本文關(guān)鍵詞：鐵電存儲(chǔ)器的輻射效應(yīng)及其抗輻射加固技術(shù)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器是航天電子系統(tǒng)中的重要組成部件,擔(dān)負(fù)著飛行器正常工作所需要的指令、代碼及狀態(tài)參數(shù)等各類數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)任務(wù)。隨著人類太空探索活動(dòng)的發(fā)展和航天事業(yè)的進(jìn)步,對航天電子設(shè)備的性能也提出了越來越高的要求。鐵電存儲(chǔ)器作為一種新型非易失存儲(chǔ)器,具有讀寫速度快、功耗低、可擦寫次數(shù)多、掉電數(shù)據(jù)不丟失及適于嵌入式設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn),符合航天領(lǐng)域?qū)﹄娮釉O(shè)備小型化、低功耗、長壽命的要求。此外,由于空間環(huán)境的特殊性,還要求電子器件具備較強(qiáng)的抗輻射能力。大量試驗(yàn)證明鐵電材料具有很高的耐輻射能力,因此,鐵電存儲(chǔ)器被認(rèn)為具有很大的空間應(yīng)用潛力。鐵電存儲(chǔ)器是鐵電薄膜工藝與CMOS工藝的集成,其輻射效應(yīng)仍有待全面評估和深入研究。目前國內(nèi)的相關(guān)研究才剛剛起步,僅有極少量文獻(xiàn)報(bào)道,關(guān)于鐵電存儲(chǔ)器的輻射效應(yīng)和抗輻射加固設(shè)計(jì)方面尚有大量問題亟待研究�；谝陨媳尘�,本文從鐵電存儲(chǔ)器輻射效應(yīng)的測試技術(shù)、失效模式、效應(yīng)機(jī)理、仿真分析和加固方法等方面開展了深入研究,具體內(nèi)容如下:1.基于目前國內(nèi)的地面模擬輻射試驗(yàn)環(huán)境,對鐵電存儲(chǔ)器的總劑量效應(yīng)(Total Ionizing Dose Effects,TID)和單粒子效應(yīng)(Single Event Effects,SEEs)輻射試驗(yàn)方法及流程進(jìn)行了研究。根據(jù)鐵電存儲(chǔ)器輻射效應(yīng)試驗(yàn)特點(diǎn)及需求,設(shè)計(jì)了基于FPGA的鐵電存儲(chǔ)器測試系統(tǒng)。利用搭建的測試系統(tǒng),對基于不同工藝線、不同容量、不同接口的多款商用鐵電存儲(chǔ)器開展了60Coγ射線總劑量效應(yīng)試驗(yàn)研究,試驗(yàn)結(jié)果顯示基于不同工藝節(jié)點(diǎn)的不同型號(hào)鐵電存儲(chǔ)器的總劑量失效閾值存在較大差別,為航天電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的器件選型提供了參考數(shù)據(jù)。2.在60Coγ射線總劑量效應(yīng)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,首次利用同步輻射微束X射線開展了鐵電存儲(chǔ)器總劑量效應(yīng)微區(qū)輻射試驗(yàn),研究了鐵電存儲(chǔ)器內(nèi)部不同功能模塊的失效模式,對比分析了各模塊的輻射敏感性和失效機(jī)理,為抗輻射加固設(shè)計(jì)提供了參考。將X射線微束輻射試驗(yàn)結(jié)果與60Coγ射線試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對比研究,根據(jù)兩種輻射源的差異性和應(yīng)用特點(diǎn),分析了X射線微束輻射方法對大規(guī)模集成電路總劑量效應(yīng)研究的優(yōu)勢與局限性。3.開展了鐵電存儲(chǔ)器重離子單粒子效應(yīng)試驗(yàn),對鐵電存儲(chǔ)器的靜態(tài)翻轉(zhuǎn)和動(dòng)態(tài)翻轉(zhuǎn)進(jìn)行了對比試驗(yàn)研究,測得了鐵電存儲(chǔ)器發(fā)生單粒子翻轉(zhuǎn)(Single Event Upset,SEU)和單粒子閂鎖(Single Event Latch-up,SEL)的線性能量轉(zhuǎn)移(Linear Energy Transfer,LET)閾值范圍以及SEU飽和截面,為評估鐵電存儲(chǔ)器抗單粒子能力提供了試驗(yàn)數(shù)據(jù)。