基于脉冲激光的器件单粒子效应试验方法

【作者】 封国强； 马英起； 上官士鹏； 姜昱光； 韩建伟； 陈睿； 朱翔；

【机构】 中国科学院空间科学与应用研究中心；

【摘要】 近年来,脉冲激光模拟单粒子效应试验方法,由于具有低成本、操作便捷、微束定位和试验高效等优势,正被广泛应用于宇航用器件的筛选测试及器件抗单粒子效应设计效果的验证试验中。本文利用自主搭建的纳秒和皮秒脉冲激光单粒子效应试验系统,试验研究了运算放大器、光电耦合器和DC‐DC电源模块的单粒子瞬态脉冲(Single Event Transient,SET)效应,获取了SET脉冲的波形特征,其脉冲波形极性包括正脉冲、负脉冲和双极性脉冲,脉冲宽度通常在微秒量级,在空间应用中可能会对后续电路产生的较大的扰动危害,特别是电源模块输出的瞬时扰动脉冲,可能直接导致后续供电的器件直接烧毁,给空间电子系统带来无法恢复的损伤。试验成功甄别出运算放大器SF3503的SET效应敏感区域,结合器件的电路原理图与版图信息,定位出器件的敏感晶体管为Q1、Q3、Q4、Q10和Q16,为后续的加固设计提供了重要的试验数据。首先在国内成功开发出器件背部激光辐照试验技术,揭示出深亚微米CMOS体硅器件特有的微闩锁(Micro Single Event Latchup,Micro SEL)效应,获取了微闩锁效应的电流特征,验证了微闩锁效应特有的连续闩锁、电流逐步增加的特性,其中0.13μm CMOS SRAM IDT71V416S试验测试存在29处闩锁敏感区域,共有4种不同的闩锁电流,在脉冲激光的触发下可连续闩锁29次,最终电流稳定在1175mA,此后无论如何增加激光能量触发器件的任意位置,均无法再次诱发闩锁效应。针对SRAM、FPGA等器件,试验测试获得了单粒子翻转的阈值激光能量和翻转错误数,为后续加固设计提供了快速摸底试验。基于器件背部激光辐照试验技术,准确甄别出90nm?SOI工艺PowerPC微处理器单粒子翻转效应的寄存器敏感区域,并验证了单粒子翻转和功能中断的系统级加固方法的有效性,为小尺寸器件单粒子效应的测试及加固措施验证研究奠定了基础。更多还原