or iesH E Chao2hu i1,GEN G B in1,W AN G Yan2p ing1,YAN G H ai2liang1,ZHAN G Zheng2xuan1,CH EN X iao2hua1,L I Guo2zheng1,LU X iu2qin2,FU Chang2bo2,ZHAO Ku i2,GUO J i2yu2,ZHAN G X in2(1N o rthw est Institute of N uclear T echno logy,P.O.Box6921,X ian of Shaanxi P rov.710024,Ch ina;2Ch ina Institute of A tom ic Energy,Beijing102413,Ch