CMOS工藝集成電路抗輻射加固設計研究

1、.-1.CMOS工藝集成電路抗輻射加固設計研究 復旦大學 碩士學位論文 CMOS工藝集成電路抗輻射加固設計研究 姓名：沈鳴杰 申請學位級別：碩士 專業(yè)：微電子學與固體電子學 指導教師：俞軍 20060510 摘要 摘要 輻射環(huán)境可以分為自然輻射環(huán)境和人為輻射環(huán)境。自然輻射環(huán)境主要指外太空的環(huán)境，人為輻射環(huán)境主要指核爆炸后的環(huán)境。隨著越來越多的集成電路需要在輻射環(huán)境中工作，比如：衛(wèi)星中的集成電路、武器系統(tǒng)中的集成電路，用戶需要對集成電路的抗輻射能力提出要求。所以，如何設計抗輻射的集成電路成為一個迫切需要解決的問題。 一般來說，對集成電路進行抗輻射加固的方法可以分為兩類：從工藝上進行加固和從設計上

2、進行加固。因為目前主流的集成電路設計流程是設計公司負責集成電路的設計（包括前端設計、后端設計），通用工藝線負責集成電路的生產。所以作為設計公司是無法通過改變工藝的方法來獲得輻射加固的集成電路，因此通過設計的方法來加固集成電路的抗輻射能力，是比較可行的方案。而且通過工藝線來加固，目前還有它自身的缺點，在論文中會有介紹。 本文在分析輻射對集成電路的各種效應、以及輻射效應的產生機制的基礎上，分析了各種在設計上可以使用的輻射加固技術，最后設計了一個輻射加固的單元庫。 本論文的主要工作包括： 了解空間輻射環(huán)境。 理解輻射對集成電路產生的各種效應。 理解集成電路的輻射效應的產生機制。 設計一個抗輻射的單元

3、庫。 在開展上述工作的同時，本文進行了積極的研究和探索，取得了一定的創(chuàng)新，可概括如下： 對單粒子瞬變的加固，不是從加固組合電路的角度來考慮。而是提出 使用抗單粒子瞬變的觸發(fā)器來解決這個問題。這樣，我們可以只對集 成電路中的時序器件和存儲器進行輻射加固，可以不考慮組合電路的 輻射問題。如此，把一個復雜問題簡單化。 提出使用多位移位寄存器電路來考察觸發(fā)器的單粒子效應。 對已有的抗輻射觸發(fā)器進行改進，從而獲得更加優(yōu)越的性能。 本文抗單粒子的電路均給出了仿真結果?？箍倓┝康碾娐方o出了一些國外已經發(fā)表的輻射數據。因為時間的關系，沒有對流片好后的芯片進行輻射實驗。關鍵詞：超大規(guī)模集成電路、抗輻射加固設計、

4、單粒子瞬變、單粒子翻轉、單粒子效應、總劑量效應、軟錯誤，輻射實驗。 ? ， ， 刪 ， ? ： （? 、】， 刪 ? 卸 ， ： ； ； ； ， ， ： ， ? ； ； ? ：； 論文獨創(chuàng)性聲明 本論文是我個人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果論文中除了特別加以標注和致謝的地方外不包含其他人或其它機構已經發(fā)表或撰寫過的研究成果其他同志對本研究的啟發(fā)和所做的貢獻均已在論文中作了明確的聲明并表示了謝意 作者簽名：主！絲豎日期：堡！：?。?論文使用授權聲明 本人完全了解復旦大學有關保留、使用學位論文的覿定即：學校有權保留送交論文的復印件允許論文被查閱和借閱：學?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨热菘?/p>

5、以采用影印、縮印或其它復制手段保存論文保密的論文在解密后 遵守此規(guī)定 作者簽名：；如弧、導師簽名： 第一章緒論 第一章緒論 單粒子效應的歷史回顧 歷史上第一篇從理論上揭示單粒子翻轉現象的論文是在闡述等比例縮小工藝的發(fā)展趨勢中提出來的【】。在年出現的這篇論文中，作者預言由于在地面上存在宇宙射線，所以當工藝尺寸縮小到一定程度后必然會發(fā)生單粒子翻轉現象。 年，等第一次在論文中宣布觀察到了由于宇宙射線引起的單粒子翻轉現象【】。該篇論文指出，一顆已運行了年的通信衛(wèi)星中的雙極型觸發(fā)器被發(fā)現有四個單粒子翻轉。也許是因為發(fā)現的單粒子翻轉數目更少，這篇文章并沒有引起業(yè)界對單粒子翻轉現象的重視。直到年，人們開始逐

