本發(fā)明屬于地面試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種抗輻照集成電路單粒子效應(yīng)截面預(yù)估方法，可用于對(duì)航天微電子器件抗輻照性能預(yù)估。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)空間應(yīng)用技術(shù)以及集成電路抗輻照加固技術(shù)的迅猛發(fā)展，越來越多的抗輻照集成電路被廣泛應(yīng)用于我國(guó)自主研發(fā)的航天器中，當(dāng)航天器空間在軌運(yùn)行時(shí)，會(huì)受到來自宇宙空間多種粒子射線的襲擊致使集成電路發(fā)生單粒子效應(yīng)簡(jiǎn)稱see，常見的單粒子效應(yīng)有：?jiǎn)瘟Ｗ臃D(zhuǎn)、單粒子失鎖、單粒子功能中斷、單粒子燒毀等。地面重離子加速模擬輻照試驗(yàn)已經(jīng)成為集成電路抗單粒子效應(yīng)能力的一種評(píng)估手段，但由于我國(guó)加速器資源有限以及我國(guó)航天工程型號(hào)任務(wù)的迫切需求，能否從有限的地面重離子加速模擬單粒子效應(yīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)中找到一定的規(guī)律，來預(yù)估在相同試驗(yàn)條件時(shí)下一次單粒子效應(yīng)發(fā)生的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，是地面重離子加速模擬單粒子效應(yīng)試驗(yàn)評(píng)估領(lǐng)域值得思考的問題之一。另外，從單粒子效應(yīng)機(jī)理出發(fā)，單粒子效應(yīng)屬于概率事件，離子相當(dāng)于觸發(fā)事件，利用概率論統(tǒng)計(jì)與分析理論初步判定，二者存在一定的數(shù)理邏輯關(guān)系。

傳統(tǒng)的地面重離子加速模擬單粒子效應(yīng)試驗(yàn)時(shí)，沒有考慮離子注量與其所引起的單粒子效應(yīng)次數(shù)之間的邏輯關(guān)系，特別是在離子種類相同、離子能量/let值相同、離子注量率相同、電路內(nèi)部的see敏感性區(qū)域分布均勻的條件下二者之間在工程上的邏輯關(guān)系。工程試驗(yàn)時(shí)，離子總注量一般要輻照到10⁷/cm²，單只電路的輻照時(shí)間一般在20分鐘甚至1～2小時(shí)，這對(duì)我國(guó)正處研發(fā)高峰期的大量抗輻照集成電路來說，無論從摸底試驗(yàn)還是從鑒定試驗(yàn)角度，都是一個(gè)極大的資源短缺，嚴(yán)重影響我國(guó)各航天工程型號(hào)任務(wù)的整體進(jìn)度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種抗輻照集成電路單粒子效應(yīng)截面預(yù)估方法，以實(shí)現(xiàn)對(duì)相同地面重離子加速輻照實(shí)驗(yàn)條件時(shí)電路的單粒子效應(yīng)截面進(jìn)行預(yù)估，滿足我國(guó)航天型號(hào)任務(wù)對(duì)大量抗輻照集成電路地面實(shí)驗(yàn)評(píng)估的需求。

本發(fā)明的技術(shù)思路是從大量的工程試驗(yàn)數(shù)據(jù)出發(fā)，分析在相同地面重離子加速輻照實(shí)驗(yàn)條件下，即離子種類相同、離子能量/let值相同、離子注量率相同、電路的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)系統(tǒng)也相同離子總注量與其所引起的單粒子效應(yīng)次數(shù)之間的邏輯相關(guān)性，結(jié)合單粒子效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)理和概率論統(tǒng)計(jì)理論，建立下一次單粒子效應(yīng)出現(xiàn)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)預(yù)估模型，并由此構(gòu)造抗輻照集成電路單粒子效應(yīng)截面預(yù)估模型，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的單粒子效應(yīng)截面進(jìn)行預(yù)估，其技術(shù)方案包括以下內(nèi)容：

設(shè)置相同地面重離子加速輻照實(shí)驗(yàn)條件，即假設(shè)離子種類相同、離子能量/let值相同、離子注量率相同、電路內(nèi)部的see敏感性區(qū)域分布均勻，，電路的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)系統(tǒng)也相同；

構(gòu)造相同地面重離子加速輻照實(shí)驗(yàn)條件下，發(fā)生第i次單粒子效應(yīng)的時(shí)間間隔δti的統(tǒng)計(jì)模型：

其中，tsys表示系統(tǒng)參考周期；ni表示第i-1次單粒子效應(yīng)與第i次單粒子效應(yīng)之間的系統(tǒng)周期個(gè)數(shù)，i＝1,2,3,...k，k取自然整數(shù)；δti為第i次出現(xiàn)單粒子效應(yīng)相對(duì)于第i-1次單粒子效應(yīng)出現(xiàn)的時(shí)間間隔；

