CN105445640A - 基于脉冲激光设备的不同指令集的单粒子敏感性判定方法 - Google Patents

Abstract

基于脉冲激光设备的不同测试指令集的单粒子敏感性判定方法，考虑器件不同测试指令集之间的差异性以及应用环境的多样性，通过在不同测试指令集下进行脉冲激光单粒子试验，可以得到不同测试指令集之间的单粒子敏感系数，然后只需要在重离子加速器下进行某一测试指令集的单粒子辐照试验，通过计算就可以判定其他测试指令集下的单粒子辐照试验结果。这一方法解决了重离子机时紧张等不足，利用脉冲激光的机时灵活，操作简便，获取数据方便的优点，能够较好的解决单粒子敏感性判定中遇到的难题。

Description

基于脉冲激光设备的不同指令集的单粒子敏感性判定方法

技术领域

本发明涉及一种基于脉冲激光设备的不同测试指令集的单粒子敏感性判定方法。

背景技术

如今，随着半导体器件工艺尺寸的降低，其单粒子效应越来越显著，严重影响着空间任务的安全。因此，在半导体器件实际应用于空间任务之前，必须对其进行单粒子效应敏感性的评估。

复杂集成电路由不同的功能模块组成，其单粒子敏感性不仅与各物理单元的敏感性相关，也与测试程序相关。测试不同的敏感单元或者使用不同的测试程序测得的单粒子敏感性差别很大。

目前，高能粒子加速器测试受LET值调节复杂、束流强度控制难、实验耗费大等因素的限制，天然放射源同时也受LET值范围及射程小的限制，而计算机模拟需要考虑不同电路结构、不同工艺参数等因素使得建立统一的有效模型仿真较为复杂；比较而言，激光模拟单粒子效应测试手段相对实用，其最突出的优势是能够迅速高效地通过对半导体器件三维扫描的方式实现单粒子效应灵敏区域分布的精确定位。脉冲激光模拟单粒子效应装置经过不断的改进和完善，可以实现单粒子效应的截面测试及不同灵敏区域的阈值测试，能够在确定的时间将一定数量的激光脉冲照射到器件表面确定的位置上。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有试验机时严重缺乏的不足，提供了一种基于脉冲激光设备的不同测试指令集下的单粒子敏感性判定方法，解决了器件在不同测试指令集下单粒子敏感性的预估问题，只需对电路进行脉冲激光试验以及少量的重离子试验就可以预估不同测试指令集下半导体电路的单粒子敏感性。

本发明的技术方案是：基于脉冲激光设备的不同指令集的单粒子敏感性判定方法，包括如下步骤：

1)编制不同的测试指令集并通过半导体器件执行；所述测试指令集为p1,p2…pn，n为正整数；

2)对执行不同测试指令集的半导体器件进行脉冲激光试验；

3)得到不同测试指令集下半导体器件的单粒子敏感性，即基于脉冲激光试验得到的单粒子错误截面的大小σ_nL；

4)由错误截面大小推算出不同测试指令集的之间的关系系数 ${\mathrm{\α}}_{1^{\′}}=\frac{{\mathrm{\σ}}_{1L}}{{\mathrm{\σ}}_{1L}},{\mathrm{\α}}_{2^{\′}}=\frac{{\mathrm{\σ}}_{2L}}{{\mathrm{\σ}}_{1L}},{\mathrm{\α}}_{3^{\′}}=\frac{{\mathrm{\σ}}_{3L}}{{\mathrm{\σ}}_{1L}},...{\mathrm{\α}}_{n^{\′}}=\frac{{\mathrm{\σ}}_{nL}}{{\mathrm{\σ}}_{1L}};$

