基于高海拔地区的大气中子单粒子效应实时测量试验研究
在海拔5000米以上地区利用单粒子方法探测γ暴实验构想--基于水切伦科夫技术
在海拔5000米以上地区利用单粒子方法探测γ暴实验构想--基于水切伦科夫技术刘茂元;厉海金;扎西桑珠;周毅【摘要】Ground extensive air shower experiment is powerless for detecting cosmic ray particles of tens GeV en⁃ergy renge in the GRBs (Gamma Ray Burst) so far, because of its threshold energy. The experimental altitude needs to be increased in order to achieve more effective observation. In the present paper, setting up a water Che⁃renkov detector array at 5200m altitude in Tibet was proposed and the idea of ground experiments on multi-GRB and tens of GeV photon observing can be achieved by using single-particle technology, and also can supportpre⁃dicting for large-scale experiments.%目前，对于伽玛射线暴（Gamma Ray Burst, GRB）的探测，地面广延大气簇射实验由于阈能原因，对几十GeV能区的宇宙线粒子探测无能为力，只有提高实验海拔才能实现更有效的观测。
文章描述了在海拔5000m以上地区建造水切伦科夫(WCD)探测器阵列，利用单粒子技术，来实现地面实验多GRB几十GeV光子的正观测设想，为大规模实验提供预言支持。
Flash存储器单粒子效应测试研究综述
0引言空间环境中存在的一些高能粒子(包括质子、中子、重离子和α粒子等)会对航天航空系统中半导体器件造成辐射损伤,威胁着航天器的安全。
空间辐射效应主要分为三类:总剂量效应、位移损伤效应和单粒子效应。
当单个高能粒子入射到半导体器件中,与器件的灵敏区域相互作用产生的电子-空穴对被器件收集所引发的器件功能异常或者器件损坏就是单粒子效应,包括单粒子翻转、单粒子闭锁、单粒子功能中断和单粒子瞬态等。
随着半导体器件的特征尺寸不断缩小,单粒子效应越来越显著,并已经成为影响宇航电子系统正常工作的主要因素。
Flash 存储器的基本单元是基于浮栅工艺的MOS管,它有两个栅:一个控制栅和一个位于沟道和控制栅之间的浮栅。
按照Flash 内部架构以及技术实现特点,可以将其分为NOR 型和NAND 型。
NOR Flash 各单元间是并联的,它传输效率高,读取速度快,具有片上执行功能,作为重要的程序和FPGA 位流存储器,大量应用于各型号航天系统。
NAND 型Flash 各存储单元间是串联的,它比NOR 架构有更高的位密度,每位的成本更低。
NAND Flash 的非易失性、低功耗、低成本、低重量等特性也使其在航天系统中得到了应用。
故对Flash 存储器的单粒子效应评价至关重要。
地面高能粒子模拟实验是目前单粒子效应研究中最常用的实验方法,它能较好地反映器件的辐射特性,常用的地面模拟源有粒子加速器提供的重离子束或质子束、252Cf 裂片模拟源、14MeV 中子源等,本文讨论的内容都是针对重离子辐照实验开展的。
目前国内单粒子效应试验均依据QJ10005标准开展,但标准中没有给出具体效应的测试方法,传统测试方法中缺失了对器件存储区与外围电路的效应区分和不同影响考虑,故本文对国内外Flash 存储器单粒子效应实验中常见效应及其测试区分方法进行综述,总结分析测试流程,为相关测试实验研究提供参考。
∗基金项目:装备领域预研基金(41402040301);军用电子元器件科研项目(1905WK0014)Flash 存储器单粒子效应测试研究综述∗黄姣英,王乐群,高成(北京航空航天大学,北京100191)摘要:随着Flash 存储器在航天系统中的大量应用,其单粒子效应评价至关重要。
高海拔地区晶闸管宇宙射线失效等效加速试验研究
