CN107832556A - 一种单粒子翻转评估方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种单粒子翻转评估方法及装置，涉及半导体器件抗辐射加固领域。用于解决现有技术中无法对单粒子翻转效应进行模拟和分析的问题。所述方法包括：建立静态随机存储器的几何模型；所述几何模型包括两层，其中敏感区域为第二层，位于第一层的下方；根据入射粒子的预设参数，通过蒙特卡洛方法对所述几何模型的敏感区域进行辐照，得到沉积能量；其中，所述入射粒子的预设参数包括所述入射粒子的个数和所述入射粒子的能量；若所述沉积能量达到预设临界能量，则确定所述入射粒子引起一次单粒子翻转。

Description

一种单粒子翻转评估方法及装置
技术领域
本发明涉及半导体器件抗辐射加固领域，具体涉及一种单粒子翻转评估方法及装置。
背景技术
单粒子翻转效应(英文：single event upset，缩写：SEU)是指当单个粒子穿过电子元器件过程中产生电子-空穴对，产生的电子-空穴对在电场的作用下，被电子元器件的敏感节点收集，导致电子元器件的逻辑状态发生改变的现象。
随着航天技术的发展，越来越多的电子元器件被用于航天器的各个组成部分。但是，在空间环境中的高能粒子和各种射线会导致电子元器件发生单粒子翻转效应，从而造成电子元器件的逻辑状态或存储数据改变，甚至造成电子元器件永久性失效，严重影响航天器的使用寿命。因此，需要一种评估方法对单粒子翻转效应进行模拟和分析，来对电子元器件的性能进行评估。
发明内容
本发明实施例提供一种单粒子翻转评估方法及装置，用以解决现有技术中无法对单粒子翻转效应进行模拟和分析的问题。
本发明实施例提供一种单粒子翻转评估方法，所述方法包括：
建立静态随机存储器的几何模型；所述几何模型包括两层，其中敏感区域为第二层，位于第一层的下方；
根据入射粒子的预设参数，通过蒙特卡洛方法对所述几何模型的敏感区域进行辐照，得到沉积能量；其中，所述入射粒子的预设参数包括所述入射粒子的个数和所述入射粒子的能量；
若所述沉积能量达到预设临界能量，则确定所述入射粒子引起一次单粒子翻转。
优选地，所述入射粒子为入射光子；所述入射光子的个数为5×107，所述入射光子的能量为50keV。
优选地，在若所述沉积能量达到预设临界能量，则确定所述入射粒子引起一次单粒子翻转之后，所述方法还包括：
累计所有所述入射粒子引起的单粒子翻转次数；
根据公式生成单粒子翻转截面；
其中，所述σ为所述单粒子翻转截面；所述NSEU为所有所述入射粒子引起的单粒子翻转次数；所述N为所述入射粒子的个数；所述A为所述几何模型的表面积。
优选地，根据入射粒子的预设参数，通过蒙特卡洛方法对所述几何模型的敏感区域进行辐照，得到沉积能量包括：
根据所述入射粒子的预设参数和所述几何模型的预设参数，建立物理处理列表；所述几何模型的预设参数包括所述静态随机存储器的尺寸和所述静态随机存储器的材质；
根据所述入射粒子的预设规则和所述物理处理列表，确定所述敏感区域的沉积能量；其中，所述预设规则为所述入射粒子垂直入射所述敏感区域。
优选地，所述几何模型还包括铝片区域，位于所述第一层上方；所述铝片区域厚度为1毫米。
本发明实施例提供一种单粒子翻转评估装置，包括：
建立模块，用于建立静态随机存储器的几何模型；所述几何模型包括两层，其中敏感区域为第二层，位于第一层的下方；
辐照模块，用于根据入射粒子的预设参数，通过蒙特卡洛方法对所述几何模型的敏感区域进行辐照，得到沉积能量；其中，所述入射粒子的预设参数包括所述入射粒子的个数和所述入射粒子的能量；
确定模块，用于若所述沉积能量达到预设临界能量，则确定所述入射粒子引起一次单粒子翻转。