5)改变脉冲激光能量，重复操作步骤2)-步骤4)，得到不同能量下的不同测试指令集之间的关系系数；

6)当α_1',α_1”,α_1”'...相邻两两之间，α_2',α_2”,α_2”'...相邻两两之间，……α_n',α_n”,α_n”'...相邻两两之间的差值均小于20％，认为基于脉冲激光试验得到的这些比例系数有效，对其取平均值，即 ${\mathrm{\α}}_1=\frac{{\mathrm{\α}}_{1^{\′}}+{\mathrm{\α}}_{1^{\′\′}}+{\mathrm{\α}}_{1^{\′\′\′}}...}{n},{\mathrm{\α}}_2=\frac{{\mathrm{\α}}_{2^{\′}}+{\mathrm{\α}}_{2^{\′\′}}+{\mathrm{\α}}_{2^{\′\′\′}}...}{n}......$ ${\mathrm{\α}}_n=\frac{{\mathrm{\α}}_{n^{\′}}+{\mathrm{\α}}_{n^{\′\′}}+...{\mathrm{\α}}_{n^{\′\′\′}}}{n};$

7)对某一测试指令集进行重离子试验，得到测试指令集的重离子辐照下的错误截面σ_nH；

8)根据步骤6)得到的关系系数α₁,α₂,α₃...对半导体器件在不同测试指令集下的单粒子敏感性进行预估判定，得到σ_2H'＝σ_1H×α₂，σ_3H'＝σ_1H×α₃…；将实际重离子试验得到的σ_2H,σ_3H...与由关系系数预估判定得到的σ_2H',σ_3H'...进行对比验证，其误差小于20％认定为本发明方法有效；继续进行判断，σ_nH越大，判定半导体器件对单粒子翻转的敏感性越强。

步骤2)中进行脉冲激光试验的具体步骤如下：

26)完成试验样品的制备；

27)将DUT固定于三维平移台上，并设置脉冲激光参数；

28)确定扫描的区域以及聚焦平面的位置；

29)开始对器件进行扫描试验；

30)检测输出结果并分析。

步骤7)中进行重离子试验的具体步骤如下：

71)选定某一测试指令集，并在半导体器件上执行；

72)选定某一粒子(如Cl、Ti、Ge、Bi等)对其进行重离子辐照试验；

73)得到某一测试指令集的重离子试验下的错误截面大小σ_1H；

74)使半导体器件执行不同的测试指令集并对其进行重离子辐照试验得到不同指令集下的单粒子错误截面大小σ_2H，σ_3H，...σ_nH。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1)本发明方法通过进行脉冲激光试验分析不同指令集下半导体器件的单粒子翻转错误截面，得到了不同测试指令集之间的相关系数，根据此系数并结合少量的重离子试验结果得到不同测试指令集下半导体器件的重离子试验的单粒子翻转的错误截面。

2)本发明方法解决了试验机时缺乏以及需要辐射加固验证电路种类繁多的矛盾问题，这种方法可以得到半导体器件在不同测试指令集下的重离子试验的单粒子敏感性，实现了只需进行脉冲激光试验以及少量的重离子试验就能获取不同测试指令集下器件的重离子试验结果。

附图说明

图1为本发明预估方法计算流程图；

图2为本发明脉冲激光试验流程图。

具体实施方式

我们利用脉冲激光机时灵活，操作简单等优势，对不同指令集的半导体器件的单粒子敏感性进行预估分析。本发明方法通过脉冲激光试验得到的不同测试指令集下半导体器件的单粒子错误截面，经分析得到其相关系数，最后结合少量的重离子试验数据，并根据脉冲激光试验得到的比例系数就可以预估半导体器件在不同测试指令集下的单粒子敏感性。

由此可以看出，对于任何一个电路，获取了不同测试指令集之间的单粒子敏感性相关系数，再结合少量的重离子试验，最后通过上述计算可以预估得到电路在任一测试指令集下的单粒子敏感性。基于此，对于任何一个半导体器件，预估器件单粒子敏感性的流程图如图1所示，主要步骤如下：

