国外电子元器件抗辐射加固技术发展综述
抗辐射技术调研
单粒子效应
抗辐射单元结构：
单粒子效应
抗辐射单元结构：
单粒子效应
抗辐射单元结构：
测试方法
美国军标对CMOS电路的功能正常判据有以下6条，超 过这些标准则判定为失效:
(l)N沟道阈值电压最小为0.3V，即Vtn>0.3V; (2)P沟道阈值电压最大为2.8V，即Vtp<2.8V; (3)阈值电压漂移△Vth<=1.4V (4)功耗电流Iss<=100倍的最大规范值; (5)传输延迟时间:Tplh<=1.35倍最大规范值；Tphl<=1.35倍最 大规范值; (6)功能正常。
芯片设计： 1. 太敏SoC架构设计 2. 开源Leon处理器最小系统构建 3. 外围IP模块设计/获得与验证 4. SRAM及控制器设计 5. 阈值与质心计算信号处理算法IP核设计 6. JTAG、RS422 IP核设计 7. 关键模拟三模冗余设计 8. 太敏SoC系统集成与验证 9. FPGA原型验证与软件调试 10.抗辐射性能评估
单粒子效应
单粒子效应（SEE）：是指高能带电粒子在穿过微电子 器件的灵敏区时，沉积能量，产生足够数量的电荷， 这些电荷被器件电极收集后，造成器件逻辑状态的非 正常改变或器件损坏
单粒子翻转（SEU）、单粒子闩锁（SEL）、单粒子烧毁
（SEB）、单粒子瞬态脉冲（SET）、单粒子功能中断（SEFI）
单粒子效应
总剂量效应
TID加固设计技术：环形栅、加保护环和H结构、源／ 漏注入控制在薄氧区域、采用无边缘N型晶体管等
总剂量效应
国外文献报导： 1. 随着IC集成规模和加工精度的提高，栅氧的厚度逐渐减小， TID效应也在减小。当栅氧的厚度低于10nm时，栅氧的TID加 固就不存在了，主要的加固问题放在场氧的横向结构，用浅 槽隔离方法(STI)来解决。当CMOS沟道长度<100nm、栅氧 的厚度低于4nm时，TID效应引起的阈值电压漂移已不再是问 题 2. 基于薄SiO2的栅介质不再受标准辐射引起的影响（如在氧化 物层中堆集正电荷和形成界面态）的困扰，使得其在本质上 就能强力抗御总剂量损伤。 对于特征尺寸相当的极小尺寸器件（最大约几百纳米），重离子 在栅介质中诱发的离化损伤可能引起辐射致漏电流（RILC）、辐 射致软击穿（RSB）、单次栅断裂（SEGR）或潜在损伤的产生， 微剂量效应是重离子撞击产生的，较之TID损伤，它以更为局部 的方式引起充电和缺陷生成。
国外电子元器件可靠性试验情报跟踪
电子系统中模块化和小型化发展的迫切需求使 ＫＧＤ 技术在国外发展非常迅速，美国航空航天局 （ＮＡＳＡ）为了满足空间应用对 ＭＣＭ 的需求制定了 ＫＧＤ 保证计划，提出了 ＫＧＤ 的测试和可靠性是保 证空间用 ＭＣＭ 的关键技术之一，并制定了空间应 用 ＫＧＤ 保证技术导则。美国电子工业协会（ＥＩＡ） 在 １９９６ 年颁布了有关 ＫＧＤ 的 ＪＥＤＥＣ 标准，日本电 子工业协会（ＥＩＡＪ）在 １９９９ 年也颁 布 了 自 己 的 ＫＧＤ 标准，对 ＫＧＤ 质量和可靠保证提出了指导性 规范。北美的芯片产品协会（ＤＰＣ）是一个独立组
１ 引言
可靠性试验是评价和分析元器件可靠性的必要 手段。它不仅能衡量产品的质量和可靠性水平，了解 产品生产质量的稳定程度；还可以结合失效分析手段 来发现产品中存在的问题，了解产品在不同的环境和 应力条件下的失效模式，分析失效原因，找出薄弱的 环节，采取相应的措施，以达到提高电子元器件可靠 性水平的目的。本文对国外在电子元器件可靠性试验 领域的最新进展进行了跟踪研究，并对集成电路测 试 、 已 知 良 好 芯 片 （ＫＧＤ） 技 术 和 微 机 电 系 统 （ＭＥＭＳ）等方面的可靠性技术进行了概括。
收稿日期：２００５－ １０－ １４ 作者简介：蔡少英（１９６４－ ），女，广东揭西人，信息产业部电子第五研究所赛宝信息研究中心高级工程师，主要从事科技情报