优选地，所述入射粒子为入射光子；所述入射光子的个数为5×107，所述入射光子的能量为50keV。
优选地，还包括：
生成模块，用于累计所有所述入射粒子引起的单粒子翻转次数；
根据公式生成单粒子翻转截面；
其中，所述σ为所述单粒子翻转截面；所述NSEU为所述所有入射粒子引起的单粒子翻转次数；所述N为所述入射粒子的个数；所述A为所述几何模型的表面积。
优选地，所述辐照模块具体用于，根据所述入射粒子的预设参数和所述几何模型的预设参数，建立物理处理列表；所述几何模型的预设参数包括所述静态随机存储器的尺寸和所述静态随机存储器的材质；
根据所述入射粒子的预设规则和所述物理处理列表，确定所述敏感区域的沉积能量；其中，所述预设规则为所述入射粒子垂直入射所述敏感区域。
优选地，所述几何模型还包括铝片区域，位于所述第一层上方；所述铝片区域厚度为1毫米。
本发明实施例提供的单粒子翻转评估方法，包括：建立静态随机存储器的几何模型；其中，几何模型包括两层，其中敏感区域为第二层，位于第一层的下方；然后根据入射粒子的预设参数，通过蒙特卡洛方法对几何模型的敏感区域进行辐照，得到沉积能量；其中，入射粒子的预设参数包括入射粒子的个数和入射粒子的能量；若沉积能量达到预设临界能量，则确定入射粒子引起一次单粒子翻转。本发明实施例通过根据入射粒子的预设参数，通过蒙特卡洛方法对几何模型的敏感区域进行辐照，得到沉积能量，来模拟由于入射粒子入射静态随机存储器引起的单粒子翻转的过程，从而得到敏感区域的沉积能量，进而判断沉积能量达到预设临界能量，若达到，说明该入射粒子引起了一次单粒子翻转；这样，可通过设置不同预设临界能量，对静态随机存储器发生单粒子翻转的情况进行评估，更好的提高静态随机存储器的性能和使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种单粒子翻转评估方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种单粒子截面与预设临界能量的线性关系示意图；
图3为本发明实施例提供的一种单粒子翻转评估装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明实施例的执行主体可以是处理器。
图1为本发明实施例提供的一种单粒子翻转评估方法的流程示意图，其中，静态随机存储器包括敏感单元；该方法包括以下步骤：
S101：建立静态随机存储器的几何模型；几何模型包括两层，其中敏感区域为第二层，位于第一层的下方。
S102：根据入射粒子的预设参数，通过蒙特卡洛方法(英文：monte carlo method)对几何模型的敏感区域进行辐照，得到沉积能量；其中，入射粒子的预设参数包括入射粒子的个数和入射粒子的能量。
S103：若沉积能量达到预设临界能量，则确定入射粒子引起一次单粒子翻转。
其中，预设临界能量为静态随机存储器的临界能量。敏感区域为静态随机存储器存储单元的反偏P-N结的空间电荷区。
在实际应用中，入射粒子射入静态随机存储器(英文：static random accessmemory，缩写：SRAM)后，与静态随机存储器的材料之间相互作用从而产生大量的次级电子，这些次级电子与静态随机存储器碰撞后产生大量的电荷，这些电荷被静态随机存储器存储单元的空间电荷区收集，导致静态随机存储器的存储单元逻辑状态翻转，那么，可以认为该入射粒子引起了一次单粒子翻转。其中，导致静态随机存储器的存储单元逻辑状态翻转的最小能量为静态随机存储器的临界能量。