根據(jù)預(yù)估模型(1)構(gòu)造含有δti的第i+1次單粒子效應(yīng)發(fā)生的時(shí)間節(jié)點(diǎn)δti+1預(yù)估模型：

其中，δti+1表示第i+1次發(fā)生單粒子效應(yīng)相對(duì)于第i次單粒子效應(yīng)的時(shí)間間隔。

根據(jù)預(yù)估模型(2)計(jì)算出含有δti+1和單粒子效應(yīng)次數(shù)i的抗輻照集成電路單粒子效應(yīng)截面δ：

其中，n為單粒子效應(yīng)截面預(yù)估值δ所對(duì)應(yīng)的離子總數(shù)，vions為離子注量率，即被輻照電路單位時(shí)間、單位面積上的離子注量；n和vions的值由實(shí)驗(yàn)源單位提供。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果在于：

1.現(xiàn)有的單粒子效應(yīng)截面評(píng)估方法沒有考慮離子總注量與其所引起的單粒子效應(yīng)次數(shù)之間的邏輯相關(guān)性，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)相同試驗(yàn)條件時(shí)下一次單粒子效應(yīng)發(fā)生的時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行預(yù)估。本發(fā)明將離子總注量與其所引起的單粒子效應(yīng)次數(shù)之間建立了邏輯聯(lián)系，并結(jié)合單粒子效應(yīng)誘發(fā)機(jī)理，建立了下次單粒子效應(yīng)發(fā)生的時(shí)間節(jié)點(diǎn)的預(yù)估模型，從而更加科學(xué)、合理的對(duì)相同試驗(yàn)條件時(shí)下一次單粒子效應(yīng)發(fā)生的時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行預(yù)估。

2.現(xiàn)有的單粒子效應(yīng)截面評(píng)估方法沒有給出在相同試驗(yàn)條件下單粒子效應(yīng)截面與單粒子效應(yīng)發(fā)生的時(shí)間節(jié)點(diǎn)和注量率之間的邏輯關(guān)系，無法根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件估算出電路的單粒子效應(yīng)截面。本發(fā)明將粒子效應(yīng)截面與單粒子效應(yīng)發(fā)生的時(shí)間節(jié)點(diǎn)和注量率之間建立了邏輯關(guān)系，解決了在相同試驗(yàn)條件下單粒子效應(yīng)截面預(yù)估問題。

同時(shí)，本發(fā)明也可以進(jìn)一步驗(yàn)證地面重離子加速模擬輻照試驗(yàn)時(shí)注量達(dá)到10⁷/cm²的實(shí)際物理意義，有助于確立在新的抗輻照集成電路工藝以及新的空間軌道時(shí)地面重離子加速模擬輻照試驗(yàn)離子總注量所需達(dá)到的具體值，為抗輻照指標(biāo)的制定奠定理論基礎(chǔ)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中的實(shí)現(xiàn)總流程圖；

圖2是本發(fā)明中單粒子效應(yīng)發(fā)生的時(shí)間間隔δti的統(tǒng)計(jì)流程；

圖3是本發(fā)明中對(duì)國(guó)產(chǎn)抗輻照16mbitssram存儲(chǔ)器下一次單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的預(yù)估計(jì)；

圖4是本發(fā)明中對(duì)國(guó)產(chǎn)抗輻照總線控制器電路全功能模式下的下一次單粒子功能中斷時(shí)間節(jié)點(diǎn)的預(yù)估計(jì)。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案和效果做進(jìn)一步詳細(xì)描述。

參照如圖1，本實(shí)例對(duì)抗輻照集成電路單粒子效應(yīng)預(yù)估的實(shí)施步驟如下：

步驟1，設(shè)置相同的地面重離子加速輻照實(shí)驗(yàn)條件。

所謂相同的地面重離子加速輻照實(shí)驗(yàn)條件包括：離子種類相同，離子能量/let值相同，離子注量率相同、電路內(nèi)部的see敏感性區(qū)域分布均勻，電路的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)系統(tǒng)也相同。

步驟2，計(jì)算相同地面重離子加速輻照實(shí)驗(yàn)條件下，發(fā)生第i次單粒子效應(yīng)的時(shí)間間隔δti。

參照?qǐng)D2，本步驟的具體實(shí)現(xiàn)如下：

2a)判斷系統(tǒng)是否復(fù)位：若系統(tǒng)已復(fù)位，將see間隔計(jì)時(shí)器、see計(jì)數(shù)器清零；若未復(fù)位，則執(zhí)行步驟2b)；

2b)判斷是否發(fā)生單粒子效應(yīng)see；如果發(fā)生，則統(tǒng)計(jì)see的個(gè)數(shù)ni，并將see間隔計(jì)時(shí)器的值δti放置在緩存ram中，同時(shí)完成see間隔計(jì)時(shí)器清零；否則，執(zhí)行步驟2c)；

