SOI工艺SRAM器件总剂量效应对单粒子翻转的协同作用机理研究

The Silicon-On-Insulator (SOI) technology was used in aerospace engineering due to without single-event-latch. However, the aerospace devices are working under the Single event upset (SEU) and Total Ionizing Dose (TID) effects at the same time in the space radiation environment. TID effect will be complicated when the buried oxide layer was introduced in SOI technology devices. Especially with the application of long-life satellites, the influence of TID on SEU sensitivity of the microelectronic devices with the SOI technology needs to be considered for the prediction of orbit soft error rates. This work studies the synergistic-effects mechanism of TID and SEU on SOI static random access memory (SRAM). The influence of the cumulative dose on the SEU sensitivity will be simulated by TACD and HSPICE tools. The SEU sensitivity of SRAMs with the SOI technology under different cumulative dose will be carried out using heavy ions and 60Co γ-source. This study aims primarily to provide the technical method to assess the synergistic effects of TID and SEU based on the ground tests. To investigate the objective law and mechanism of synergistic effects will contribute to predicting the orbit soft error rates of SOI devices. Results obtained will also support the reliability analysis of the aerospace devices in space radiation environment.

绝缘体上硅（SOI）工艺器件因其具有无闩锁特性，在航天工程等空间应用领域已经开始得到运用，然而SOI工艺器件引入掩埋氧化层，器件的总剂量效应变得更加复杂，并且空间是一个综合的辐射环境，存在总剂量效应和单粒子效应对器件的协同影响，随着长寿命卫星的运用，客观准确的评估宇航器件在轨事件率需要考虑电离辐射效应之间的协同作用。本项目通过开展总剂量效应对SOI 工艺静态随机存储器(SRAM)单粒子翻转敏感性的协同作用机理研究，采用器件级TACD和电路级HSPICE仿真工具混合模拟总剂量对SOI工艺器件单粒子翻转敏感性的协同作用，利用γ源和重离子辐照深亚微米SOI工艺SRAM实验研究总剂量对单粒子翻转敏感性的影响机理，摸索地面模拟空间电离辐射协同作用的技术方法，研究电离辐射协同作用的客观规律及其作用机制，明确影响SOI工艺器件在轨事件率的关键因素，为准确进行宇航器件因空间辐射导致的在轨事件预估奠定基础。

绝缘体上硅（SOI）工艺器件引入掩埋氧化层，在空间综合的辐射环境，存在总剂量效应和单粒子效应对器件的协同影响，客观准确的评估宇航器件在轨事件率需要考虑电离辐射效应之间的协同作用,本项目通过仿真模拟和辐照实验两种技术手段对总剂量效应和单粒子效应的协同作用进行了研究。主要研究内容及相关结果包含：1）分析SOI 工艺晶体管的总剂量作用机制，在埋氧层中总剂量辐照将产生氧化物捕获电荷和界面态电荷，这些电荷的存在将使SOI 工艺晶体管产生寄生双极晶体管，该寄生双极晶体管会改变器件的阈值电压和漏电流。2）采用器件级TACD和电路级HSPICE仿真工具分别开展了总剂量辐照影响SOI工艺单管器件的三维仿真模型和总剂量辐照影响SOI工艺存储单元翻转敏感性电路级混合模拟研究，模拟发现随着辐射剂量的增加，漏电流增加，但改变非常小，敏感节点电压发生微小漂移，辐射剂量对器件单粒子翻转敏感性几乎无影响；3）利用60Co γ源和重离子辐照深亚微米SOI工艺SRAM实验研究总剂量对单粒子翻转敏感性的影响，探索出了地面模拟空间电离辐射协同作用技术方法，总剂量辐照对SOI工艺SRAM器件的单粒子翻转敏感特性影响非常有限，特征尺寸为亚微米的SOI工艺SRAM器件表现出一定的抗总剂量特性。.项目执行期间发表高水平研究论文3篇，申请国家发明专利3项。研究成果为准确进行宇航器件因空间辐射导致的在轨事件预估提供方法指导。