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纳米静态随机存储器低能质子单粒子翻转敏感性研究

罗尹虹 张凤祁 王燕萍 王圆明 郭晓强 郭红霞

纳米静态随机存储器低能质子单粒子翻转敏感性研究

罗尹虹, 张凤祁, 王燕萍, 王圆明, 郭晓强, 郭红霞
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  • 针对65, 90, 250 nm三种不同特征尺寸的静态随机存储器基于国内和国外质子加速器试验平台, 获取了从低能到高能完整的质子单粒子翻转截面曲线. 试验结果表明, 对于纳米器件1 MeV以下低能质子所引起的单粒子翻转截面比高能质子单粒子翻转饱和截面最高可达3个数量级. 采用基于试验数据和器件信息相结合的方法, 构建了较为精确的复合灵敏体积几何结构模型, 在此基础上采用蒙特卡罗方法揭示了低能质子穿过多层金属布线层, 由于能量岐离使展宽能谱处于布拉格峰值的附近, 通过直接电离方式将能量集中沉积在灵敏体积内, 是导致单粒子翻转截面峰值的根本原因. 并针对某一轨道环境预估了低能质子对空间质子单粒子翻转率的贡献.
      通信作者: 罗尹虹, luoyinhong@nint.ac.cn
    • 基金项目: 国家科技重大专项(批准号: 2014ZX01022-301)、国防科技预研项目(批准号: 51308040407)和国家重点基础研究发展计划(批准号: 613224)资助的课题.
    [1]

    Space Component Coordination Group 1995 ESA/SCC Basic Specification No.25100

    [2]

    Buchner S, Marshall P, Kniffin S, Label K 2002 Proton Test Guideline Development (Washington: NASA/Goddard Space Flight Center) p24

    [3]

    Rodbell K P, Heidel D F, Tang H K, Gordon M S, Oldiges P, Murray C E 2008 IEEE Trans. Nucl. Sci. 54 2474

    [4]

    Sierawski B D, Pellish J A, Reed R A, Schrimpf R D, Warren K M, Weller R A, Mendenhall M H, Black J D, Tipton A D, Xapsos M A, Baumann R C, Deng X, Campola M J, Friendlich M R, Kim H S, Phan A M, Seidleck C M 2009 IEEE Trans. Nucl. Sci. 56 3085

    [5]

    Heidel D F, Marshall P W, LaBel K A, Schwank J R, Rodbell K P, Hakey M C, Berg M D, Dodd P E, Friendlich M R, Phan A D, Seidleck C M, Shaneyfelt M R, Xapsos M A 2008 IEEE Trans. Nucl. Sci. 55 3394

    [6]

    Cannon E H, Cabanas-Holmen M, Wert J, Amort T, Brees R, Koehn J, Meaker B, Normand E 2010 IEEE Trans. Nucl. Sci. 57 3493

    [7]

    Seifert N, Gill B, Pellish J A, Marshall P W, LaBel K A 2011 IEEE Trans. Nucl. Sci. 58 2711

    [8]

    Weulersse C, Miller F, Alexandrescu D, Schaefer E, Gaillard R 2011 The Conference on Radiation Effects on Components and Systems Sevilla Spain, September 19-23 2011 p291

    [9]

    Heidel D F, Marshall P W, Pellish J A, Rodbell K P, LaBel K A, Schwank J R, Rauch S E, Hakey M C, Berg M D, Castaneda C M, Dodd P E, Friendlich M R, Phan A D, Seidleck C M, Shaneyfelt M R, Xapsos M A 2009 IEEE Trans. Nucl. Sci. 56 3499

    [10]

    Pellish J A, Marshall P W, Rodbell Kenneth P, Gordon Michael S, LaBel K A, Schwank J R, Dodds N A, Castaneda C M, Berg M D, Kim H S, Phan A M, Seidleck C M 2014 IEEE Trans. Nucl. Sci. 61 2896

    [11]

    Schwank J R, Shaneyfelt M R, Ferlet-Cavrois V, Dodd P E, Blackmore E W, Pellish J A, Rodbell K P, Heidel D F, Marshall P W, LaBel K A, Gouker P M, Tam N, Wong R, Wen S J, Reed R A, Dalton S M, Swanson S E 2012 IEEE Trans. Nucl. Sci. 59 1197

    [12]