6、漸認識到單粒子翻轉現象的重要性，并且在（原子和空間輻射會議，由組織）上出現了很多研究單粒子翻轉的論文。 隨著在太空發(fā)現單粒子翻轉后不久，使用在地面的集成電路被首次發(fā)現單粒子翻轉現象】。這位在工作的作者發(fā)現的集成密度從增加到的時候，芯片出現了重大的錯誤率。在這個發(fā)現的帶動下，世紀年代末，涌現了很多針對地面單粒子翻轉現象的研究和工作。在地面上芯片發(fā)生軟錯誤（即單粒子翻轉現象）的原因很快被找到。主要原因是芯片的封裝材料中包含了粒子的污染物。比如：的問題是因為他們的新的的陶瓷封裝車間正好建立在一座遺棄的鈾礦的下游。這個車間使用的水中帶有放射性的污染物，就這樣，這些放射性的污染物就進入了陶瓷的封裝材料中

7、。所以通過使用一些低放射性的材料來制造芯片和對芯片加一防護層（）的方法，可以從根本上消除地面上芯片發(fā)生單粒子翻轉現象。這兩種方法被工業(yè)界普遍使用，而且很多年使用下來，效果很好。但是，最近情況發(fā)生了變化。倒裝晶格（）的封裝方法和多層金屬布線會加劇單粒子效應。 世紀年代末，出現了一系列的證據，驗證了在衛(wèi)星的存儲子模塊中觀察到的軟錯誤，的確是由宇宙射線觸發(fā)的單粒子翻轉現象引起的。并且此時，第一個預測系統(tǒng)的軟錯誤率的模型被提出【】。到年代末的時候，隨著衛(wèi)星系統(tǒng)使用的存儲器的尺寸增加，運行的衛(wèi)星每天發(fā)生的軟錯誤數量已經不能被忽略。結合地面上觀察到的軟錯誤，越來越多的證據讓人們意識到除了粒子會產生單粒子翻

8、轉效應外，還有其他的機制也會產生單粒子翻轉現象。 第一篇描述觀察到單粒子翻轉現象的論文，指出存儲位的單粒子翻轉是因為重離子的直接電離效應產生的【】，【】。到年的時候，兩個團隊在 第一章緒論 上指出，質子和電子的間接電離也是發(fā)生單粒子翻轉的一種機制】。因為在自然空間環(huán)境中，質子的分布比重離子廣，數量也多，所以這是一個非常重要的發(fā)現。這個發(fā)現表明：不僅是宇宙射線可以使芯片發(fā)生單粒子翻轉，太陽風中的質子和地球輻射帶中捕獲的質子都可以使芯片發(fā)生單粒子翻轉現象。事實上，在低地球軌道工作的芯片發(fā)生單粒子翻轉，多數是因為由于質子觸發(fā)的。 等第一次在論文中使用“”（單粒子翻轉）這個術語】。這個術語迅速被同行采

9、用，用來描述由于直接電離和間接電離產生的集成電路的翻轉現象。在年的時候，也是第一次發(fā)現芯片發(fā)生單粒子閂鎖效應【】。 世紀年代初，對單粒子翻轉的研究繼續(xù)增多。到年，有專門的專題來探討單粒子現象。在這個十年里，針對單粒子翻轉的加固設計方法被大量的提出和使用【】，【】。同時，對單粒子現象的基本形成機制的研究，增加了人們對這個問題的理解。年代，對單粒子的翻轉的研究主要集中在、非揮發(fā)性的存儲器、鎖存器和觸發(fā)器上。在這十年里，成功使用在軍事和空間上的芯片，證實了研究人員對于單粒子翻轉現象的理解以及一些加固技術的正確性。 年代也出現了一些研究是針對以后可能會出現的其他的單粒子效應。比如：由于電路的組合邏輯或

