[发明专利]一种脉冲激光单粒子翻转截面的实验方法

说明书

技术领域

本发明的一种脉冲激光单粒子翻转截面的实验方法，属于空间辐射效应及加固技术领域。

背景技术

单粒子翻转(SEU)是空间辐射环境中高能带电粒子入与电子器件或电路相互作用，使之产生逻辑错误及功能异常的现象。由于航天器上使用了大量的微电子器件和集成电路，航天器的安全可靠运行依赖于这些器件和电路的正常工作，而航天器在宇宙空间中飞行，一直处在带电粒子构成的辐射环境中。空间辐射环境中的高能粒子能导致星用器件、电路发生SEU，成为影响航天器在轨高可靠、长寿命的主要因素，已引起航天器设计师们的重视。

地面模拟单粒子效应试验研究可采用的模拟源有很多，如加速器、天然放射源以及脉冲激光束等。加速器是研究单粒子效应的传统方法，已取得了巨大成功。通过加速器辐照试验，可以获得器件单粒子截面σ～LET曲线。但加速器模拟手段存在一定的局限性，比如，粒子参数调节困难，改变离子种类和能量所需时间太长，对被测器件造成一定的辐射损伤等。此外，质子加速器产生的高能质子也是重要的模拟源，但质子加速器目前国内还不具备。锎源(²⁵²Cf)是利用放射源裂变产生的重离子碎片模拟单粒子效应，主要优点是设备及实验费用低廉、使用方便、近似点源，只适合于测量灵敏层分布较浅的器件，同时其放射性威胁以及射程短等因素也使其应用受到限制。脉冲激光模拟单粒子效应是一种简便、经济、安全可靠的实验室方法，是近十几年来才开发应用于集成电路加固设计验证的实验室评估手段，它可以很大程度上弥补了加速器模拟手段的不足，成为国内外近年研究的热点。国内外相继建立了一批先进的激光模拟试验系统，在星用器件的单粒子效应敏感度测试、抗辐射加固器件的批量筛选以及防护措施的验证等方面取得了大量的研究成果。通过实验获取获激光翻转截面σ～E曲线，为星用器件及电路耐单粒子翻转能力的评估提供重要的技术参数，对于该器件在空间电子系统中的应用至关重要。

发明内容

本发明的目的是为了解决在实验室的脉冲激光单粒子效应系统上获得激光翻转截面曲线的问题，提出了一种脉冲激光单粒子翻转截面的实验方法，使今后地面脉冲激光模拟单粒子效应研究工作更加方便、实用。

本发明的目的是通过以下述技术方案实现的。

本发明的一种脉冲激光单粒子翻转截面的实验方法是：

用i(通常要求i≥5)个不同能量E的脉冲激光，进行扫描辐照芯片，激光辐照器件总次数M(脉冲激光辐照器件的次数与重离子辐照在器件上的粒子数相同)，检测器件发生的单粒子事件数N，则能量为E(i)的激光照射下器件的单粒子翻转截面σ(i)为：

式中，S为器件芯片面积，单位为cm²/器件。

根据试验数据就可以得出不同能量下激光单粒子翻转截面σ，从而得到激光单粒子翻转截面σ～E(能量)曲线。

其具体实施步骤如下：

(1)试验样品准备：试验前应使用开盖装置对试验样品进行开盖处理；开盖后，对样品进行电性能和功能参数的测试，合格后进行后续试验，并对样品进行编号；

(2)试验装置放置：将试验样品插在DUT板上，DUT板固定在xyz精密移动平台上，应防止DUT短路和晃动，保证DUT板与xyz精密移动平台的移动一致性，并确保被测芯片表面的敏感部位与脉冲激光束垂直。

(3)正确连接测试系统、DUT板、供电系统等，对测试系统进行加电测试，检测样品和系统运行是否正常；

(4)在确保样品工作正常的基础上，开启脉冲激光辐射源，对试验中选取波长的激光进行光束聚焦和定位。

(5)确定辐照原点坐标(起始点)、扫描参数(x轴移动速度、y轴移动速度、x轴和y轴移动的时间间隔等)信息及辐照扫描布点(辐照次数)M。在样品工作正常的基础上，选取一定数值的脉冲激光能量(建议试验开始时选取较小的能量辐照，试验能量由低到高)开始扫描辐照，即用i(通常要求i≥5)个不同能量E的脉冲激光来进行芯片辐照。在辐照过程中，监测系统实时监测被测样品发生的SEU现象表征、通过记录的SEU现象表征来统计单粒子事件数N，同时，在该实验中也可以记录样品的电参数，为进一步的器件防护提供参考；

再根据以上试验记录的激光辐照器件总次数M(脉冲激光辐照器件的次数与重离子辐照在器件上的粒子数相同)，检测器件发生的单粒子事件数N，则能计算出E(i)的激光照射下器件的单粒子翻转截面σ(i)为：

式中，S为事先设定的器件芯片面积，单位为cm²。

根据试验数据就可以得出不同能量下激光单粒子翻转截面σ，从而得到激光单粒子翻转截面σ～E(能量)曲线。