高海拔地区晶闸管宇宙射线失效等效加速试验研究李尧圣;张进;陈中圆;李金元;王忠明;刘杰;梁红胜;彭超【期刊名称】《中国电机工程学报》【年(卷),期】2024(44)2【摘要】大气环境中的高能中子、γ射线和电磁脉冲以及空间辐射环境中的高能电子和质子等,都能造成半导体材料性质变化和器件性能蜕变以至失效,而在大气层内宇宙射线引起功率器件失效的主要原因是高能中子导致的单粒子烧毁(single event burnout,SEB)。
白鹤滩—江苏±800 kV特高压直流输电工程布拖换流站位于北纬27°,东经102°,海拔2500 m。
中子通量是水平面4倍以上,将导致器件的失效率大幅上升。
为验证工程中8.5 kV晶闸管在额定条件下的失效率不超过100FIT,该文采用200 MeV质子源进行辐照加速试验,根据当地大气中子通量核算中子总注量,对比研究不同电压、温度对晶闸管失效率的影响规律,试验结果给出晶闸管在高海拔地区宇宙射线SEB平均失效率,为换流阀中晶闸管工作电压设计提供依据。
【总页数】10页(P682-690)【作者】李尧圣;张进;陈中圆;李金元;王忠明;刘杰;梁红胜;彭超【作者单位】北京智慧能源研究院;国家电网有限公司;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);电子元器件可靠性物理及其应用技术重点实验室(工业和信息化部电子第五研究所)【正文语种】中文【中图分类】TM85【相关文献】1.基于疲劳累积损伤等效理论的PCB板振动加速试验研究2.固体推进剂装药低温应力等效加速试验方法研究3.硅橡胶自然环境加速试验方法与自然环境试验方法等效性研究4.稻城高海拔宇宙射线观测站场区水文地质条件及截排水方案对比5.基于损伤等效的拖拉机机罩频域振动疲劳加速试验研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
DSP大气中子单粒子效应试验研究
DSP大气中子单粒子效应试验研究陈冬梅;孙旭朋;钟征宇;封国强;白桦;阳辉;底桐【摘要】利用14MeV快中子辐照源,开展了数字信号处理器(DSP)大气中子单粒子效应地面模拟试验研究.设计了地面模拟的试验方法,包括单粒子效应监测方法、试验系统布局、试验程序及其判据等.获得了SMJ320F2812、SMJ320C6415、TMS320C6416、TMS320C6418等多款型号DSP器件的中子单粒子效应的翻转错误数试验数据,分析计算得到14MeV中子辐照源下的敏感截面.结果显示,DSP器件的主要敏感现象为单粒子翻转(SEU),部分器件还发生了单粒子功能中断效应(SEFI).相同工艺的被测DSP器件的中子单粒子效应敏感截面具有相同的数量级,验证了本文使用的地面模拟试验方法的可行性,为航空电子设备的可靠性与安全性评估提供了大气中子单粒子效应的器件级基础数据.【期刊名称】《航空科学技术》【年(卷),期】2018(029)002【总页数】6页(P67-72)【关键词】数字信号处理器;大气中子;单粒子翻转;敏感截面;单粒子功能中断【作者】陈冬梅;孙旭朋;钟征宇;封国强;白桦;阳辉;底桐【作者单位】北京圣涛平试验工程技术研究院有限责任公司,北京 100089;北京圣涛平试验工程技术研究院有限责任公司,北京 100089;北京圣涛平试验工程技术研究院有限责任公司,北京 100089;北京圣涛平试验工程技术研究院有限责任公司,北京 100089;北京圣涛平试验工程技术研究院有限责任公司,北京 100089;北京圣涛平试验工程技术研究院有限责任公司,北京 100089;北京圣涛平试验工程技术研究院有限责任公司,北京 100089【正文语种】中文【中图分类】V21大气中子是银河宇宙射线与大气层中的原子核（氮/氧）之间的核散裂反应造成的核级联簇射而产生的一种不带电粒子。
在大气层中的能量范围为0～10GeV，其中大于10MeV的中子所占的比例约为27%。
在海拔5O0O米以上地区利用单粒子方法探测γ暴实验构想——基于水切
，
【 ６ ］ Ｓ ｔ ｅ ｉ ｎ ｌ ｅ Ｈ， Ｂ ｈ ａ ｔ Ｎ Ｐ ， Ｂ ｒ ｉ ｇ ｇ ｓ Ｍ Ｓ， ｅ ｔ ． ａ １ ． Ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｆ Ｇａ ｍｍａ — Ｒａ ｙ Ｂ ｕ ｓ ｒ ｔ ｓ ｗｉ ｔ ｈ Ｇ Ｌ Ａ Ｓ ＴⅡ 】 ． Ｃ ｈ ｉ ｎ ． Ｊ ． Ａ ｓ ｔ ｒ ｏ ｎ ． Ａ ｓ ｔ ｒ ｏ ｐ ｈ ｙ ｓ ， ２ ０ ０ ６ ，
４４ ０： １ ８ ４－１ ８ ６．