10、者嵌入的核心邏輯發(fā)生單粒子瞬變現象（，），而引起芯片錯誤。年，來自的的論文被國際可靠性物理會議（）評為最佳論文。該論文對工作在動態(tài)操作的微處理器進行了一些非常有啟迪作用的單粒子實驗 【】。指出微處理器中的某個節(jié)點發(fā)生的單粒子混亂會在短時間里傳遞到芯片的其他地方。年代后期也出現了一些對組合電路單粒子現象進行研究的論文（比如：【】），但是都被大量的關于存儲器的單粒子翻轉效應的論文所掩蓋。 世紀年代，出現了兩個原因，使得單粒子翻轉的重要性繼續(xù)得到加強。第一個原因是：可以提供集成電路輻射加固（包括單粒子翻轉加固）的工藝線的數目急劇減少。這個原因使得航天系統(tǒng)中使用通用工藝線制造的集成電路的數目增多。當然

11、也是因為通用的工藝線能夠提供更出色的器件性能。由于使用通用工藝線制造的集成電路會在輻射環(huán)境中發(fā)生單粒子翻轉，所以這些集成電路給整個系統(tǒng)的可靠性帶來了很大的問題。第二個原因是隨著集成電路的特征尺寸的按比例縮小，單個晶體管面積變小、芯片集成度變高、芯片速度變快。這些變化使得芯片更容易發(fā)生單粒子翻轉，甚至在桌面環(huán)境中都有可能發(fā)生單粒子翻轉，也許可能會導致出現新的錯誤機制。在不考慮新出現的導致單粒子翻轉的機制， 第一章緒論 預測了工藝線每更新一代，軟錯誤率會增加【。 上述兩個原因使得：應用在空間和軍事上的集成電路的供應商要面對使用通用的工藝線來制造芯片；原來的使用通用工藝線制造集成電路的供應商開始考慮

12、地面用戶環(huán)境對芯片可能造成的單粒子翻轉現象。 年代后期，發(fā)生在芯片的組合邏輯或者嵌入式模塊的單粒子翻轉引起集成電路設計者的關注。這是因為： ）發(fā)生在存儲器中的單粒子翻轉可以通過先進的技術來控制。比如： 工藝，不含的材料，減少發(fā)射封裝（）。 此外，錯誤檢測和糾正（）技術可以有效的消除存儲器中的單 粒子翻轉】； ）根據實驗和理論數據推斷：隨著工藝的等比例縮小，由于發(fā)生在組合 電路上的單粒子翻轉而引起的芯片軟錯誤，在整個芯片軟錯誤率中占 有的比重逐漸上升】【】。 ）電路時鐘速度的增加，將增加與組合電路相關的單粒子翻轉現象引起 的芯片的軟錯誤。 進入世紀后，在存儲電路、時序電路和組合電路中發(fā)生單粒子翻

13、轉的可能性繼續(xù)增加。對通用的工藝線來說，使用在地面的器件的單粒子翻轉是一個非常嚴重的可靠性問題。事實上，對集成電路工業(yè)界來說，單粒子問題已經是產品可靠性問題中的主要衡量方面。 同時，傳統(tǒng)的單粒子翻轉加固技術的可行性已經是一個問題，特別是現在已經很少有工藝線專門提供抗輻射的工藝來制造集成電路。所以通過電路級來進行加固設計（）引起人們相當的注意。另外一個現在關心的方面是：技術和工藝中的電荷收集和單粒子翻轉問題。 本節(jié)敘述的單粒子效應主要指發(fā)生在存儲器件、時序器件中的單粒子翻轉（）和發(fā)生在組合電路中的單粒子瞬變現象（）。在有些論文中，把上述兩種單粒子效應統(tǒng)稱為單粒子翻轉效應（），只不過前者被稱為靜態(tài)

14、，后者被稱為動態(tài)。和也被稱為是非破壞性的單粒子效應。破壞性的單粒子效應，比如單粒子閂鎖效應等，因為超出本論文討論的范疇，這里不在敘述?？倓┝啃臍v史回顧 在近多年的歷史中，使用技術制造的集成電路占了主要部分，并且器件的溝道長度也縮小了多倍。隨著器件越做越小，這個趨勢對基于結構的器件的輻射效應和加固技術都有巨大的影響。為了能夠使得器件進行等比 第一章緒論 例縮小，制造工藝、設計方式、版圖方法都在進行改進。而器件幾何尺寸、制造工藝、設計方式、版圖方法這些因素都將影響器件的總劑量效應。 器件中的總劑量效應發(fā)生在相對比較薄的非晶絕緣體介電層以及介電層與硅的界面處。這些介電層（一般是）的厚度從（現代的