1)利用操作指令编制不同的测试指令集并通过半导体器件执行；

2)对执行不同测试指令集(p1,p2…pn)的半导体器件进行脉冲激光试验；

3)得到不同测试指令集下半导体器件的单粒子敏感性，即基于脉冲激光试验得到的单粒子错误截面的大小σ_nL(n＝1,2...)，对其进行统计分析；

4)由错误截面大小推算出不同测试指令集的之间的关系系数α_1',α_2',α_3'...，其中 ${\mathrm{\α}}_{1^{\′}}=\frac{{\mathrm{\σ}}_{1L}}{{\mathrm{\σ}}_{1L}},{\mathrm{\α}}_{2^{\′}}=\frac{{\mathrm{\σ}}_{2L}}{{\mathrm{\σ}}_{1L}},{\mathrm{\α}}_{3^{\′}}=\frac{{\mathrm{\σ}}_{3L}}{{\mathrm{\σ}}_{1L}}...$

5)改变脉冲激光能量，重复操作步骤2)-步骤4)，得到α_1”,α_2”,α_3”...，其中 ${\mathrm{\α}}_{1^{\′\′}}=\frac{{\mathrm{\σ}}_{1L^{\′}}}{{\mathrm{\σ}}_{1L^{\′}}},{\mathrm{\α}}_{2^{\′\′}}=\frac{{\mathrm{\σ}}_{2L^{\′}}}{{\mathrm{\σ}}_{1L^{\′}}},{\mathrm{\α}}_{3^{\′\′}}=\frac{{\mathrm{\σ}}_{3L^{\′}}}{{\mathrm{\σ}}_{1L^{\′}}}...;$

6)将得到的不同能量下的不同测试指令集之间的关系系数α_1',α_2',α_3'...，α_1”,α_2”,α_3”...，当α_1',α_1”...之间的差值小于20％，认为基于脉冲激光试验得到的这些比例系数有效，对其取平均值，即 ${\mathrm{\α}}_1=\frac{{\mathrm{\α}}_{1^{\′}}+{\mathrm{\α}}_{1^{\′\′}}+...{\mathrm{\α}}_{1^n}}{n},{\mathrm{\α}}_2=\frac{{\mathrm{\α}}_{2^{\′}}+{\mathrm{\α}}_{2^{\′\′}}+...{\mathrm{\α}}_{2^n}}{n}.$

7)对某一测试指令集进行重离子试验，得到其在此种测试指令集下器件的错误截面σ_nH(n＝1,2...)；

8)根据步骤6)得到的关系系数α₁,α₂,α₃...对半导体器件在不同测试指令集下的单粒子敏感性进行预估判定，σ_2H'＝σ_1H×α₂，σ_3H'＝σ_1H×α₃…，将实际重离子试验得到的σ_2H,σ_3H...与由关系系数预估判定得到的σ_2H',σ_3H'...进行对比验证，其误差小于20％认定为此种方法有效。σ_nH(n＝1,2...)越大，判定半导体器件对单粒子翻转的敏感性越强。

激光单粒子试验是一种用于单粒子效应分析的重要手段，本文开展了工程化的激光单粒子试验方法研究，形成规范化的操作流程。脉冲激光试验流程如图2，主要内容为：试验样品制备、固定DUT选择激光参数、确定初始位置和焦平面、选择扫描图形。

以处理器为例说明基于脉冲激光设备的不同指令集的单粒子敏感性评估方法

具体实施步骤：

1、从SPARCV832位处理器说明书中获取不同指令执行周期；

2、编写对敏感资源调用情况不同的指令集，在本研究中编写P1，P2，P3，P4几种测试指令集；

3、对几种不同的测试指令集进行脉冲激光实验，得到其相关系数见表1所示；

4、对某种测试指令集进行重离子试验，得到其单粒子错误截面见表2所示；

5、综合脉冲激光得到的不同指令集之间的关系系数预估处理器的重离子试验下的单粒子敏感性，预估得到的数据见表2所示；

6、将预估方法得到的数据与试验得到的数据进行对比，结果表明误差小于20％，满足使用要求。

表1不同指令集之间的相关系数表

表2预估结果与试验结果对比

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (3)