研究工作。
ＤＩＡＮＺＩ ＣＨＡＮＰ ＩＮ ＫＥＫＡＯＸＩＮＧ ＹＵ ＨＵＡＮＪ ＩＮＧ Ｓ ＨＩＹＡＮ
１８９
庆祝信息产业部电子第五研究所建所 ５０ 周年
ｄ） 由于半导体器件的特征尺寸越来越小，要发 现器件的缺陷需要更高性能的检测手段。
３ 大规模集成电路测试技术
ＩＣ 测试技术是发展 ＩＣ 产业的三大支撑技术之 一，是保证其性能、质量的一个关键手段。因此， ＩＣ 测试作为一个测试门类受到很多国家的高度重 视。经过数十年的发展，ＩＣ 测试技术随着 ＩＣ 技术 的发展而迅速提高，市场规模也越来越大，１９９９ 年 ＩＣ 的自动测试设备（ＡＴＥ）销售额达到了 ３６ 亿美 元。按美国 ＶＬＳＩ Ｒｅｓｅａｒｃｈ 公司预测，未来几年 ＩＣ ＡＴＥ 销售额将以平均 ２５ ％的年增长率持续地提高。
SOI技术的抗辐照能力报告
SOI技术的抗辐照能力报告目录SOI技术的定义： (3)SOI技术的特点： (3)空间辐射问题： (5)电子元器件所受到的辐射效应分类 (7)常用的四种抗辐射材料： (7)SOI抗辐照技术 (8)SOI技术的抗辐射指标 (8)SOI技术和体硅CMOS技术两种技术抗辐射效应的对比 (8)SOI器件实例： (9)SOI技术的应用： (10)SOI技术国际主流公司： (10)SOI产业联盟： (11)国内SOI技术研究： (11)SOI技术的市场份额： (12)SOI技术的定义：SOI技术是指：在硅衬底上嵌入绝缘体埋层，再在埋层上生长单晶硅薄膜的材料制备技术。
SOI是英文Silicon On Insulator的缩写，指的是绝缘层上的硅。
SOI技术是指在绝缘层上形成一层具有一定厚度的单晶半导体硅薄膜的材料制备技术。
SOI材料可实现完全的介质隔离，与由PN结隔离的体硅相比，具有无闩锁、高速率、低功耗、集成度高、耐高温等特点，在便携式电子产品、航天、卫星通讯等领域均受到普遍重视，被称为“21世纪的微电子技术”。
SOI(Silicon-On-Insulator)字面意思是绝缘体上硅，可以理解为一种特殊结构的硅材料。
而SOI技术却包含非常丰富的内容。
SOI 技术也包括材料、器件和集成电路制造技术。
SOI技术的特点：SOI技术作为一种全介质隔离技术，有着许多体硅技术不可比拟的优越性。
在SOI技术中，器件仅制造于表面很薄的硅膜中，器件与衬底之间由一层隐埋氧化层隔开，正是这种独特的结构使得SOI技术具有了体硅器件所无法比拟的优点。
SOI CMOS器件具有功耗低、抗干扰能力强、集成密度高（隔离面积小）、速度高（寄生电容小）、工艺简单、抗辐照能力强，并彻底消除了体硅CMOS器件的寄生闩锁效应等优点。
随着SOI顶层硅膜厚度减薄到全耗尽工作状态（硅膜厚度小于有效耗尽区宽度）时，全耗尽的SOI 器件将比传统SOI 器件具有更优越的特性，这种全耗尽SOI 结构更适合于高性能ULSI 和VHSI 电路。
航天电子元器件抗辐照加固工艺
太阳辐 射是 空间辐射 环境 中最 活跃和 最主 要的
因素 ，太 阳活 动分 为缓变型 太阳活 动和爆 发型太 阳 活 动 ，它们 的辐射影 响不 同 。前者 主要 成分 为电子
和质子 ，发射粒子流的速度 为３ ０ ０ ｋ ｒ ｎ ／ ｓ ～９ ０ ０ ｋ ｍ／ ｓ ， 后
Ｄ ｏ ｃ ｕ ｍ ｅ ｎ ｔ Ｃ ｏ ｄ ｅ ： Ａ Ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ Ｉ Ｄ ： １ Ｏ ０ １ ． ３ ４ ７ ４ Ｉ ２ ０ １ ３ ） ０ １ ． ０ ０ ４ ４ — ０ ３
由于 我 们 的 卫 星 及 有 效 载 荷 在 轨 运行 阶 段 脱 离 了大气 层的保 护 ，直接暴 露在空 间环境 下 ，电子 设备 会受 到辐射 和重粒 子的 冲击而 发生 各种辐 射效 应 ，造成 其工 作的异 常或故 障 ，从 国 内外对航 天事 故 的统计数据可 以发现 ，４ ０ ％的故 障源于空间辐射 。