15、柵氧）到（場氧）不止，它們被使用在結構中的很多地方，比如柵極控制、器件的橫向隔離、鈍化層。簡單的來說，總劑量效應的產生是因為輻射觸發(fā)的正電荷累積在這些介電層中，導致器件的性能變差。但是器件的總劑量效應的基本機制是非常復雜的】。 一般而言，器件中由于總劑量效應引起的電荷與以下因素有關：輻射劑量、輻射劑量率、電離輻射的種類【】、內部電場】、器件尺寸 【】、溫度】、輻射后條件（比如時間與溫度）】、介電層材料的特性（結構、缺陷、攙雜）【、制造工藝（氧化生長和退火條件）、氧化層雜質、最后的封裝技術、器件結構等。 器件的輻射敏感性在二十世紀年代早期被發(fā)現。在這之前，人們普遍認為器件，因為是多數載流子器件，

16、所以它不會像雙極型器件那樣受到輻射的影響，因此可以很好的使用在太空領域。器件的高輸入電阻、低電流特性，使得它被使用在人類第一顆偵察衛(wèi)星上。 美國的（）的早期研究表明：輻射時器件性能變壞的根本原因不是因為輻射在器件表面觸發(fā)的電離效應，而是因為在氧化層中建立了電荷】。輻射在器件中的氧化層建立了電荷的效應，也被其他組織證明一】。這些研究說明器件的輻射效應是總劑量效應，而不是位錯效應（雙極型器件）。 為了對輻射產生的中心態(tài)有直接的了解，我們使用電子旋轉共振（，）來探測?？梢园l(fā)現介電層中的點缺陷。年代末，實驗室第一次利用來測量輻射后的結構。實驗發(fā)現每平方厘米的氧化層硅界面產生了×個中心。 在這

17、十年中，美國空軍研發(fā)用氧化鋁作為結構中的介電層的器件。雖然這種方法有利于器件的總劑量效應，但是由于在工藝上不穩(wěn)定的原因，沒有產品化】。但是二十年后，人們可以利用淀積氧化鋁的方式來解決工藝不穩(wěn)定的原因】。 。 在年代早期，美國（）制定了一個計劃來發(fā)展輻射加固的集成電路。先前，人們只能使用，因為中的 第一章緒論 柵氧中有鈉離子的污染。在正的電壓下，柵氧中的鈉離子會飄移到二氧化硅與硅的界面，從而使管子的閡值電壓發(fā)生變化。當在工藝上解決了柵氧中的鈉離子污染的問題后，器件以其優(yōu)越的性能成為集成電路的首選工藝。 發(fā)現在輻射后結構中觀察到的現象與在體硅輻射后觀察到的一致】。大學的工作者使用體硅晶格中的氧缺失

18、來對這一現象進行建?！俊嶒炓灿^察到輻射觸發(fā)的氧化層中的電荷與柵極所加的偏壓有關。所進行的背面腐蝕的實驗說明，輻射觸發(fā)的中心態(tài)都分布在二氧化硅與硅的界面處。這個實驗指出為了對器件進行加固，我們可以控制柵氧在氧化生長時的相關參數。 上述發(fā)現提出了一個問題，那就是為了進行輻射加固，有沒有必要必須采用其他介質作為柵氧層？做了個實驗一】，表明使用不摻雜的二氧化硅，在改進的生長條件下】，可以滿足大多數系統(tǒng)的輻射要求。 隨后，人們發(fā)現：為了使金屬柵極小規(guī)模集成電路（）獲得兆拉德的抗輻射能力，可以使用下列工序：在。的干氧環(huán)境中生長柵氧【】【】【】：爐子用流來清洗】；氧化后的退火在。到（中的氮氣中進行；通過非