其中，静态随机存储器包括金属布线层和至少一个存储单元。金属布线层用于连接静态随机存储器的电路。存储单元用于存储逻辑状态或数据；通常情况下，存储单元以矩阵形式排列，并位于金属布线层的下方。
基于此，静态随机存储器的几何模型包括两层，金属布线层为第一层，敏感区域为第二层。其中，根据金属布线层的排布方式，可以将金属布线层简化为将金属布线层简化为堆栈式的几何结构，生成第一层；并根据静态随机存储器存储单元的反偏P-N结的空间电荷区的尺寸将各个反偏P-N结的空间电荷区简化为长方体，以矩阵形式排列生成第二层，即敏感区域，位于第一层下方。
可以理解的，本发明实施例可通过设置静态随机存储器的几何模型尺寸和几何模型的敏感区域的尺寸，实现对不同尺寸的静态随机存储器进行单粒子翻转效应分析。示例的，可以对纳米级的静态随机存储器进行单粒子翻转效应分析。示例的，45nm的随机静态存储器敏感区域的体积可以是0.22μm2×0.5μm。基于此，在步骤S101中，通过建立第一层和第二层，可以准确建立静态随机存储器的几何模型。需要说明的是，本发明实施例对于建立静态随机存储器的几何模型的具体实施方式不进行限定。
基于此，在步骤S102中，根据入射粒子的预设参数，通过蒙特卡洛方法模拟入射粒子在静态随机存储器中发生的物理反应和运动轨迹，即通过蒙特卡洛方法对几何模型的敏感区域进行辐照，得到沉积能量。其中，蒙特卡洛方法用于构造单粒子翻转概率过程，即计算敏感区域的沉积能量到达预设临界能量的概率，来确定入射粒子引起单粒子翻转的次数。
其中，可通过设置不同的入射粒子的类型、个数和能量，通过对静态随机存储器的敏感区域发生单粒子翻转现象进行分析，来对静态随机存储器进行评估，即在步骤S103中，通过判断沉积能量达到预设临界能量，若达到，说明入射粒子引起一次单粒子翻转。
通常情况下，可通过预设固定的入射粒子能量和固定的入射粒子个数，来对不同临界能量的静态随机存储器的敏感区域的单粒子翻转尽行评估。
由于静态随机存储器的尺寸越小，静态随机存储器的临界能量越小，使得静态随机存储器的单粒子翻转越容易发生；优选地，入射粒子为入射光子；入射光子的个数为5×107，入射光子的能量为50keV。这样，可根据入射光子的光电效应与静态随机存储器作用产生的次级电子，对尺寸较小的静态随机存储器发生单粒子翻转的情况进行评估。通常情况下，为了减少入射光子的低能部分对静态随机存储器的敏感区域的沉积能量的影响，在静态随机存储器的上方加入铝片，使得入射光子先通过铝片再对静态随机存储器的敏感区域进行辐照，这样，可以过滤入射光子的低能部分，更加准确的静态随机存储器的单粒子翻转情况进行评估。因此，优选地，几何模型还包括铝片区域，位于第一层上方；铝片区域厚度为1毫米。这样，可以模拟入射光子先通过铝片，进而入射几何模型的敏感区域产生沉积能量。
优选地，在步骤S103之后，该方法还包括：
累计所有入射粒子引起的单粒子翻转次数；
根据公式确定单粒子翻转截面；
其中，σ为单粒子翻转截面；NSEU为所有入射粒子引起的单粒子翻转次数总和；N为入射粒子的个数；A为几何模型的表面积。这样，可以通过分析单粒子翻转截面的大小和预设临界能量之间的线性关系，来对静态随机存储器的抗单粒子翻转性能进行评估。
示例的，如图2所示，为本发明实施例提供的一种单粒子截面与预设临界能量的线性关系示意图；其中，横坐标为静态随机存储器的预设临界能量值，单位为1000电子伏特，即keV；纵坐标为单粒子翻转接截面面积值，单位为平方厘米，即cm2。其中，图2是以静态随机存储器的几何模型的尺寸为45nm，体积为0.22μm2×0.5μm，入射光子的能量为50keV来例说明的。由图2可知，随着预设临界能量值减小，几何模型的敏感区域沉积能量越多，入射粒子引起的单粒子翻转的次数就越多，单粒子翻转截面面积越大。