4.開展了鐵電存儲(chǔ)單元單粒子效應(yīng)仿真研究,分析了鐵電存儲(chǔ)單元的單粒子翻轉(zhuǎn)機(jī)理及相關(guān)影響因素。采用器件仿真方法研究了不同入射條件下,單粒子在鐵電存儲(chǔ)單元中產(chǎn)生的瞬態(tài)脈沖特點(diǎn)及其對鐵電電容極化狀態(tài)的影響;分析了鐵電電容的面積和矯頑電場對單粒子翻轉(zhuǎn)敏感性的影響。采用電路仿真方法研究了單粒子瞬態(tài)脈沖對鐵電存儲(chǔ)單元位線讀出信號(hào)和讀出結(jié)果的影響。5.基于0.18μm CMOS工藝,對比研究了條形柵和環(huán)形柵NMOS晶體管的總劑量效應(yīng),以及封閉形柵設(shè)計(jì)對鐵電存儲(chǔ)器的靈敏放大器模塊抗總劑量輻射的加固效果。仿真研究了旁路晶體管對鐵電存儲(chǔ)單元抗單粒子瞬態(tài)脈沖的加固效果。設(shè)計(jì)了一款基于抗輻射加固設(shè)計(jì)(Radiation-Hardened-By-Design,RHBD)技術(shù)的512bit抗輻射鐵電存儲(chǔ)器電路和版圖,并通過了功能仿真驗(yàn)證,為后續(xù)研究工作打下基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：鐵電存儲(chǔ)器 輻射效應(yīng) 總劑量效應(yīng) 單粒子效應(yīng) 抗輻射加固設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP333
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-28
• 1.1 課題研究背景與意義12-23
• 1.1.1 應(yīng)用需求12-13
• 1.1.2 空間輻射環(huán)境13-15
• 1.1.3 輻射效應(yīng)15-18
• 1.1.3.1 總劑量效應(yīng)15-17
• 1.1.3.2 單粒子效應(yīng)17-18
• 1.1.3.3 位移損傷18
• 1.1.4 鐵電存儲(chǔ)器工作原理18-22
• 1.1.4.1 存儲(chǔ)原理18-20
• 1.1.4.2 存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)與讀寫方式20-22
• 1.1.5 鐵電存儲(chǔ)器的輻射效應(yīng)22-23
• 1.1.6 抗輻射加固設(shè)計(jì)23
• 1.2 國內(nèi)外研究進(jìn)展23-26
• 1.2.1 鐵電存儲(chǔ)器輻射效應(yīng)的研究進(jìn)展23-25
• 1.2.2 抗輻射鐵電存儲(chǔ)器的研究進(jìn)展25-26
• 1.3 論文的創(chuàng)新及內(nèi)容安排26-28
• 1.3.1 主要貢獻(xiàn)與創(chuàng)新26
• 1.3.2 論文內(nèi)容安排26-28
• 第二章 鐵電存儲(chǔ)器總劑量效應(yīng)試驗(yàn)及測試技術(shù)研究28-44
• 2.1 總劑量效應(yīng)試驗(yàn)方法研究28-31
• 2.1.1 總劑量效應(yīng)試驗(yàn)的主要地面模擬源29-30
• 2.1.2 試驗(yàn)系統(tǒng)及方法30-31
• 2.2 鐵電存儲(chǔ)器測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)31-35
• 2.2.1 硬件系統(tǒng)31
• 2.2.2 獨(dú)立寫/讀測試程序31-33
• 2.2.3 基于March C-算法的測試程序33-35
• 2.3 鐵電存儲(chǔ)器~(60)Co γ 射線總劑量效應(yīng)試驗(yàn)研究35-43
• 2.3.1 試驗(yàn)環(huán)境與測試方法35-36
• 2.3.2 試驗(yàn)結(jié)果與討論36-43
• 2.3.2.1 FM22L16試驗(yàn)結(jié)果36-37
• 2.3.2.2 FM28V100和MB85R1001試驗(yàn)結(jié)果37-38