19、輻射的工藝來淀積金屬化（不能使用電子束和噴濺型的源）。 為了支持更高密度的集成電路，器件的橫向隔離從“結隔離”轉化為“場氧隔離。場氧的使用使總劑量效應更加顯著。對高密度的集成電路，要想獲得好的抗輻射能力，則必須對場氧進行加固。（）開發(fā)了一種輻射加固的場氧類型。成功的使用在容量為的中。 通過以上輻射加固的努力，具有抗輻射能力的金屬柵極電路被成功的使用在各種空間系統(tǒng)中。 一 八十年代主要的輻射問題是：如何對使用多晶硅作為柵極的集成電路和高速集成電路進行抗輻射加固？對高速、多晶硅作為柵極的電路的抗輻射加固被實現了。但是對上述電路的加固比起用金屬作為柵極的電路來說復雜的多。對多晶硅柵極電路而言，設計包

20、括版圖都成為抗輻射的一部分。 為了滿足對高密度電路的抗輻射要求，開發(fā)的抗輻射場氧因為面積大，所以已經無法滿足要求，因此我們必須找到一種面積更小的抗輻射的場氧。半導體工業(yè)界使用了各種橫向場氧的技術，比如：，。對抗輻射而言，上述每一種技術都有優(yōu)點和缺點。集成電路生產者最關心的問題是工藝的“鳥嘴”現象，該現象不僅減少了器件的有 第一章緒論 源區(qū)的面積，而且“鳥嘴”部分的場氧由于它的特殊的應力特性】，成為總劑量的敏感區(qū)域。這時候，提出了種通過淀積的方式產生兩層摻雜的氧化層結構】，該結構具有抗輻射的能力。 一 年代，集成電路抗輻射加固的重點是對亞微米的多晶硅柵晶體管進行輻射加固。由于柵氧的尺寸急劇縮小，

21、所以此時的柵氧很難發(fā)生總劑量效應。年代的文獻已經指出：一旦柵氧的厚度小于，柵氧的總劑量效應將消失】。事實證明了上述預測。柵氧厚度小于的晶體管在年代被制造出來。對體硅來說，主要的輻射加固問題是如何加固用作橫向隔離的場氧？年代末，為了滿足等比例縮小的要求，淺槽隔離技術（）成為主流的隔離技術，這種技術完全消除了鳥嘴現象。 有趣的是，技術的抗輻射能力跟很多特性參數有關，比如：尺寸、淺槽中的填充物的特性等。所以在有些管子中，技術的抗輻射能力小于，而在另外一些管子中，技術的抗輻射能力達到。 發(fā)展了一個抗輻射的技術，并且成功的使之產品化。這種工藝可以生產出能加固輻射的容量為的，雖然該產品在性能上落后通用工藝

22、線代。 年及其以后 在定律的指引下，這個時候晶體管的溝道長度已經接近，柵氧的厚度已經小于。對于數字電路而言，因為它們使用非常薄的柵氧，所以輻射引起的器件的閾值電壓的漂移非常小，已經不是一個問題了。但是對于混合信號【】和功率集成電路】，因為它們要求比較厚的柵氧，所以總劑量引起的閾值電壓的漂移還是一個需要解決的問題。因為需要工作在高電壓，所以它的電荷泵電路中需要厚的柵氧，導致對總劑量效應是敏感的。 當器件的溝道長度等比例縮，以下，從抗輻射加固的觀點看，器件橫向隔離的場氧化層依舊是重點需要進行加固的部分。以前使用在淺槽隔離的加固技術在目前的工藝特征尺寸下，已經無法工作。因為以前的方法需要對二氧化硅層

23、進行摻雜】，而在目前的器件中以前的方法引入的自動摻雜將影響較薄的場氧，使之不滿足等比例縮小的要求。所以目前，我們需要找到不對淺槽填充物進行摻雜的情況下，加固器件的輻射能力的方法。 論文研究的意義以及內容安排 使用在太空領域（包括飛船、衛(wèi)星以及導彈等）、軍事領域（核爆炸）以及 第一章緒論 高能粒子實驗領域的電子系統(tǒng)都需要有一定的抗輻射能力。目前，電子系統(tǒng)一般都是由集成電路構成的，而技術又在集成電路中占有很大的比重。國外對集成電路的輻射研究，起步較早，由前兩節(jié)可知。不過，目前在這方面也不是非常成熟。由于眾所周知的原因，涉及太空、軍事的電子器件，中國一直受到西方國家的封鎖，無法從國外進口具有抗輻射能