    Dodds N A, Schwank J R, Shaneyfelt M R, Dodd P E, Doyle B L, Trinczek M, Blackmore E W, Rodbell K P, Gordon M S, Reed R A, Pellish J A, LaBel K A, Marshall P W, Swanson S E, Vizkelethy G, van Deusen S, Sexton F W, Martinez M J 2014 IEEE Trans. Nucl. Sci. 61 2904

    [13]

    He A L, Guo G, Chen L, Shen D J, Ren Y, Liu J C, Zhang Z C, Cai L, Shi S T, Wang H, Fan H, Gao L J, Kong F Q 2014 Atomic Energy Science and Technology 48 2364 (in Chinese) [何安林, 郭刚, 陈力, 沈东军, 任义, 刘建成, 张志超, 蔡莉, 史淑廷, 王惠, 范辉, 高丽娟, 孔福全 2014 原子能科学技术 48 2364]

    [14]

    Geng C, Xi K, Liu T Q, Liu J 2014 Sci. China. Phys. Mech. Astron.) 57 1902

  • [1]

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    Cannon E H, Cabanas-Holmen M, Wert J, Amort T, Brees R, Koehn J, Meaker B, Normand E 2010 IEEE Trans. Nucl. Sci. 57 3493

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    Pellish J A, Marshall P W, Rodbell Kenneth P, Gordon Michael S, LaBel K A, Schwank J R, Dodds N A, Castaneda C M, Berg M D, Kim H S, Phan A M, Seidleck C M 2014 IEEE Trans. Nucl. Sci. 61 2896

    [11]

    Schwank J R, Shaneyfelt M R, Ferlet-Cavrois V, Dodd P E, Blackmore E W, Pellish J A, Rodbell K P, Heidel D F, Marshall P W, LaBel K A, Gouker P M, Tam N, Wong R, Wen S J, Reed R A, Dalton S M, Swanson S E 2012 IEEE Trans. Nucl. Sci. 59 1197

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    Dodds N A, Schwank J R, Shaneyfelt M R, Dodd P E, Doyle B L, Trinczek M, Blackmore E W, Rodbell K P, Gordon M S, Reed R A, Pellish J A, LaBel K A, Marshall P W, Swanson S E, Vizkelethy G, van Deusen S, Sexton F W, Martinez M J 2014 IEEE Trans. Nucl. Sci. 61 2904

    [13]

    He A L, Guo G, Chen L, Shen D J, Ren Y, Liu J C, Zhang Z C, Cai L, Shi S T, Wang H, Fan H, Gao L J, Kong F Q 2014 Atomic Energy Science and Technology 48 2364 (in Chinese) [何安林, 郭刚, 陈力, 沈东军, 任义, 刘建成, 张志超, 蔡莉, 史淑廷, 王惠, 范辉, 高丽娟, 孔福全 2014 原子能科学技术 48 2364]