优选地，步骤S102的具体实施方式包括以下步骤：
S201：根据入射粒子的预设参数和几何模型的预设参数，建立物理处理列表。几何模型的预设参数包括静态随机存储器的尺寸和静态随机存储器的材质。
S202：根据入射粒子的预设规则和物理处理列表，确定敏感区域的沉积能量；其中，预设规则为入射粒子垂直入射敏感区域。
通常情况下，静态随机存储器的材质敏感单元的材料是硅。由于入射粒子、次级粒子与静态随机存储器会发生散射和辐射等物理过程，可以理解的，在模拟入射粒子垂直入射敏感区域的过程中，入射粒子和静态随机存储器之间产生一系列的物理过程；特别的，50keV的光子和静态随机存储器之间产生的物理过程包括光电效应、康普顿散射、瑞利散射、正电子湮灭，主要对于能量为50keV的光子，主要发生光电效应和少量的康普顿散射。
因此，在步骤S201中，通过根据入射粒子和静态随机存储器的材质，对入射粒子在几何模型的敏感区域发生的物理过程，建立物理处理列表；进而在步骤S202中，根据入射粒子的预设规则和物理处理列表，可以确定入射粒子通过入射平面垂直入射几何模型的敏感区域，敏感区域中的所有沉积能量。其中，入射平面是一个矩形平面，位于第一层几何模型的上方；这样，使得几何模型的敏感区域最大程度上被入射粒子照射。
本发明实施例通过根据入射粒子的预设参数，通过蒙特卡洛方法对所述几何模型的敏感区域进行辐照，得到沉积能量，来模拟由于入射粒子辐照静态随机存储器引起的单粒子翻转的过程，从而得到敏感区域的沉积能量，进而判断沉积能量是否达到预设临界能量，若达到，说明该入射粒子引起了一次单粒子翻转；这样，可通过设置不同预设临界能量，对静态随机存储器发生单粒子翻转的情况进行评估。
如图3所示，为本发明实施例提供了一种单粒子翻转评估装置30的结构示意图。其中，单粒子翻转评估装置30可以是图1所示的单粒子翻转评估方法的执行主体，即处理器。包括：
建立模块301，用于建立静态随机存储器的几何模型；几何模型包括两层，其中敏感区域为第二层，位于第一层的下方；
辐照模块302，用于根据入射粒子的预设参数，通过蒙特卡洛方法对几何模型的敏感区域进行辐照，得到沉积能量；其中，入射粒子的预设参数包括入射粒子的个数和入射粒子的能量；
确定模块303，用于若沉积能量达到预设临界能量，则确定入射粒子引起一次单粒子翻转。
优选地，入射粒子为入射光子；入射光子的个数为5×107，入射光子的能量为50keV。
优选地，还包括：生成模块，用于累计所有入射粒子引起的单粒子翻转次数；根据公式生成单粒子翻转截面；
其中，σ为单粒子翻转截面；NSEU为所有入射粒子引起的单粒子翻转次数；N为入射粒子的个数；A为几何模型的表面积。
优选地，辐照模块302具体用于，根据入射粒子的预设参数和几何模型的预设参数，建立物理处理列表；几何模型的预设参数包括静态随机存储器的尺寸和静态随机存储器的材质；根据入射粒子的预设规则和物理处理列表，确定敏感区域的沉积能量；其中，预设规则为入射粒子垂直入射敏感区域。
优选地，几何模型还包括铝片区域，位于第一层上方；铝片区域厚度为1毫米。
应当理解，以上一种单粒子翻转评估装置包括的单元仅为根据该设备装置实现的功能进行的逻辑划分，实际应用中，可以进行上述单元的叠加或拆分。并且该实施例提供的一种单粒子翻转评估装置所实现的功能与上述实施例提供的一种评估方法一一对应，对于该装置所实现的更为详细的处理流程，在上述方法实施例一中已做详细描述，此处不再详细描述。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种单粒子翻转评估方法，其特征在于，所述方法包括：