摘
要 ：介绍了空 间辐射环境及 电子元器件抗辐照处理的必要性 ；阐述 了影 响抗辐照加 固性能的主要 因素。
结合实际工程应用 ，对于抗辐照加 固工艺过程进行 了着重说明 ，列举了抗辐照加 固环节所应注意 的一些要点。
关键词 ：空间辐射 ；抗辐照加 固；电子元器 件 中国分类号 ：Ｔ Ｎ ６ ０ ５ 文献 标识码 ： Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ １ — ３ ４ ７ ４（ ２ ０ １ ３ ） ０ １ － ０ ０ ４ ４ — ０ ３
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： ｌ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｓ ｐ ａ ｃ ｅ ｒ ａ ｄ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｎ ｅ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｎ ｅ ｎ ｔ ｓ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｔ ｏ ｉ ｒ ｒ ａ ｄ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ．
gan-hemt的发展历史
gan-hemt的发展历史gan-hemt（Gallium Nitride High Electron Mobility Transistor）是一种基于氮化镓材料的高电子迁移率晶体管。
它在现代射频和微波应用中具有重要的地位，被广泛应用于无线通信、雷达、卫星通信等领域。
gan-hemt的发展历史可以追溯到上世纪80年代，下面将为大家详细介绍gan-hemt的发展历程。
gan-hemt最早的雏形可以追溯到20世纪70年代，当时科学家们开始探索使用氮化镓材料制造高频功率器件。
但是由于材料制备和工艺技术的限制，直到80年代中期，gan-hemt才真正得到发展。
1985年，日本东京大学的研究团队首次制备出了原始的gan-hemt 器件，并进行了相关的实验研究。
当时，由于缺乏成熟的氮化镓材料和工艺技术，gan-hemt的性能和可靠性都存在一定的问题。
但是这一突破标志着gan-hemt的诞生，为后续的研究和发展奠定了基础。
随着研究的深入，gan-hemt的性能逐渐得到提升。
1990年，研究人员首次实现了gan-hemt的高电子迁移率效应，这使得gan-hemt具备了更高的工作频率和功率特性。
此后，gan-hemt开始在军事领域得到广泛应用，用于制造高频功率放大器和雷达系统。
1995年，科学家们首次实现了gan-hemt的高电子迁移率电子通道，并进一步提高了其性能。
这一突破使得gan-hemt在射频和微波领域的应用更加广泛，成为无线通信和卫星通信等领域的重要器件。
2000年代初，随着氮化镓材料制备技术的进一步发展，gan-hemt的性能得到了进一步提升。
研究人员成功实现了低电阻和高迁移率的氮化镓材料，使得gan-hemt的工作频率和功率特性得到了进一步提高。
这一时期，gan-hemt在通信和雷达系统中的应用逐渐增多，成为射频和微波领域的主流器件之一。
随着技术的进一步成熟，gan-hemt的性能不断提高。
研究人员通过优化材料和工艺技术，进一步降低了gan-hemt的电阻和噪声系数，提高了其工作频率和功率特性。
星载电子设备抗辐照分析及元器件选用