24、力的器件。另外，國內對這方面的研究還處于起步狀態(tài)，特別是對集成電路的抗輻射設計方面的研究幾乎還處于空白狀態(tài)。所以，我們認為選擇“工藝集成電路抗輻射加固設計研究”作為論文課題是具有現實意義，也是很有價值的。 輻射的課題主要可以分為五個方面：）輻射效應；）輻射效應的形成機制；）抗輻射設計技術；）輻射效應的模型分析，即開發(fā)可以仿真輻射效應的仿真軟件；）模擬輻射的實驗方法。 目前，國際上對輻射效應和輻射效應的形成機制的研究已經非常成熟。也已經開發(fā)出可以實用的輻射效應模型分析軟件，但是僅僅只能分析單個晶體管、單個單元。模擬輻射的實驗方法也非常成熟。但是，在抗輻射設計技術這方面，雖然涌現了很多種技術，可是

25、都存在自身的缺點。所以抗輻射設計技術目前還處于一個發(fā)展階段。 國內，也有一些研究所在研究集成電路的輻射情況。目前來說，模擬輻射的實驗方法還是比較成熟。其他四個方面都處于起步階段。 基于我們手上的設備，以及論文研究的時間限制。在本論文中，我們主要研究的是上述五個方面的前三個方面。 第一章主要介紹，集成電路的兩種輻射效應（單粒子效應和總劑量效應）的歷史發(fā)展情況。主要參考了文獻】。 第二章介紹，空間輻射環(huán)境、集成電路的輻射效應以及形成機制。由于這些方面，目前國外研究的已經比較成熟。所以主要是利用國外的研究成果進行系統(tǒng)的闡述】。 第三章從總體上介紹集成電路在設計上可以使用的抗輻射方法。 第四章，我們設

26、計了一個抗輻射單元。里面包括采用幾種抗單粒子加固設計方法的觸發(fā)器、抗總劑量設計的晶體管，以及為了進行輻射測試而專門設計的幾種環(huán)形振蕩器。 第五章提出了一種改進型的抗單粒子效應的觸發(fā)器。第六章是一個總結以及展望。 第二二章集成乜路的再種輻別效衄和相應的產生機制 第二章集成電路的各種輻射效應和相應的 產生機制 空間輻射環(huán)境 集成電路的輻射效應取決于所處的輻射環(huán)境，即輻射的種類、強度、能量、瞬變或持續(xù)時間參數、劑量等。本章主要介紹的是空間輻射環(huán)境，有關核爆炸后的輻射環(huán)境請參見】。之所以選擇空間輻射環(huán)境來介紹是因為，人造地球衛(wèi)星、各種空間站、宇宙飛船和導彈等外層空間的飛行體都會受到空間輻射環(huán)境的影響。

27、 大氣層外的空間存在著相當強的自然輻射環(huán)境，它們主要來自于宇宙射線、太陽輻射、極光輻射和圍繞地球的范?艾倫輻射帶。 宇宙射線 宇宙射線是指來自宇宙空間的極高能量粒子的輻射，它的起源仍不十分清楚，但大部分起源于銀河系或其他星系，也有小部分來自太陽。從外層空間進入地球大氣層的宇宙射線稱為初級宇宙射線，主要成分是高能質子（約）和粒子（離子，約），還有少量的重粒子、電子、光子、和中微子。 質子的能量從，峰值出現在處。一般認為高于的質子主要來源于銀河系，較低能量的主要來源于太陽。能量大于的初級宇宙射線的空間分布是各向同性的，粒子注量率約為，在高度以上注量率隨高度幾乎沒有變化，說明此時全部是初級宇宙射線。

