CN111123062A - 一种基于飞秒脉冲激光模拟单粒子效应试验的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于飞秒脉冲激光模拟单粒子效应试验的测试方法，具体的过程为：步骤一、对脉冲激光束斑进行聚焦、定位，确保扫描过程中激光始终垂直入射到被测器件的表面，并进一步确定脉冲激光的脉宽、移动步长信息；步骤二、测试系统初始化，被测器件写入初始数据，验证测试系统和被测器件是否工作正常，若工作正常的，则进入步骤三；步骤三、利用脉冲激光对被测器件进行辐射试验，试验过程中实时监测单粒子翻转及单粒子锁定效应；步骤四，根据试验结果确定被测器件的敏感区域。本发明可以获得纳米器件的单粒子效应截面，准确获取敏感器件的故障率，进而实现对纳米器件空间应用的适应性试验评价。

Description

一种基于飞秒脉冲激光模拟单粒子效应试验的测试方法

技术领域

本发明涉及一种基于飞秒脉冲激光模拟单粒子效应试验的测试方法，属于空间辐射效应及加固技术领域。

背景技术

纳米集成电路由于具有大规模、高集成度、高速度、低功耗等性能功能优势，对空天应用有很大的吸引力。随着我国航天事业的飞速发展，导航卫星、高分辨率对地观测卫星、新型侦查卫星、新型通讯卫星等军事需求日益增多，空间任务的要求也日益复杂，系统功能不断拓展，与此同时还需满足小型化和低功耗的要求。这些都对核心器件的功能集成度要求迅速提升，需要更强大的数据处理能力，功耗、速度等性能要求不断提高。对集成电路总的需求特点包括高可靠长寿命、高抗辐射、高速度、高功能密度等。相较于大尺寸器件，纳米集成电路的单粒子效应趋向敏感。一方面由于集成电路特征尺寸的减少、电源电压的降低，造成器件单粒子翻转阈值电压同步降低，另一方面，由于工作频率的升高，使得器件对于造成瞬时故障的各种噪声干扰变得更加敏感。

随工艺尺度的缩减，晶体管尺寸和间距越来越小，一个入射粒子可能作用于多个单元，纳米器件电荷共享带来的多位翻转及单粒子多瞬态等新效应，这对单粒子效应的准确测试提出了更高的要求。需要在地面单粒子辐照试验评价方法中进行研究考虑。

脉冲激光试验相比于重离子试验来说，具有成本低，易于重复操作，无辐射危害等优点，已逐渐成为单粒子效应重离子试验的有利替代者。但是，随着半导体技术的不断发展，器件工艺尺寸将不断减小，尤其是对先进超快器件来说，其运行速率非常快，器件内部存储单元(如快速触发器型寄存器或者SRAM)的开关时间非常短；较宽脉冲激光的电离响应时间滞后于电路响应时间，难以实现新型超快器件的单粒子效应模拟；同时，脉冲激光的脉宽过大还会增大单粒子翻转的阈值，以及脉冲激光的脉宽过大导致出现多个位发生翻转，等等这些问题使得以往的测试方法不能完全实现新型纳米器件的单粒子效应模拟试验要求。

发明内容

有鉴于此，本发明针对小工艺尺寸的纳米器件因脉冲激光脉宽过大引起多位翻转，导致单粒子翻转统计不准确的问题，提出一种基于飞秒脉冲激光模拟单粒子效应试验的测试方法，通过采用准确定位脉冲激光、减小激光脉冲宽度和激光准确位移相结合的方法，获得器件的单粒子效应截面，实现对器件单粒子效应辐射危害的准确评价。