建立静态随机存储器的几何模型；所述几何模型包括两层，其中敏感区域为第二层，位于第一层的下方；
根据入射粒子的预设参数，通过蒙特卡洛方法对所述几何模型的敏感区域进行辐照，得到沉积能量；其中，所述入射粒子的预设参数包括所述入射粒子的个数和所述入射粒子的能量；
若所述沉积能量达到预设临界能量，则确定所述入射粒子引起一次单粒子翻转。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述入射粒子为入射光子；所述入射光子的个数为5×107，所述入射光子的能量为50keV。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在若所述沉积能量达到预设临界能量，则确定所述入射粒子引起一次单粒子翻转之后，所述方法还包括：
累计所有所述入射粒子引起的单粒子翻转次数；
根据公式生成单粒子翻转截面；
其中，所述σ为所述单粒子翻转截面；所述NSEU为所有所述入射粒子引起的单粒子翻转次数；所述N为所述入射粒子的个数；所述A为所述几何模型的表面积。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据入射粒子的预设参数，通过蒙特卡洛方法对所述几何模型的敏感区域进行辐照，得到沉积能量包括：
根据所述入射粒子的预设参数和所述几何模型的预设参数，建立物理处理列表；所述几何模型的预设参数包括所述静态随机存储器的尺寸和所述静态随机存储器的材质；
根据所述入射粒子的预设规则和所述物理处理列表，确定所述敏感区域的沉积能量；其中，所述预设规则为所述入射粒子垂直入射所述敏感区域。
5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述几何模型还包括铝片区域，位于所述第一层上方；所述铝片区域厚度为1毫米。
6.一种单粒子翻转评估装置，其特征在于，包括：
建立模块，用于建立静态随机存储器的几何模型；所述几何模型包括两层，其中敏感区域为第二层，位于第一层的下方；
辐照模块，用于根据入射粒子的预设参数，通过蒙特卡洛方法对所述几何模型的敏感区域进行辐照，得到沉积能量；其中，所述入射粒子的预设参数包括所述入射粒子的个数和所述入射粒子的能量；
确定模块，用于若所述沉积能量达到预设临界能量，则确定所述入射粒子引起一次单粒子翻转。
7.根据权利要求6所述的单粒子翻转评估装置，其特征在于，所述入射粒子为入射光子；所述入射光子的个数为5×107，所述入射光子的能量为50keV。
8.根据权利要求6所述的单粒子翻转评估装置，其特征在于，还包括：
生成模块，用于累计所有所述入射粒子引起的单粒子翻转次数；
根据公式生成单粒子翻转截面；
其中，所述σ为所述单粒子翻转截面；所述NSEU为所述所有入射粒子引起的单粒子翻转次数；所述N为所述入射粒子的个数；所述A为所述几何模型的表面积。
9.根据权利要求6所述的单粒子翻转评估装置，其特征在于，
所述辐照模块具体用于，根据所述入射粒子的预设参数和所述几何模型的预设参数，建立物理处理列表；所述几何模型的预设参数包括所述静态随机存储器的尺寸和所述静态随机存储器的材质；
根据所述入射粒子的预设规则和所述物理处理列表，确定所述敏感区域的沉积能量；其中，所述预设规则为所述入射粒子垂直入射所述敏感区域。
10.根据权利要求6至9任一项所述的单粒子翻转评估装置，其特征在于，所述几何模型还包括铝片区域，位于所述第一层上方；所述铝片区域厚度为1毫米。
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