单粒子效应分析与电路级模拟研究
逻辑电路单粒子效应加固关键技术研究
逻辑电路单粒子效应加固关键技术研究近年来，随着技术的发展，电子设备的功能日益强大，为了更有效的发挥设备的性能，特别是在安全领域，针对电路的攻击变得异常重要，对于这种情况，对密码学加固以及加固电路逻辑电路等都变得极其重要。
在传统的加固方法中，通常只针对硬件逻辑，但是单粒子效应却能够有效地破坏半导体中的逻辑门，因此，本研究以逻辑电路单粒子效应加固关键技术为研究主题，旨在提出一些有效的加强技术，以期对电路提供更好的防护。
首先，本研究的背景是由于近年来电子设备的技术越来越发达，而单粒子效应在电路中的攻击可能性越来越大，因此，逻辑电路的安全防护问题变的尤为重要，特别是对电路结构的分析和加固方法提出了更高的要求。
这就引发了寻求有效的加固技术，以保护电路和系统免受单粒子效应攻击的挑战。
其次，本研究将深入讨论单粒子效应攻击的原理、特征及其对电路的影响。
接下来将介绍逻辑电路单粒子效应加固的基本原理，并分析其主要技术，包括噪声等效技术、网络重构、动态加密和单粒子效应静态加密等技术，以及加固电路逻辑电路中有针对性技术，包括VERO前瞻式技术、硬件加固技术等。
紧接着，本研究将介绍在实际工程中，逻辑电路单粒子效应加固实现的具体步骤、方法及其工具，以及实现单粒子效应静态加密技术的关键算法，包括对密钥的管理等。
此外，本研究还将给出一些可用来评估逻辑电路单粒子效应加固效果的方法，如系统可靠性、安全性评估等。
最后，本研究将概述结论，并分析逻辑电路单粒子效应加固技术的发展趋势。
从上文可以看出，本研究以单粒子效应加固关键技术的研究为核心，从实验背景、原理技术以及实验过程到评估方法和发展趋势，进行了全面的论述和分析，从而更好地阐述了逻辑电路单粒子效应加固关键技术的重要性，为对电路提供更好的防护提供了帮助。
单粒子效应
— Low energy neutrons (thermal)
• Indirect interaction via 10B nuclear reaction
— Alpha particles from radioactive decay of contaminants (from U, Th decay chains) in the chip/package/solder
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SEE cross section and threshold LET
• LETth is the minimum (threshold) LET to cause the specific SEE. • The saturation cross section σsat is approached at high LET values. • The σ(LET) curve is obtained by measuring the cross section at a few LET values and fitting data with a Weibull curve.
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Charge generation and collection
• Under an external electric field the two columns of carriers recombine and drift: many electrons and holes survive in Si, fewer in SiO2; • Eventually, a net negative/positive charge can be collected at sensitive nodes: if this charge exceeds a threshold value (critical charge) an event may be observed affecting the circuit.
单粒子瞬态效应
单粒子瞬态效应引言单粒子瞬态效应是指当一个粒子通过介质时，产生的临时电子状态。
这种瞬态效应是在离子化过程中，由于空穴的移动和电子的再结合而产生的。
在本文中，我们将详细探讨单粒子瞬态效应以及其在材料科学和电子工程中的应用。
瞬态效应的原理单粒子瞬态效应是由粒子对介质中电子的能量传递引起的。
当一个粒子（如电子或光子）穿过介质时，它与介质中的原子或分子相互作用，导致电子从其原子轨道中激发出来或被剥离。
这些激发态或离子化态仅在瞬间存在，并迅速衰减。
在这个过程中，空穴被形成，它在周围介质中移动直到与其他电子重新结合。
这个重新结合过程的时间尺度短于电子与介质相互作用的时间尺度，因此可以认为所有电子在一个时间段内同时重新结合。
单粒子瞬态效应的应用单粒子瞬态效应在材料科学和电子工程中有着广泛的应用。