实现本发明的技术方案如下：

一种基于飞秒脉冲激光模拟单粒子效应试验的测试方法，具体的过程为：

步骤一、对脉冲激光束斑进行聚焦、定位，确保扫描过程中激光始终垂直入射到被测器件的表面，并进一步确定脉冲激光的脉宽、移动步长信息；

步骤二、测试系统初始化，被测器件写入初始数据，验证测试系统和被测器件是否工作正常，若工作正常的，则进入步骤三；

步骤三、利用脉冲激光对被测器件进行辐射试验，试验过程中实时监测单粒子翻转及单粒子锁定效应；

对于单粒子翻转效应，首先向被测器件存储单元写入一个固定数据，通过比对分析其数据内容与所写入的内容是否一致，判断是否发生翻转，统计翻转数，并记录发生翻转的存储单元逻辑地址；

对于单粒子锁定效应，通过监测被测器件工作电流大小，并与设定的阈值电流比较来确定是否发生单粒子锁定效应；

步骤四，根据试验结果确定被测器件的敏感区域。

进一步地，本发明所述步骤三的具体过程为：

开始辐照试验，确定飞秒脉冲激光能量，监测系统记录试验中脉冲激光辐照能量、单粒子事件数、被测器件工作电流数据；

判断被测器件工作电流是否超过预先设定的判据值；

若工作电流超过预先设定的判据值，则进一步判断器件是否发生不可恢复的失效，若器件发生了不可恢复失效，则试验结束，若器件未发生不可恢复的失效，则进行复位后重新进行辐照试验；

若工作电流未超过预先设定的判据值，则进入对被测器件单粒子翻转事件进行判断；

判断是否发生单粒子翻转事件；

若发生单粒子翻转事件，则将单粒子翻转事件的次数加1，对记录的单粒子翻转是否达到规定值进行判断，若达到，则试验结束，否则进入对被测器件受注量进行判断；

若未发生单粒子翻转事件，则进入对被测器件受注量进行判断；

判断被测器件受注量是否达到指定值，若达到，则试验结束，进入对辐照能量进行判断，否则，返回步骤三继续辐射和监控；

判断当前脉冲激光辐照能量是否达到规定的能量要求，若是，则试验结束，否则增大辐照能量，继续试验。

有益效果

采用本发明提出的基于飞秒脉冲激光单粒子效应试验测试方法，采用飞秒脉冲激光对小尺寸工艺的纳米器件进行单粒子效应模拟试验，可以获得纳米器件的单粒子效应截面，准确获取敏感器件的故障率，进而实现对纳米器件空间应用的适应性试验评价。

附图说明

图1为本发明基于飞秒脉冲激光模拟单粒子效应试验的测试方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述。

利用飞秒脉冲激光进行单粒子效应试验时，为了保证脉冲激光辐照到芯片敏感区域，试验样品需预先进行揭盖处理，根据样品实际情况来选择专用揭盖装置进行处理。

本发明一种基于飞秒脉冲激光模拟单粒子效应试验的测试方法，具体实施过程如下：

步骤一、对脉冲激光束斑进行聚焦、定位，确保扫描过程中激光始终垂直入射到被测器件的表面，并进一步确定脉冲激光的脉宽、移动步长信息。

步骤二、测试系统初始化。对测试系统的测试程序以及被测器件的初始值进行设置，检查被测器件和测试系统是否工作正常，若工作正常的，则进入步骤三；

步骤三、利用脉冲激光对被测器件进行辐射试验，试验过程中实时监测单粒子翻转及单粒子锁定效应；对于单粒子翻转效应，首先向被测器件存储单元写入一个固定数据，通过比对分析其数据内容与所写入的内容是否一致，判断是否发生翻转，统计翻转数，并记录发生翻转的存储单元逻辑地址；对于单粒子锁定效应，通过监测被测器件工作电流大小，并与设定的阈值电流比较来确定是否发生单粒子锁定效应；

