[发明专利]一种获取低LET值重离子单粒子翻转截面的方法

说明书

本发明公开了一种获取低LET值重离子单粒子翻转截面的方法，包括：获取器件封装信息、灵敏区上方多层金属布线层或衬底信息、器件STI隔离氧化层厚度信息；开展纳米器件低能质子直接电离引发单粒子翻转的辐照实验，提取器件低能质子单粒子翻转峰值截面σ_peak，记录相对应的降能片厚度；获取器件发生单粒子翻转的临界电荷，计算器件发生单粒子翻转的LET阈值；基于LET阈值判断引发器件发生单粒子翻转的质子能量区间，计算在低能质子单粒子翻转峰值位置处，器件灵敏区内位于该能量区间的质子数占入射总质子数的百分比ε，并计算相应的平均质子能量以及平均LET值；将低能质子单粒子翻转峰值截面除以质子数百分比ε，计算与平均LET值相对应的有效单粒子翻转截面。

技术领域

本发明属于空间辐射效应模拟实验技术及抗辐射加固技术研究领域，涉及一种获取低LET值重离子单粒子翻转截面的方法。

背景技术

重离子和质子是空间辐射环境下造成电子器件单粒子效应的主要来源。相比于质子单粒子效应实验，重离子单粒子效应实验时对离子能量和器件样品的要求更高，实验技术也相对更加复杂。在器件重离子单粒子效应实验中，通常需要基于器件重离子单粒子翻转截面实验数据进行威布尔函数拟合，从而评价器件抗单粒子能力并对器件空间在轨单粒子翻转率进行预估。随着器件发展到纳米尺度，器件单粒子翻转临界电荷降低到1fc以下，LET阈值低至0.1MeV.cm²/mg。在当前重离子单粒子效应实验中，受加速器资源和束流机时的限制，实验中重离子LET值通常在1MeV.cm²/mg以上，缺少LET值1MeV.cm²/mg以下的低LET值单粒子翻转截面数据，这对威布尔曲线拟合参数的精度带来较大的不确定性。另一方面，随着器件封装工艺的发展，倒装BGA封装已逐渐成为先进纳米器件的主流封装工艺，其器件衬底厚度通常在几百微米，目前国内外通常采用衬底减薄技术，将倒封装芯片的衬底减至50～100微米左右，不仅增加了样品处理难度和失效概率，也要求实验中需采用具有足够射程的重离子开展单粒子效应实验，这对国内现有重离子加速器的实验能力提出了严峻挑战。同时，由于厚的衬底材料对重离子的散射及阻挡作用，离子到达灵敏区会发生能量展宽和射程歧离，离子的有效LET值与器件表面LET值存在明显差异，离子穿过器件敏感区的注量也会与表面注量存在较大差异。并且，目前的衬底减薄主要采用研磨工艺，难以保证衬底减薄后表面的平整度，使得重离子在不同位置入射到灵敏区的重离子LET也存在差异。这些都会给倒装器件重离子单粒子效应实验评估过程带来极大难度和较大误差。

因此，基于以上问题和现状，需要发展建立一种获取低LET值时重离子单粒子翻转截面数据的新方法，对于科学评价器件抗单粒子性能具有明显的实际意义。由于质子直接电离LET值不超过0.55MeV.cm²/mg，能量损伤小，能够有效穿过器件多层金属布线层或厚的衬底到达器件灵敏区引发单粒子效应。对于纳米器件，能量小于1MeV的低能质子通过直接电离就能引发高截面的单粒子翻转。基于此，提出了一种基于器件低能质子实验数据获取低LET值重离子单粒子翻转截面的方法。

专利申请号为200710177960.5，公开号为CN100538378C，名称为“获取单粒子效应截面与重离子线性能量转移关系的方法”，给出了基于重离子加速器测试器件重离子单粒子效应截面的实验方法；专利申请号为202010982765.5，公开号为CN112230081A，名称为“一种脉冲激光单粒子效应实验等效LET值计算方法”，给出了利用脉冲激光单粒子实验数据等效重离子不同LET值单粒子效应截面的方法。这两个方法均未涉及通过低能质子实验数据获取重离子单粒子翻转截面的方法。

发明内容

本发明提供了一种获取低LET值重离子单粒子翻转截面的方法，在无需开展重离子单粒子效应实验的情况下，即可获取低LET值时器件的重离子单粒子翻转截面，且基于质子加速器的能量可无需对器件进行开封或减薄处理，克服了现有技术存在倒装器件重离子单粒子效应实验评估过程难度和误差较大的不足。

本发明的技术解决方案是：