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1、第31卷第3期原子能科学技术Vol.31,No.31997年5月AtomicEnergyScienceandTechnologyMay1997中小规模逻辑电路单粒子效应实验研究敬 辉 曹 洲 杨兆铭(兰州物理研究所,730000)李志常(中国原子能科学研究院,北京,102413)介绍了中小规模逻辑电路的单粒子效应实验。单粒子效应实验是在中国原子能科学研究院核60物理国家实验室的HI213型串列加速器上完成的。用CoC射线辐照至一定剂量后再用重离子轰击,在不同总吸收剂量下获得了R2LET曲线。对实验结果进行了讨论并得出中小规模逻辑电路的单粒子效应不容忽视的结论。关键词单粒子效应 单粒子翻
2、转 总吸收剂量 线性能量传输 单粒子翻转截面(R)[1]Binder小组1975年就TTLJ2K触发器讨论了星载电子设备的单粒子效应(SEE),这种触发器属于中小规模逻辑电路。随着大规模、超大规模集成电路在星载电子设备(尤其是星载计算机)里的广泛应用,对SEE的注意力集中于CPU、RAM和ROM,而或多或少地忽视了中小规模逻辑电路的SEE。实际上,单粒子翻转效应(SEU)可以分为“永久性”SEU与瞬时SEU两种。CPU、RAM和ROM的SEU属于“永久性”SEU,而逻辑电路的SEU则属于瞬时[2]SEU。检错纠错(EDAC)技术无法解决逻辑电路的SEU。80年代以来,已有人利用加速器重
3、离子做过中小规模逻辑电路的SEU实验,给出临界LET值或饱和截面,但未见报道完整的[3-9]R2LET曲线。此外,逻辑电路R2LET曲线与总吸收剂量的关系未见有人研究。本文的工作致力于研究几种典型的逻辑电路的R2LET曲线与总吸收剂量的关系。1 实验实验所用样品(DUT)的工艺类型、功能及型号列于表1。实验选用LSTTL和高速CMOS两种工艺的六反相器、双D触发器和双单稳态振荡器3种功能的DUT。60总剂量辐照是采用兰州辐照技术开发中心的CoC辐射源完成的,该辐射源的活度为15714×10Bq。DUT在辐照过程中处于静态偏置状态。SEUR2LET曲线实验是在中国原子能科学研究院核物理国
4、家实验室用其HI213型串列收稿日期:1996206204 收到修改稿日期:1996208206268原子能科学技术 第31卷加速器的重离子束完成的。实验系统示于图1。实验前须将DUT的顶盖撬掉。表1 样品的工艺类型、功能及型号Table1Technologicaltypeandfunctionofthesample工艺功能型号LSTTL六反相器74LS04双D触发器74LS74双单稳态振荡器74LS123高速CMOS六反相器54HC04双D触发器54HC74双单稳态振荡器54HC123DUT座架相对于束流方向的角度可以调节。DUT座架置于真空靶室内,挡板将不处于实验状态的DUT与
5、离子束隔开。SEU的瞬时脉冲经前置测试系统整形后送入计算机监测记录系统。从前置测试系统至计算机监测记录系统的电缆长50图1SEU实验系统图示m。谱仪用来监测离子束注量。实验采用Fig.1TheschemeoftheSEU2experimentalarrangementCu离子、Br离子和I离子,其有关参数列1——散射用金板;2——挡板;3——DUT座架;于表2。4——谱仪探头;5——真空靶室表2 重离子束的参数Table2Parametersofheavyionbeamsusedintheexperiment离子种类离子能量öMeVLETöMeVõmg-1õcm2Si内射程öLmCu离
6、子1251331172112Br离子1421639102111I离子15017531118182 结果与讨论2SEU截面R(单位:cm)为:R=Nö(FõcosH)(1)-2式中:N为SEU次数,F为入射到DUT表面的离子束注量(单位:cm),H为离子束与器件表面法线负方向之间的夹角。因此,R2LET曲线的实验可归结为在不同的重离子轰击下(亦即对于不同的LET值)监测N和F。N用计算机监测记录系统监测,F则用谱仪监测(图1)。74LS74和74LS123逻辑电路的R2LET曲线随总吸收剂量而变化的方向是不同的(图2、3):对于74LS74,曲线随总吸收剂量而下移,表明随着总吸收剂量的增
7、大SEU减弱(图2);相反,对于74LS123,曲线上移,意味着SEU随总吸收剂量增大而增强。由此可以推断,随着卫第3期 敬 辉等:中小规模逻辑电路单粒子效应实验研究269星入轨运行时间的加长,74LS74SEU减弱,而74LS123SEU增强。本文对增强或减弱的程度2作了一定量的比较。当总吸收剂量D(Si)由0增至116×10Gy时,74LS74的R减小60%,而74LS123的R则增大37%(表3)。图2 不同总吸收剂量下74LS74的R