下面将分别讨论其在这两个领域的具体应用。
材料科学中的应用1.瞬态电导率的测量：单粒子瞬态效应可以被用来测量材料的瞬态电导率。
通过在材料中注入粒子并测量粒子通路的电导率变化，可以得到材料在瞬态状态下的电导率信息。
这对于研究材料的电子输运过程和载流子动力学特性具有重要意义。
2.材料性能的改善：单粒子瞬态效应可以帮助改善材料的性能。
例如，在半导体领域，通过控制粒子注入的能量和密度，可以调节材料的载流子浓度和迁移率，从而改善半导体器件的性能。
3.材料的捕获和释放：除了改善材料的性能，单粒子瞬态效应还可以用于材料的捕获和释放。
在某些应用中，需要在材料中捕获特定的粒子（如荧光染料或催化剂），通过控制粒子注入的能量和位置，可以实现在材料中的特定区域捕获粒子，并在需要时释放。
电子工程中的应用1.单粒子敏感器：单粒子瞬态效应可以用于开发高灵敏度的单粒子传感器。
通过将敏感介质与电子探测器结合，当粒子穿过介质并引起瞬态效应时，可以通过电子探测器捕捉到这个信号。
这种单粒子传感器可以用于环境监测、生命科学研究等领域。
2.电子器件的可靠性评估：单粒子瞬态效应可以被用于评估电子器件的可靠性。
单粒子试验方法
单粒子试验方法
单粒子试验方法主要包括两种：飞行试验和地面模拟试验。
飞行试验是将用于单粒子效应研究的设备搭载到航天器上，让测试器件充分暴露在真实的空间辐射环境中，记录工作状态和异常情况，从而得到真实的试验数据。
然而，这种方法有成本高昂、实验周期长等缺点。
地面模拟试验是人为产生各种实验需要的高能粒子，对空间辐射环境进行模拟，然后再用产生的高能粒子去辐照被测设备，这时会发生各种单粒子效应，记录这些现象就可以研究其机理和检测被测设备的抗辐射能力。
地面模拟试验的优点在于试验条件可以人为可控，有丰富的离子种类、能量和注量率可供选择，有利于对单粒子效应产生规律和作用机制作全面细致的研究，且可进行多次、重复试验。
常用的辐射源有回旋加速器、串列静电加速器、锎源等，产生的辐射粒子有脉冲激光、质子、电子和重离子等。
微处理器中子单粒子效应测试系统设计与试验研究
!!银河系宇宙射线和太阳系宇宙射线进入大 气 层 时!将 与 大 气 原 子 通 过 多 次 级 联 反 应 产 生 中子等多种 粒 子)<?)*$ 航 空 航 天 中 电 子 学 系 统 的飞行高度纵跨非电离层""*E- 以下#和电离 层""*"<***E- 为电离层#!在 该 飞 行 高 度 范 围内运动将累计受到一定注量的中子辐射$大 气 中 子 虽 然 不 带 电!但 能 与 半 导 体 器 件 中 的 材 料原子发生非弹性相互作用或散裂反应在电子 器件内淀积电离电荷!从而诱发单粒子 效 应 $ )B* )*世纪A*年代末!WOU 和 O%2.14公 司 利 用 飞 行试验测试了中子诱发器件的翻转率 $ )#* 国 内 外对于半导体器件中子单粒子效应的研究主要 是利用中子源产生的高能中子模拟单粒子效 应 $ )!?=* 北 京 大 学%中 国 科 学 院 物 理 研 究 所%中 国科学院空间科学与应用中心等分别采用仿真 方法研究了临近空间大气中子诱发电子器件的 单粒子翻转"60Q#)A?<**$ 微 处 理 器 是 各 种 电 子
单粒子效应书
单粒子效应书嘿，你有没有想过，在我们看不见的微观世界里，有一些超级神奇又超级麻烦的事情在不断发生呢？这就是我要跟你讲的单粒子效应。
我有个朋友，叫小李，他是搞航天工程的。
有一次我们聊天，他就满脸苦恼地跟我说：“你知道吗？那些小小的粒子，就像隐藏在黑暗中的小恶魔，能把我们精心设计的设备搞得乱七八糟。
”我当时就特别好奇，啥小粒子能有这么大能耐？单粒子效应啊，简单来说，就是单个高能粒子打到电子器件上，引发的一系列意想不到的状况。
这就好比你正在安静地搭积木，突然有个看不见的小捣蛋鬼冲过来，一下子把你快搭好的积木给弄歪了。
这些高能粒子就像那些捣蛋鬼，它们可能来自宇宙射线，也可能是辐射环境里的一些粒子。
对于那些在太空工作的设备，像卫星啊，探测器啊，单粒子效应就像是一场噩梦。
我曾经和一位卫星研发的工程师老王聊过。
他说：“哎呀，我们做卫星的时候，最头疼的就是这个单粒子效应了。
那些粒子打到卫星上的芯片里，就可能让芯片出错。
本来好好的数据传输，突然就乱套了。
就好像你在打电话，正说着重要的事儿呢，突然对方说的话全变成乱码了。
”我当时就感叹，这也太可怕了吧。
那这些单粒子效应到底会造成哪些具体的破坏呢？单粒子翻转就是个常见的问题。
就像一个本来很听话的小开关，粒子一打过来，它就从开变成关，或者从关变成开了。
这可不得了，在一个复杂的电路系统里，一个小开关的错误，可能就像推倒了多米诺骨牌的第一张，后面一连串的设备都会跟着出错。
还有单粒子锁定，这就更麻烦了。
想象一下，你的电脑突然死机了，怎么按都没反应，这就类似单粒子锁定的情况。
粒子让器件里的电流变得超级大，就像洪水冲破了堤坝，器件就被这股强大的电流给困住了，无法正常工作了。