1.基于脉冲激光设备的不同指令集的单粒子敏感性判定方法，其特征在于包括如下步骤：

1)编制不同的测试指令集并通过半导体器件执行；所述测试指令集为p1,p2…pn，n为正整数；

2)对执行不同测试指令集的半导体器件进行脉冲激光试验；

3)得到不同测试指令集下半导体器件的单粒子敏感性，即基于脉冲激光试验得到的单粒子错误截面的大小σ_nL；

4)由错误截面大小推算出不同测试指令集的之间的关系系数 ${\mathrm{\α}}_{1^{\′}}=\frac{{\mathrm{\σ}}_{1L}}{{\mathrm{\σ}}_{1L}},{\mathrm{\α}}_{2^{\′}}=\frac{{\mathrm{\σ}}_{2L}}{{\mathrm{\σ}}_{1L}},{\mathrm{\α}}_{3^{\′}}=\frac{{\mathrm{\σ}}_{3L}}{{\mathrm{\σ}}_{1L}},...{\mathrm{\α}}_{n^{\′}}=\frac{{\mathrm{\σ}}_{nL}}{{\mathrm{\σ}}_{1L}};$

5)改变脉冲激光能量，重复操作步骤2)-步骤4)，得到不同能量下的不同测试指令集之间的关系系数；

6)当α_1',α_1”,α_1”'...相邻两两之间，α_2',α_2”,α_2”'...相邻两两之间，……α_n',α_n”,α_n”'...相邻两两之间的差值均小于20％，认为基于脉冲激光试验得到的这些比例系数有效，对其取平均值，即 $\begin{array}{cc}{\mathrm{\α}}_1=\frac{{\mathrm{\α}}_{1^{\′}}+{\mathrm{\α}}_{1^{\′\′}}+{\mathrm{\α}}_{1^{\′\′\′}}...}{n},& {\mathrm{\α}}_2=\frac{{\mathrm{\α}}_{2^{\′}}+{\mathrm{\α}}_{2^{\′\′}}+{\mathrm{\α}}_{2^{\′\′\′}}...}{n}\end{array}......$ ${\mathrm{\α}}_n=\frac{{\mathrm{\α}}_{n^{\′}}+{\mathrm{\α}}_{n^{\′\′}}+...{\mathrm{\α}}_{n^{\′\′\′}}}{n};$

7)对某一测试指令集进行重离子试验，得到测试指令集的重离子辐照下的错误截面σ_nH；

8)根据步骤6)得到的关系系数α₁,α₂,α₃...对半导体器件在不同测试指令集下的单粒子敏感性进行预估判定，得到σ_2H'＝σ_1H×α₂，σ_3H'＝σ_1H×α₃…；将实际重离子试验得到的σ_2H,σ_3H...与由关系系数预估判定得到的σ_2H',σ_3H'...进行对比验证，其误差小于20％认定为本发明方法有效；继续进行判断，σ_nH越大，判定半导体器件对单粒子翻转的敏感性越强。

2.根据权利要求所述的基于脉冲激光设备的不同指令集的单粒子敏感性判定方法，其特征在于：步骤2)中进行脉冲激光试验的具体步骤如下：

21)完成试验样品的制备；

22)将DUT固定于三维平移台上，并设置脉冲激光参数；

23)确定扫描的区域以及聚焦平面的位置；

24)开始对器件进行扫描试验；

25)检测输出结果并分析。

3.根据权利要求所述的基于脉冲激光设备的不同指令集的单粒子敏感性判定方法，其特征在于：步骤7)中进行重离子试验的具体步骤如下：

71)选定某一测试指令集，并在半导体器件上执行；

72)选定某一粒子(如Cl、Ti、Ge、Bi等)对其进行重离子辐照试验；

73)得到某一测试指令集的重离子试验下的错误截面大小σ_1H；

74)使半导体器件执行不同的测试指令集并对其进行重离子辐照试验得到不同指令集下的单粒子错误截面大小σ_2H，σ_3H，...σ_nH。