该步骤的具体过程为：

开始辐照试验，确定飞秒脉冲激光能量，一般情况辐照起始能量不要超过1nJ，试验过程中，监测系统记录试验中脉冲激光辐照能量、单粒子事件数、被测器件工作电流等数据。

判断被测器件工作电流是否超过预先设定的判据值；

若工作电流超过预先设定的判据值，则进一步判断器件是否发生不可恢复的失效，若器件发生了不可恢复失效，则试验结束，若器件未发生不可恢复的失效，则进行复位后重新进行辐照试验；

若工作电流未超过预先设定的判据值，则进入对被测器件单粒子翻转事件进行判断SEU；

判断是否发生单粒子翻转事件；

若发生单粒子翻转事件，则将单粒子翻转事件的次数加1，对记录的单粒子翻转是否达到规定值进行判断，若达到，则试验结束，否则进入对被测器件所受注量进行判断；

若未发生单粒子翻转事件，则进入对被测器件受注量进行判断；

判断被测器件受注入量是否达到指定值，若达到，则试验结束，进入对辐照能量进行判断，否则，返回步骤三继续辐射和监控；

判断当前脉冲激光辐照能量是否达到规定的能量要求，若是，则试验结束，否则增大辐照能量，继续试验。在辐照过程中，能量逐渐增大，例如：初始能量0.5nJ，每次增加0.1nJ，增加到100nJ以上未出现单粒子效应则试验停止。

步骤四、辐照试验结束后，统计记录纳米器件电学性能测量参数(电流、电压等)、辐照激光波长、激光能量、扫描步长、扫描速度、单粒子事件个数、敏感区域位置及试验现象。并依据这些数据给出试验样品单粒子敏感区域的分布图，确定试验样品单粒子效应的激光能量阈值，最后给出单粒子特征参数与激光能量的关联性。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于飞秒脉冲激光模拟单粒子效应试验的测试方法，其特征在于，具体的过程为：

步骤一、对脉冲激光束斑进行聚焦、定位，确保扫描过程中激光始终垂直入射到被测器件的表面，并进一步确定脉冲激光的脉宽、移动步长信息；

步骤二、测试系统初始化，被测器件写入初始数据，验证测试系统和被测器件是否工作正常，若工作正常的，则进入步骤三；

步骤三、利用脉冲激光对被测器件进行辐射试验，试验过程中实时监测单粒子翻转及单粒子锁定效应；

对于单粒子翻转效应，首先向被测器件存储单元写入一个固定数据，通过比对分析其数据内容与所写入的内容是否一致，判断是否发生翻转，统计翻转数，并记录发生翻转的存储单元逻辑地址；

对于单粒子锁定效应，通过监测被测器件工作电流大小，并与设定的阈值电流比较来确定是否发生单粒子锁定效应；

步骤四，根据试验结果确定被测器件的敏感区域。

2.根据权利要求1所述基于飞秒脉冲激光模拟单粒子效应试验的测试方法，其特征在于，所述步骤三的具体过程为：

开始辐照试验，确定飞秒脉冲激光能量，监测系统记录试验中脉冲激光辐照能量、单粒子事件数、被测器件工作电流数据；

判断被测器件工作电流是否超过预先设定的判据值；

若工作电流超过预先设定的判据值，则进一步判断器件是否发生不可恢复的失效，若器件发生了不可恢复失效，则试验结束，若器件未发生不可恢复的失效，则进行复位后重新进行辐照试验；

若工作电流未超过预先设定的判据值，则进入对被测器件单粒子翻转事件进行判断；

判断是否发生单粒子翻转事件；

若发生单粒子翻转事件，则将单粒子翻转事件的次数加1，对记录的单粒子翻转是否达到规定值进行判断，若达到，则试验结束，否则进入对被测器件受注量进行判断；

若未发生单粒子翻转事件，则进入对被测器件受注量进行判断；

判断被测器件受注量是否达到指定值，若达到，则试验结束，进入对辐照能量进行判断，否则，返回步骤三继续辐射和监控；

判断当前脉冲激光辐照能量是否达到规定的能量要求，若是，则试验结束，否则增大辐照能量，继续试验。

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