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  • [1] 罗尹虹, 张凤祁, 郭红霞, WojtekHajdas. 基于重离子试验数据预测纳米加固静态随机存储器质子单粒子效应敏感性. 物理学报, 2020, 69(1): 018501. doi: 10.7498/aps.69.20190878
    [2] 贺新福, 罗文芸, 查元梓, 王传珊, 唐欣欣, 王朝壮, 樊 胜, 黄小龙. 低能质子在半导体材料Si 和GaAs中的非电离能损研究. 物理学报, 2008, 57(2): 1266-1270. doi: 10.7498/aps.57.1266
    [3] 张科营, 郭红霞, 罗尹虹, 何宝平, 姚志斌, 张凤祁, 王园明. 静态随机存储器单粒子翻转效应三维数值模拟. 物理学报, 2009, 58(12): 8651-8656. doi: 10.7498/aps.58.8651
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    [6] 罗尹虹, 郭晓强, 陈伟, 郭刚, 范辉. 欧空局监测器单粒子翻转能量和角度相关性. 物理学报, 2016, 65(20): 206103. doi: 10.7498/aps.65.206103
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    [8] 张战刚, 雷志锋, 岳龙, 刘远, 何玉娟, 彭超, 师谦, 黄云, 恩云飞. 空间高能离子在纳米级SOI SRAM中引起的单粒子翻转特性及物理机理研究. 物理学报, 2017, 66(24): 246102. doi: 10.7498/aps.66.246102
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    [10] 张战刚, 叶兵, 姬庆刚, 郭金龙, 习凯, 雷志锋, 黄云, 彭超, 何玉娟, 刘杰, 杜广华. 纳米级静态随机存取存储器的α粒子软错误机理研究. 物理学报, 2020, 69(13): 136103. doi: 10.7498/aps.69.20201796
    [11] 张战刚, 叶兵, 姬庆刚, 郭金龙, 习凯, 雷志锋, 黄云, 彭超, 何玉娟, 刘杰, 杜广华. 纳米级静态随机存取存储器的α粒子软错误机理研究. 物理学报, 2020, (): 006100. doi: 10.7498/aps.69.20191796
    [12] 王晓晗, 郭红霞, 雷志锋, 郭刚, 张科营, 高丽娟, 张战刚. 基于蒙特卡洛和器件仿真的单粒子翻转计算方法. 物理学报, 2014, 63(19): 196102. doi: 10.7498/aps.63.196102
    [13] 罗尹虹, 张凤祁, 郭红霞, 郭晓强, 赵雯, 丁李利, 王园明. 纳米静态随机存储器质子单粒子多位翻转角度相关性研究. 物理学报, 2015, 64(21): 216103. doi: 10.7498/aps.64.216103
    [14] 黎华梅, 侯鹏飞, 王金斌, 宋宏甲, 钟向丽. HfO2基铁电场效应晶体管读写电路的单粒子翻转效应模拟. 物理学报, 2020, 69(9): 098502. doi: 10.7498/aps.69.20200123
    [15] 李 华. 静态随机存储器单粒子翻转的Monte Carlo模拟. 物理学报, 2006, 55(7): 3540-3545. doi: 10.7498/aps.55.3540
    [16] 赵雯, 郭晓强, 陈伟, 邱孟通, 罗尹虹, 王忠明, 郭红霞. 质子与金属布线层核反应对微纳级静态随机存储器单粒子效应的影响分析. 物理学报, 2015, 64(17): 178501. doi: 10.7498/aps.64.178501
    [17] 肖尧, 郭红霞, 张凤祁, 赵雯, 王燕萍, 丁李利, 范雪, 罗尹虹, 张科营. 累积剂量影响静态随机存储器单粒子效应敏感性研究. 物理学报, 2014, 63(1): 018501. doi: 10.7498/aps.63.018501
    [18] 陈睿, 余永涛, 上官士鹏, 封国强, 韩建伟. 90 nm互补金属氧化物半导体静态随机存储器局部单粒子闩锁传播效应诱发多位翻转的机理. 物理学报, 2014, 63(12): 128501. doi: 10.7498/aps.63.128501
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    [20] 郑齐文, 余学峰, 崔江维, 郭旗, 任迪远, 丛忠超. 总剂量辐射环境中的静态随机存储器功能失效模式研究. 物理学报, 2013, 62(11): 116101. doi: 10.7498/aps.62.116101
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-11-17
  • 修回日期:  2015-12-22
  • 刊出日期:  2016-03-05

纳米静态随机存储器低能质子单粒子翻转敏感性研究

  • 1. 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室, 西北核技术研究所, 西安 710024
  • 通信作者: 罗尹虹, luoyinhong@nint.ac.cn
    基金项目: 

    国家科技重大专项(批准号: 2014ZX01022-301)、国防科技预研项目(批准号: 51308040407)和国家重点基础研究发展计划(批准号: 613224)资助的课题.

摘要: 针对65, 90, 250 nm三种不同特征尺寸的静态随机存储器基于国内和国外质子加速器试验平台, 获取了从低能到高能完整的质子单粒子翻转截面曲线. 试验结果表明, 对于纳米器件1 MeV以下低能质子所引起的单粒子翻转截面比高能质子单粒子翻转饱和截面最高可达3个数量级. 采用基于试验数据和器件信息相结合的方法, 构建了较为精确的复合灵敏体积几何结构模型, 在此基础上采用蒙特卡罗方法揭示了低能质子穿过多层金属布线层, 由于能量岐离使展宽能谱处于布拉格峰值的附近, 通过直接电离方式将能量集中沉积在灵敏体积内, 是导致单粒子翻转截面峰值的根本原因. 并针对某一轨道环境预估了低能质子对空间质子单粒子翻转率的贡献.

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