• 2.3.2.3 FM28V020和MB85R256H試驗(yàn)結(jié)果38-39
• 2.3.2.4 FM24C64和FM24CL64試驗(yàn)結(jié)果39-40
• 2.3.2.5 FM24C16和FM24CL16試驗(yàn)結(jié)果40-41
• 2.3.2.6 幾種鐵電存儲(chǔ)器總劑量效應(yīng)對比41-43
• 2.4 本章小結(jié)43-44
• 第三章X射線微束輻射試驗(yàn)與總劑量失效分析44-57
• 3.1 X射線微束輻射試驗(yàn)平臺(tái)與測試方法44-46
• 3.1.1 X射線微束輻射裝置44-45
• 3.1.2 測試方法45-46
• 3.2 測試結(jié)果46-50
• 3.2.1 存儲(chǔ)陣列46-47
• 3.2.2 靈敏放大器47
• 3.2.3 列譯碼電路47-49
• 3.2.4 行譯碼電路49
• 3.2.5 I/O接口電路49-50
• 3.3 失效分析50-54
• 3.3.1 存儲(chǔ)陣列50-53
• 3.3.2 外圍電路模塊53-54
• 3.4 微束X射線和60Co γ 射線總劑量效應(yīng)的對比研究54-55
• 3.5 本章小結(jié)55-57
• 第四章 鐵電存儲(chǔ)器重離子單粒子效應(yīng)試驗(yàn)研究57-67
• 4.1 單粒子效應(yīng)試驗(yàn)方法研究57-59
• 4.1.1 重離子加速器試驗(yàn)57-58
• 4.1.2 質(zhì)子加速器試驗(yàn)58-59
• 4.1.3 脈沖激光試驗(yàn)59
• 4.1.4 ~(252)Cf源試驗(yàn)59
• 4.2 鐵電存儲(chǔ)器重離子單粒子效應(yīng)試驗(yàn)59-66
• 4.2.1 試驗(yàn)環(huán)境與方法60-62
• 4.2.2 單粒子翻轉(zhuǎn)截面與Weibull曲線擬合62-63
• 4.2.3 重離子單粒子效應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果與討論63-66
• 4.3 本章小結(jié)66-67
• 第五章 鐵電存儲(chǔ)單元單粒子效應(yīng)仿真研究67-83
• 5.1 鐵電存儲(chǔ)單元單粒子效應(yīng)器件仿真研究67-77
• 5.1.1 單粒子入射點(diǎn)和入射角度的影響68-71
• 5.1.2 入射粒子LET值的影響71-73
• 5.1.3 鐵電電容面積的影響73-74
• 5.1.4 矯頑電場的影響74-77
• 5.2 鐵電存儲(chǔ)單元的單粒子效應(yīng)對位線讀出信號(hào)的影響77-81
• 5.2.1 單粒子瞬態(tài)脈沖模型注入77-79
• 5.2.2 仿真結(jié)果與討論79-81
• 5.3 本章小結(jié)81-83
• 第六章 鐵電存儲(chǔ)器抗輻射加固設(shè)計(jì)研究83-98
• 6.1 抗輻射加固技術(shù)概述83-86
• 6.1.1 材料及工藝加固技術(shù)83-84
• 6.1.2 RHBD技術(shù)84-86
• 6.1.2.1 電路及系統(tǒng)加固設(shè)計(jì)84-85
• 6.1.2.2 版圖加固設(shè)計(jì)85-86
• 6.2 抗總劑量加固設(shè)計(jì)研究86-90
• 6.2.1 環(huán)形柵NMOS晶體管輻射效應(yīng)研究86-87
• 6.2.2 靈敏放大器抗總劑量加固設(shè)計(jì)研究87-90
• 6.3 旁路晶體管抗SEU性能研究90-92
• 6.4 抗輻射鐵電存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)92-97
• 6.4.1 電路設(shè)計(jì)92-95
• 6.4.2 版圖設(shè)計(jì)95-97
• 6.5 本章小結(jié)97-98
• 第七章 結(jié)論與展望98-101
• 7.1 全文總結(jié)98-99
• 7.2 工作展望99-101
• 致謝101-102
• 參考文獻(xiàn)102-109
• 攻讀博士學(xué)位期間取得的成果109-110

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