那科学家们就这么干看着，任由这些单粒子效应捣乱吗？当然不是啦！这就像面对一群调皮的孩子，你得想办法管着他们。
科学家们想出了好多办法来应对。
比如说，加固电子器件，让它们变得更强大，更能抵抗这些粒子的攻击。
就像给士兵穿上更厚的盔甲，让他们在战场上不容易受伤。
单粒子效应辐照实验50~500_MeV准单能中子源模拟研究
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原 子 能 科 学 技 术 ! ! 第U%卷
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纳米级CMOS集成电路的单粒子效应及其加固技术
应和加固技术方面的研究成果，包括首次提出的单粒子时域测试和分析方法、单粒子多节点翻转加固方法和单粒子瞬
态加固方法等．
关键词： 集成电路；纳米级；单粒子效应；抗辐射加固
中图分类号： ＴＮ４３ 文献标识码： Ａ 文章编号： ０３７２２１１２（２０１８）１０２５１１０８
电子学报 ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｊｏｕｒｎａｌ．ｏｒｇ．ｃｎ
收稿日期：２０１６１２１９；修回日期：２０１７０９０９；责任编辑：梅志强 基金项目：国家自然科学基金（Ｎｏ．６１６７４０１５，Ｎｏ．１１６９００４５）
２５１２
电 子 学 报
２０１８年
对芯片成本、性能 的 追 求，不 断 地 推 动 着 集 成 电 路 技术的进步，在同一 芯 片 上 集 成 的 电 路 密 度 不 断 提 高， 电路性能不 断 改 善，这 一 发 展 几 乎 始 终 遵 循 “摩 尔 定 律”的规律［２］．当前，先进集成电路几乎全部采用 １００ｎｍ 以下工艺实现，部分高端集成电路已采用 １６ｎｍ或 １４ｎｍ 工艺实现，集成电路技术已经全面进入纳米时代．然而， 随着集成电 路 特 征 尺 寸 缩 小 至 纳 米 尺 度，很 多 器 件 物 理问题和新 的 辐 射 效 应 问 题 随 之 出 现．相 比 于 超 深 亚 微米工艺，纳米级 工 艺 在 器 件 材 料、结 构、尺 寸、工 作 电 压上都发生 了 明 显 的 变 化，其 中 一 些 变 化 将 严 重 影 响 纳米级器件 和 集 成 电 路 的 抗 辐 射 性 能，给 纳 米 级 集 成 电路的 抗 辐 射 加 固 带 来 了 许 多 新 挑 战．主 要 的 问 题 包括：
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０３７２２１１２．２０１８．１０．０２７
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单粒子效应分析与电路级模拟研究
随着集成电路制造工艺的进步、器件特征尺寸的缩小、系统工作电压的降低
和工作频率的提高,宇宙环境中存在的辐射效应对宇航器芯片的影响日益凸显,
严重影响各国航天航空领域的发展。高能粒子轰击集成电路敏感区域将会产生单
粒子瞬态脉冲,进而可能引起存储数据错误,影响后续计算,甚至导致整个系统崩
溃。
体硅工艺下,传统的单粒子效应研究主要围绕在器件敏感区域漏极,近年来
国际上一些研究表明,器件的瞬态电流脉冲和电荷收集与粒子入射位置有关。本
文在研究单粒子效应产生机理和已有SET电流源注入脉冲模型的基础上,重点研
究粒子入射位置在阱区时单粒子效应对传统硅工艺器件产生的影响。
本文的主要工作如下:1、基于90nm双阱工艺,分别对NMOS和PMOS进行器件
三维建模,并与SMIC 90nm库进行工艺校准,校准结果表明本文建立的器件三维模
型与实际结果贴合性很高,为后续章节器件级单粒子效应研究的展开提供了准确
的模型支持。2、进行器件级单粒子效应研究,研究发现NMOS、PMOS和CMOS反相
器的SET电流形状、电压特性均受粒子入射位置和LET值影响。
入射位置与漏极边界的距离增大将减小器件收集电荷,电流峰值;LET值增
大将增大器件收集电荷,电流复合时间。为后续章节展开的一维SET脉冲电流注
入模型建立提供实验数据和现象支持。
3、将粒子入射位置引入SET电流源模型研究中,分析建立PN结基于入射距
离的一维独立SET电流脉冲注入模型。进一步研究了粒子入射位置在阱区时,寄
生双极放大效应对NMOS、PMOS的影响,进而对单个晶体管一维SET电流源进行建
模。
最后进行电流源模型SPICE验证,结果表明本文基于入射距离建立的一维独
立SET电流源模型可以较好的反映入射距离改变时单粒子效应对器件电流脉冲
的影响。4、仿真介绍了独立电流源和耦合电流源的区别,基于粒子入射距离对一
维耦合SET电流脉冲注入模型进行建模。
SPICE仿真验证了本文建立的一维耦合SET电流源能够较好反映粒子入射距
离改变时反相器SET电流脉冲特性,同时可以较好的反映耦合电流源存在的“台
阶效应”,可应用于电压脉冲宽度的预测,最大误差为11.73%,平均误差为10.76%。