星载电子设备抗辐照分析及元器件选用自1971年至1986年期间,国外发射的39颗同步卫星因各种原因造成的故障共计1589次,其中与空间辐射有关的故障有1129次,占故障总数的71%,由此可见卫星和航天器的故障主要来源于空间辐射。
1、抗辐照分析空间辐照环境中的带电粒子会导致星载电子设备工作异常和器件的失效,严重影响航天器的可靠性和寿命。
星载电子设备在工作期间所遇到的辐照问题主要是受到空间高能粒子(重离子和质子)的影响。
1.1 总剂量效应总剂量效应指在电子器件的特性(电流、电压门限值、转换时间)发生重大变化前,器件所能承受的总吸收能量级,超过这个能量级后器件就不能正常工作(出现永久故障)。
该剂量用Rad(Si)即存积在1gSi中的能量来度量。
典型轨道预计辐射量见表1。
总剂量效应会引起星上电子器件的物理效应和电器效应如产生电子空穴对、影响载流子的流动、对双极型器件会降低其增益,对CMOS器件会使其阈值电压漂移、降低转换速率等。
另外在对某星载雷达所用CMOS器件进行总剂量实验时发现,总剂量效应在器件断电后会有一定的退火现象,但如果再加大辐射剂量,退火后的器件很快就不能工作。
所以对长寿命、高可靠的星载电子设备,必须考虑元器件的在轨期间的总剂量问题。
对于总剂量效应的防护可采用如下2种方法。
(1)选择半导体工艺:选择对宇宙射线不敏感的材料,CMOS蓝宝石硅片(SOS)工艺是目前最合适的工艺,但其成本高于其工艺。
(2)辐射屏蔽:卫星的结构框架以及电子设备的外壳的屏蔽作用可减轻辐射的影响,一般可减少2krad～3krad。
因为屏蔽材料本身有2次辐射,所以它并不能有效地防护高能粒子(宇宙射线)产生的影响。
2、单粒子效应空间辐照环境使星载电子器件产生单粒子现象(SEP)。
随着电子器件集成度不断提高,器件尺寸不断减小,星载电子设备也变得更加复杂,电子系统更易受到瞬态干扰,因此在星载电子系统的设计过程中不仅要考虑辐射总剂量的影响同时也要研究高能粒子引起的单粒子现象。
电离总剂量辐射效应及加固方法解析
目录一、辐射环境 (2)1.1 范艾伦辐射带 (2)1.1.1 内辐射带（Inner Belt） (3)1.1.2 外辐射带（Outer Belt） (3)1.2 宇宙线辐射环境 (3)1.2.1 银河宇宙线 (3)1.2.2 太阳宇宙线 (3)1.3 核爆辐射环境 (4)1.4 存在电离总剂量辐射的环境 (4)二、总剂量辐射损伤的产生机理 (4)三、电离总剂量辐射对器件的影响 (6)3.1 总剂量辐射对NMOS晶体管关态漏电流的影响 (6)3.2 总剂量辐射对VDMOS晶体管1/f噪声的影响 (7)3.3 总剂量辐射对SRAM静态功耗电流的影响 (8)3.4 总剂量辐射对SRAM功能的影响 (9)四、针对辐射损伤所采取的辐射加固方法 (9)4.1 环形栅结构 (10)4.2 H形栅结构 (13)4.3 P+保护环 (15)4.4 厚场氧旁附加薄场氧层 (16)电离总剂量辐射效应及加固方法解析起草人：丛忠超一、辐射环境辐射环境主要包括空间自然辐射环境和人造辐射环境两种。
其中，空间辐射环境又可以分为范.艾伦辐射带和宇宙射线两种，而人造辐射环境主要是指核武器爆炸和地面辐射模拟源两种。
下面针对上述辐射环境进行详细介绍。
1.1 范艾伦辐射带所谓地球辐射带就是指那些存在于地球周围的高能粒子集中的区域，一般存在于近层宇宙空间中，即距离地球100公里到几百公里的空间。
它是由美国科学家詹姆斯·范艾伦于1958年根据美国第一颗卫星的空间粒子探测得出结果推测发现的，因此被称为范·艾伦辐射带。
范.艾伦辐射带是由地磁场俘获高达几兆电子伏的电子以及高达几百兆电子伏的质子组成，其中只有很少百分比像O+这样的重粒子，其分布结构图如2.1所示。
由图可知，高能质子与高能电子主要分布在两个对称的集中区域，在赤道附近呈环状绕着地球，并向极地弯曲，这两个区域分别被称为内辐射带和外辐射带，简称内带与外带，其中距离地球较近的称为内带，距离地球较远的称为外带，它们共同组成了范艾伦辐射带，下面将分别介绍内带与外带。