【 ５ 】Ｃ ｉ ｐ ｉ ｒ ｎ ｉ Ｓ ， Ｔ ｏ ｓ ｉ ｔ Ｇ． ， Ｒａ ｉ ｔ ｅ ｒ ｉ Ｃ Ｍ． Ｏｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｖ ａ ｒ ｉ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｂ Ｌ Ｌ ａ ｃ ｅ ｒ ｔ ａ ｅ ｏ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ＧＣ ０ １ ０ ９ ＋ ２ ２ ４ ． Ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｂ ａ ｎ ｄ ｂ ｅ ｈ ａ ｖ ｉ ｏ ｕ ｒ ａ ｎ ｄ ｔ ｉ ｍｅ
第一作者简介 ： 刘茂元 ， 男， 汉族 ， 河北 南宫人 ， 西藏大学理 学院讲 师， 主要研 究方向为宇宙线及 天 文。
一
１ ０５ —
刘茂元， 厉海金， 扎西桑珠 ， 周毅 ： 在海拔 ５ 。 Ｏ Ｏ 米以上地 区利用 单粒子方法探测 暴实验构想——基于水切伦科夫技术
【 ４ 】 Ｋ ａ ｗａ ｉ Ｎ， Ｋ ｏ ｓ ｕ ｇ ｉ Ｇ， Ａｏ ｋ ｉ Ｋ ． Ａ ｎ ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｕ ｍ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ａ ｆ ｔ ｅ ｒ ｇ ｌ ｏ ｗ ｏ ｆ ａ — ｒ ａ ｙ ｂ ｕ ｒ ｓ ｔ ａ ｔ ａ ｒ ｅ ｃ ｌ ｓ ｈ ｉ ｆ ｔ ｏ ｆ ｚ ＝６ ． ２ ９ ５Ⅱ 】 ． Ｎａ ｔ ｕ ｒ ｅ ， ２ ０ ０ ６ ，
半导体器件大气中子单粒子效应试验方法与程序基本信息
半导体器件大气中子单粒子效应试验方法与程序基本信息半导体器件大气中子单粒子效应试验方法与程序基本信息【导论】半导体器件是现代电子技术中不可或缺的基础组成部分，但它们在高能辐射环境下的可靠性问题一直备受关注。
其中，大气中子单粒子效应是一种重要的辐射损伤现象，它对半导体器件的性能产生了不可忽视的影响。
为了解决这个问题，科研人员提出了许多试验方法和程序，以便更好地了解和评估半导体器件在大气中子单粒子效应下的可靠性。
本文将针对这一主题展开全面深入的讨论。
【试验方法】1. 单粒子效应测试单粒子效应测试是一种常用的试验方法，通过在实验室中模拟大气中子单粒子效应，评估半导体器件的性能和可靠性。
在该测试中，使用粒子加速器产生高能粒子束，并照射在待测器件上。
通过检测器件的电流、电压或其他指标的变化，可以获得其受到辐射后的效应。
2. 组件级试验组件级试验是一种更接近真实工作环境的试验方法，它考虑了半导体器件在电路中的相互作用。
在该试验中，器件被嵌入到电路板或模块中，经过长时间不间断的工作，观察其在大气中子单粒子效应下的性能退化情况。
这种方法能更好地模拟实际工作条件，但需要更长的测试时间。
3. 增强放射性测试增强放射性测试是一种瞄准特定辐射环境的试验方法，根据地理位置、海拔高度、周边辐射源等因素，选择合适的地点进行测试。
通过对辐射水平进行增强，可以更快速地观察到器件在大气中子单粒子效应下的反应，以及评估其可靠性。
【试验程序基本信息】1. 数据收集与分析试验开始前，需要收集和分析相关的数据，包括大气中子流通量、器件故障率、故障模式等信息。
这些数据对于设计合理的试验方案和结果的解读至关重要。
2. 样品准备与选择根据需求和试验目标，选择适当的半导体器件样品，以代表实际生产中使用的器件。
对样品进行特殊处理，例如辐射前的电子束退火、封装等，以确保试验结果的可靠性和有效性。
3. 设置试验条件根据试验目标，设置适当的试验条件，例如辐射剂量、温度、湿度等。
大气中子单粒子效应试验研究现状简介
目前国内尚未开展航电系统SEE的试验研究，但随着 簇射），形成大气中子。大气中中子占比96%，能量可高达 我国航空业的快速发展，开展大气中子SEE的试验评价与 1011eV[8]。海平面大气中子通量约为20n/cm2/h)(E>1MeV)，
防护设计研究，是确保我国以航空装备为核心的综合电子 各粒子成分如图1所示。
大 量研 究表明，中子入 射将 会 诱发航电系统发 生单 粒子效 应（SEE），引起单粒子翻转（SEU）、单粒子瞬态 （SET）、单粒子锁定（SEL）、单粒子功能中止（SEFI）等多 种失效类型，导致航电系统功能故障，严重时使其可靠性 降低几个数量级[6-7]。
随着集成电路芯片性能的提高、特征尺寸的减小使得 发生单粒子效应所需要的临界电荷显著降低，芯片发生单 粒子效应的敏感度较之过去明显增强。而且，单粒子效应 不仅发生在太空、还发生在大气层空间以及地球表面，不 但 严重地 影 响到 航 天 器、近 地 空间飞 行 器 的 安 全可靠 运
