航天器单粒子效应的防护研究

《航天器单粒子效应的防护研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第27卷第6期航天器环境工程2010年12月SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING693航天器单粒子效应的防护研究刘必鎏，杨平会，蒋孟虎，王雯雯，张磊(中国人民解放军某部队，北京100094)摘要：随着航天电子器件集成度的不断提高，其发生单粒子效应的风险越来越高，已经成为影响航天器可靠，I生和运行寿命的重要因素。文章首先介绍了单粒子效应的发生机理，研究方法和研究成果，在此基础上对现有的各种抗单粒子效应加固技术进行了总结，按照硬件加固技术，软件加固技术和轨道优化设计的思路较为系统地论述了单

2、粒子效应的防护手段。关键词：单粒子效应；抗辐射加固；硬件加固；软件加固中图分类号：TL7文献标识码：A文章编号：1673-1379(2010)06-0693-05DoI：10．3969巧．issn．1673—1379．2010．06．005O引言单粒子效应(SEE)是指高能带电粒子在穿过微电子器件时，在器件内部敏感区产生电子一空穴对，这些电荷被灵敏器件电极收集后，造成器件逻辑状态的非正常改变或器件损坏。由于这种效应是单个粒子作用的结果，因此称为单粒子效应或单粒子事件【11。窄问辐射环境中的高能质子、中予、0【粒子

3、、重离子等都能导致航天器电子系统中的半导体器件发生单粒子效应，严重影响航天器的可靠性和寿命[2-31。除了空间高能粒子以外，各种核辐射、电磁辐射环境也是造成单粒子效应的重要原因。由于单粒子效应对航天器的严重威胁，国内外对单粒子效应的发生机理、模拟计算、辐射源模拟实验和飞行实验开展了广泛而深入的研究，提出了各种抗辐射加同措施。1单粒子效应的分类根据出现的故障及其发生机理的不同，单粒子效应分为单粒子翻转、单粒子闭锁、单粒子烧毁、单粒子栅穿等十几种，如表l【l'4】所示。在这些效应中，单粒子烧毁、单粒子栅穿、单粒子位移

4、损伤和单粒子位硬错误是永久损伤，也称为硬错误，即通过重新写入或断开电源，被辐射器件不能恢复正常状态，器件彻底损坏。单粒子闭锁在不采取保护措施的情况下，也会导致永久损伤。其他效应均为软错误，器件可以恢复正常状态，而且都是由粒子入射产生的瞬态电流引起，与单粒子翻转有密切的关系IlJ。表1单粒子效应的分类和描述Table1Classificationanddescriptionofsingleeventeffects类犁英文(缩写)描述单粒子翻转SingleEventUpset(SEU)存储单元逻辑状态改变单粒r闭锁S

5、ingleEventLatchup(SEL)PNPN结构中的大电流冉生状态单粒子烧毁SingleEventBurnout(SEB)人电流导致器件烧毁单粒子栅穿SingleEventGateRupture(SEGR)栅介质因人电流流过而击穿单粒子多伉翻转MultipleBitUpset(MBU)一个粒子入射导敛存储单元多个位的状态改变单粒子扰动SingleEventDisturb(SED)存储单元逻辑状态}}{现瞬时改变瞬态电流在混合逻辑电路中传播，导致输出单粒子瞬态脉冲SingleEventTransient(S

6、ET)错误在NMOS器件中产生的大电流再生状态单粒子单粒子快速反向SingleEventSnapback(SES)功能中断单粒子功能中断SingleEventFunctionalInterrupt(SEFI)一个翻转导致控制部件出错单粒子位移损伤SingleParticleDisplacementDamage(SPDD)因位移效应造成的永久损伤一单粒子位硬错误SingleHardError(SHE)单个何出现不可恢复性错误单粒子诱导暗电流SEIDCCCD阵列中暗电流增加收稿日期：2010．05．07：修回日期：2

7、010-11-25作者简介：刘，必鎏(1983．)，男，硕士研究生，主要从事空间工程方面的研究。E．mail：liubiliu@163．com。航天器环境工程第27卷2单粒子效应的研究方法目前国内外主要从模拟计算、辐射源模拟实验和飞行实验3个方面深入研究单粒子效应的发生机理、规律，测试各种星载电子元器件和集成电路的辐射敏感参数，评价其抗单粒子效应的水平和故障风险，从而为器件选型和抗辐射加固措施提供依据。模拟计算是通过构建物理模型、仿真计算得到目标位置的辐射剂量，预测可能的辐射损伤，这涉及到物理模型的构建和仿真计算

8、两部分。辐射源模拟实验是通过建立简化的实验室环境来模拟实际的空间辐射环境，获得辐射参数与器件受损之间的准确关系。辐射源模拟实验可以分为辐射环境设置(辐射源选取、实验标准)、器件受损参数测定和后续数据分析3个环节【51。常见辐射源包括脉冲激光、高能离子源(锎、镅、锶等)、中子模拟源、质子直线加速器和重离子加速器等，这些辐射源的实验成本和实验复杂度大致呈递增趋势【1,4-5】