28、以下，當初級宇宙射線進入大氣層后，通過各種作用，將能量分散給許多帶電和中性粒子，即為次級宇宙射線。次級宇宙射線主要是硬性部分（階子和重核子），少量為軟性部分（以正負電子、光子為主）。隨著高度從下降，宇宙射線的強度很快上升，在處為峰值。之后，隨著這些次級宇宙射線被空氣吸收，強度又很快下降。到了海平面，初級宇宙射線約占，次級宇宙射線硬性部分約占，軟性部分約占。 宇宙射線到達地球附近，受到地球磁場的作用向極區(qū)偏轉，能量越低的粒子越是向極區(qū)集中，造成宇宙射線強度隨緯度發(fā)生變化，即所謂緯度效應。該效應造成宇宙射線在赤道，近要比在高緯度區(qū)域約小。此外，由于地球的自傳，還存舀：東西效應，即西方的宇宙射線的強

29、度大于東方的。 第二章集成【！路的各種輻射效應和相應的產生機制 太陽也會噴發(fā)高能帶電粒子，稱為太陽宇宙射線。特別在太陽耀斑大爆發(fā)時十分嚴重，主要成分為質子，也有少量粒子和其他核子。它們的能量略低于銀河宇宙射線。約在左右，但注量率要高的多，約達一?。太陽宇宙射線的能量比銀河宇宙射線的能量低，受地磁場的影響更大，因而強度受緯度的影響也更大。 太陽耀斑的爆發(fā)是有周期的，每年發(fā)生數次，而每隔年大爆發(fā)一次。在寧靜期，太陽宇宙射線是很微弱的。 太陽風 在星際空間還存在太陽風，即由太陽發(fā)出的一股恒定的帶電粒子流（質子和電子）。彗星的氣態(tài)長尾巴點背離太陽方向，就是因為受到太陽風的影響。太陽風在地球平均距離處的

30、風速約為，注量率可達，粒子的能量約為×（質子），（電子）。太陽風的強度隨著太陽的活動強度和與太陽的距離變化而變化。 太陽風會使地球的地磁場發(fā)生扭曲，即向陽面的磁場受到壓縮，而向背陽方向的磁場受到展伸。 極光輻射 當宇宙射線中的帶電粒子被地磁場俘獲投向極區(qū)，它們還可以來回反射幾次，產生極光輻射，這些輻射粒子激發(fā)大氣發(fā)光，稱為極光現象。極光輻射主要出現在南北磁緯。之間。極光爆發(fā)時，其電子注量率達¨，能一般小于，地面照射量率達×（），其質子注量率約為，能量約為，地面照射量率約為×（?）。極光輻射和太陽磁暴有密切關系，因此也是隨時間變化的。 范?艾倫輻射帶 對圍

31、繞地球運行威脅最大的是位于地球赤道上空的范?艾倫輻射帶，它是被地磁場捕獲的帶電粒子輻射區(qū)域。 范?艾倫輻射帶分為兩個同心環(huán)的輻射粒子區(qū)，即內、外范?艾倫輻射帶。內帶主要由的質子組成，位于高度之間并向地球赤道兩側伸展約。的位置，輻射強度隨高度變化，最高達×叫?。外帶主要由的電子組成，位于高度之間，并向地磁赤道兩側伸展大約。的位置，電子注量率也是隨高度變化，最高達一！。 第一二章集成路的再種輻射效應和相心的產生機制 集成電路的各種輻射效應 輻射對集成電路的效應可以分為兩個大類：總劑量效應和單粒子效應。簡單的來說，總劑量效應是集成電路長期處在輻射環(huán)境中，累積的一種效應；而單粒子效應是能量粒

32、子進入集成電路以后即時的一些效應。 單粒子效應 單粒子效應還可以細分為三類： ）單粒子軟錯誤效應。比如：單粒子翻轉效應、單粒子瞬變效應、單粒子多位 翻轉效應。這些效應僅僅改變了內部存儲單位的狀態(tài)，或者短時間內對電路中的某些節(jié)點產生一個干擾信號?？梢酝ㄟ^對電路進行復位，讓芯片正常工作。 ）具有潛在危險性的效應。比如：單粒子閂鎖效應。如果單粒子閂鎖效應發(fā)生 后，不采取措施控制的話，會燒壞芯片。 ）單粒子硬錯誤效應。這些效應會使芯片中的晶體管徹底不能工作。 本論文重點研究的是第一類效應。因為理論和實際使用都說明，這類效應在目前發(fā)生的單粒子效應事件中占有非常大的比重。 單粒子翻轉效應 當數字電路的芯片被放在有輻射的環(huán)境中，周圍的能量粒子會