1992年，A. Taber和E. Normand利用三架飞机开展了 系列飞行 试验，结果表明，飞行期间SR AM会发生SEE， 这是首次证实大气中子诱发航电系统SEE的飞行案例[2]。 1998年，E. Normand公布C-17运输机项目的SEE研究情 况，指出S E E 对未防 护器 件 有 较 大 影响，采用错 误 探 测与 纠正（EDAC）等适当的防护措施，可以有效降低SEE对航 电系统的影响[3]。2 0 01年，美国电子工业联 盟（E I A）与固态 技术协会（JEDEC）联合发布了JESD89，规定了α粒子、地 面宇宙射 线（高能中子）和 热中子引发的半 导 体 器 件 S E E 软错 误的 测量方 法。2 0 0 5年，日本电子 信息技 术工业协 会
质子和中子的单粒子效应等效性实验研究
而 获 得 不 同 能 量 的 质 子 ， 虑 铝 吸 收 片 和 金 箔 考
厚度 以及 金 箔 与器件 之 间的距 离、 器件 封装 壳
的 厚 度等 因素 ， 终人 射 灵敏 层 的质子 螗 量 为 最
２ ． ３ ２ ． ２ １． ９ ｅ 参 见 表 ｌ ５ ６ 、 １ ｏ 、５ ４ Ｍ Ｖ， 。
作 者 简 介 ： 海 亮 （ ９ ８ ） 男 ， 东 诸 城 人 。 北 棱 杨 １ ６一 ， 山 西 技 术研 究 所工 程 师 ． 士 ， 士 生 ． 究 方 向 ： 技 术 硕 博 研 校
应用。
１ ８ ５
图１ 质子 辐照 实 验 布局
由于 带 电粒 子在 金 箔 中 沉 积 能 量 而 导 致 金
质子 辐 照 实 验 是 在 中 科 院 高 能 物 理 研 究 所 的３ Ｍｅ 质 子 加 速 器 上 进 行 的 ， 验 总 体 布 局 ５ ￣ 实
如图 １主 要包括 准 直器 、 吸收 片 、 射 金 箔 、 ， 铝 散
单 粒 子 效 应 监 测 系统 、 件 支 架 等 。 器
收 稿 日期 ：０ ０ ０ — ６ ２ ０ － ８０
别 为 质 子 和金 原 子 核 的 电 荷 数 ， 加 速 器 平 均 若
见 。 能质 子除 了与靶核发生 库仑 散射 之外 ， 高 当
它 穿 透 靶 核 的库 仑 势 垒 后 发 生 核 反 应 的 机 制 和 中 子 核 反 应 的 机 制 基 本 相 同 ， 且 二 者 引 起 单 并 粒 子 效 应 的 物 理 过 程 相 同 ， 文 主 要 采 用 实验 本 方 法探索 ＝者的等 效关 系 。
中 固 分 类 号 ： Ｏ５ １ １ ７ ． 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ０ ５ － ９ ４ ２ ０ ） ２０ ５ — ４ ２ ８０ ５ （ ０ ２ ０ — １ ８０
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基于高海拔地区的大气中子单粒子效应实时测量试验研究张战刚;雷志锋;黄云;恩云飞;张毅;童腾;李晓辉;师谦;彭超;何玉娟;肖庆中;李键坷;路国光
【期刊名称】《原子能科学技术》
【年(卷),期】2022(56)4
【摘要】开展65 nm高速大容量静态随机存取存储器(SRAM)大气中子单粒子效应特性及试验评价技术研究,基于4 300 m高海拔地区大面积器件阵列实时测量试验,突破效应甄别、智能远程测控等关键技术,在153 d的试验时间内共观测到错误43次,其中器件内单粒子翻转39次,多单元翻转(MCU)在单粒子翻转中占比23%,最大的MCU为9位。
对高能中子、热中子和封装α粒子的贡献比例进行了分析,并基于多地中子通量数据,推演得到北京地面和10 km高空应用时的单位翻转(SBU)和MCU失效率(FIT)。
发现地面处软错误的主要诱因为封装α粒子,随着海拔的增高,大气中子对软错误的贡献比例明显增大;MCU全部由高能中子引起,北京10 km 高空处的MCU FIT值明显增大,其占比由地面的8%增大至26%。
结合器件版图布局,对MCU产生机理进行了深入分析。
最后,提出一种目标导向的存储器软错误加固策略优化方法。
【总页数】9页(P725-733)
【作者】张战刚;雷志锋;黄云;恩云飞;张毅;童腾;李晓辉;师谦;彭超;何玉娟;肖庆中;李键坷;路国光
【作者单位】工业和信息化部电子第五研究所;中国科学院高能物理研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN406;V216
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