星载计算机抗辐射加固技术
２栅年第ｌ期航天控制星载计算机抗辐射加固技术华更新王国良郭树玲北京控制工程研究所，北京１０００８０、ｊ氐ｂ摘要为掌握星载计算机系统级抗辐射加固技术，针对星栽计算机的抗辐射薄弱环节．研究抗辐射加固措施，完成了３８６日三机变结构原理样机。
重点研究了抗单粒子效应多机客错技术和存储器校验技术，抗总剂量效应屏蔽材料和屏蔽工艺。
最后研究了实时多任务操作系统及其抗辐射问题。
主题词星载计算机辐射加固单粒子效应总荆量效应您ｌｄｉａ廿∞Ｈ盯ｄｅｎｉｌ培艮｝ｃｈＩＩｉｑＩｌ瞪ｆｏｒｏｎ－ｂ０龇曰Ｃ伽叩哪ｔｅ璐ＨｕａＧ朋鲥ｎｗ锄ｇＧｕｏｌｉ粕ｇＧｕｏｓ｝ｎｄｉｎｇＢｅ玎峨ｈ蛄眦ｅｏｆｃｏｎ廿ｄＥＩｌｇｉｎｅｅｄｌｌｇ，Ｂｅ玎峨１删Ａｈ嘲ｚｋｆ７ｂ括蠡似ｍ耐越幻，砌蹴ｒ旃ｅ可咖ｍ如耐ｍｄ珏ｉＤｎ＾ｃＢ砘面１９蛔知矗砷螂一０Ｂｃ．Ｆ０ｒ妇１ｔ砌抽ｅ站ｏ，加兀．础｜ｆｏｎ＾ｄ，＿如ｎ打ｗ０Ｂｃ，伽ｋ糖删ｍＰ丘ｓｋｄ‘ｋ３８６麟ｐｍ∞印删如廊ｋｍ础加砌俐“叮㈣№．耽血㈣毗眦溉∞删ｄ—ｍｏｃｈ‘ｆ凹陀出ｍ如７呵口，“ｅ珊ｒ出。
耐溉０，耐∞册眦ｉ帆Ｄ，ｍ唧ｌｎ，ｙｃＪ】咖扣ｒｓＥｌＪｐｒ删沛，ＲＨｍ４￡嘶口ｂ甜讨小埘撕衄ｂ田船如ｒ幻试ｉ帆捌睹幽辩如ｍｏ萨．丹瑚正打Ｉｋ蒯一妇，砌‘‘缸卉掣田咖町站町Ｉ。
，耐蛇胁憎ＲＨ据商７“ｇ钾Ⅱ胛ｓｆ陇２涮．Ｓｕ蚰ｅｃｔｔｅｒ璐Ｏｎ－胁坷㈣掣妇ｒ（０Ｂｃ）删沁ｉｏｎ妇坷Ｂｒ嘶（ＲＨ）＆，北眦眦畔￡（ＳＥＵ）％ｄ；Ｍ掘ｎｇ如∞１引言星载计算机是卫星上的核心部件．主要用于卫星控制、星务管理、敏感器数据预处理等。
星载计算机有两种技术实现途径：一是采用高等级的抗辐射芯片来制造星载计算机，这种途径的优点是不用担心辐射问题，且不用采取冗余抗辐射措施；面临的问题是抗辐射芯片价格昂贵，批量小，制造周期长，采购困难，可选择的面也很窄。
二是选用合适的非加固器件来制造星载计算机，这种途径的优点是价格便宜，芯片采购容易，来源广泛；面｛Ｉ缶的问题是必须采取各种抗辐射措施来克服非加固器件抗辐射能力弱的缺点。
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国外电子元器件抗辐射加固技术发展综述
作者：李继国
作者单位：中国电子科技集团公司,第十三研究所,石家庄合作路113号,050051
1.周辉美国全球军事战略中的抗辐射加固技术[会议论文]-
2.余彦胤.王旭利抗辐射加固元器件验收方法研究[会议论文]-2007
3.贾温海电子系统元器件指标分配实验研究[会议论文]-1999
4.核武器弹头抗辐射加固评估的近似方洁[会议论文]-1998
5.高颖.王于辉.崔占东CMOS SRAM辐射性能评估技术研究[会议论文]-
6.王艳.许献国系统抗辐射加固及性能评估技术概述[会议论文]-2009
7.卫宁.王剑峰.杜婕.周聪莉.郭旗.文林抗辐射加固封装国产存储器电子辐照试验研究[会议论文]-2009
8.罗尹虹.张正选.姜景和.姚育娟.何宝平.王桂珍.彭宏论MOS器件加固技术的理论研究[期刊论文]-原子能科学技术2002,36(3)
9.唐欣欣.罗文芸.王朝壮.贺新福.查元梓.樊胜.黄小龙.王传珊.Tang Xin-Xin.Luo Wen-Yun.Wang Chao-Zhuang.He Xin-Fu.Zha Yuan-Zi.Fan Sheng.Huang Xiao-Long.Wang Chuan-Shan低能质子在半导体材料Si 和GaAs中的非电离能损研究[期刊论文]-物理学报2008,57(2)
10.徐加强.王传珊空间电子辐照下半导体器件的抗辐射屏蔽优化[期刊论文]-上海大学学报(自然科学版)2003,9(3)
引用本文格式：李继国国外电子元器件抗辐射加固技术发展综述[会议论文]。