2c)開啟單粒子效應(yīng)see間隔計(jì)時(shí)器，按照系統(tǒng)精確時(shí)鐘tsys開始計(jì)時(shí)；

2d)重復(fù)步驟2a)～2c)，直到系統(tǒng)停止；

2e)根據(jù)步驟2b)和步驟2c)計(jì)算發(fā)生第i次單粒子效應(yīng)的時(shí)間間隔δti：

其中，tsys表示系統(tǒng)參考周期；ni表示第i-1次單粒子效應(yīng)與第i次單粒子效應(yīng)之間的系統(tǒng)周期個(gè)數(shù)，i＝1,2,3,...k，k取自然整數(shù)；δti為第i次出現(xiàn)單粒子效應(yīng)相對(duì)于第i-1次單粒子效應(yīng)出現(xiàn)的時(shí)間間隔。

步驟3，根據(jù)預(yù)估模型<1>構(gòu)造含有δti的第i+1次單粒子效應(yīng)發(fā)生的時(shí)間節(jié)點(diǎn)δti+1預(yù)估模型：

將步驟2中δti的值代入到預(yù)估模型<2>，即可計(jì)算出下一個(gè)單粒子效應(yīng)發(fā)生的時(shí)間點(diǎn)。理論上來說，i越大，δtk+1就越準(zhǔn)確，其中，δti+1表示第i+1次發(fā)生單粒子效應(yīng)相對(duì)于第i次單粒子效應(yīng)的時(shí)間間隔。

步驟4，根據(jù)預(yù)估模型<2>，計(jì)算出含有δti+1和單粒子效應(yīng)次數(shù)i的抗輻照集成電路單粒子效應(yīng)截面δ：

其中，n為單粒子效應(yīng)截面預(yù)估值δ所對(duì)應(yīng)的離子總數(shù)，vions為離子注量率，即被輻照電路單位時(shí)間、單位面積上的離子注量；n和vions的值由實(shí)驗(yàn)源單位提供。

本發(fā)明的效果可以通過以下工程試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證說明：

試驗(yàn)1：以國(guó)產(chǎn)抗輻照16mbitssram存儲(chǔ)器為例，按照?qǐng)D2所示的步驟進(jìn)行測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā)，試驗(yàn)過程中選擇了ge粒子、注量率為13000/s·cm²、五個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的單粒子翻轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，代入預(yù)估模型對(duì)下一個(gè)單粒子翻轉(zhuǎn)發(fā)生的時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行預(yù)估，結(jié)果如圖3所示。

圖3結(jié)果表明：下一個(gè)單粒子翻轉(zhuǎn)發(fā)生的時(shí)間節(jié)點(diǎn)在193s左右，而預(yù)估出現(xiàn)紅色虛線的時(shí)間為195s附近，模型預(yù)估值與實(shí)際值之間符合程度較高。

利用本發(fā)明中所預(yù)估的下一個(gè)單粒子翻轉(zhuǎn)發(fā)生的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，對(duì)國(guó)產(chǎn)抗輻照16mbitssram存儲(chǔ)器電路的單粒子翻轉(zhuǎn)截面進(jìn)一步預(yù)估為：

試驗(yàn)2：以國(guó)產(chǎn)抗輻照總線控制器電路為例，按照?qǐng)D2所示的步驟進(jìn)行測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā)，在試驗(yàn)過程中選擇了ge粒子、注量率為13000/s·cm²、五個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的全功能模式下的單粒子功能錯(cuò)誤數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，代入預(yù)估模型對(duì)下一個(gè)單粒子功能錯(cuò)誤數(shù)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行預(yù)估，結(jié)果如圖4所示。

圖4結(jié)果表明：下一個(gè)單粒子功能錯(cuò)誤發(fā)生的時(shí)間節(jié)點(diǎn)在303s左右，而預(yù)估出現(xiàn)紅色虛線的時(shí)間為300s附近，模型預(yù)估值與實(shí)際值之間符合程度較高。

利用本發(fā)明中所預(yù)估的下一個(gè)單粒子功能錯(cuò)誤發(fā)生的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，對(duì)對(duì)國(guó)產(chǎn)抗輻照總線控制器電路全功能模式下的單粒子功能錯(cuò)誤截面進(jìn)一步預(yù)估為：

以上描述僅是本發(fā)明的兩個(gè)具體實(shí)例，不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制。顯然對(duì)于本領(lǐng)域的專業(yè)人員來說，在了解本發(fā)明內(nèi)容和原理后，都可能在不背離本發(fā)明的原理、結(jié)構(gòu)的情況下，進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種修正和改變，但是這些基于發(fā)明思想的修正和改變?nèi)栽诒景l(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。