爆发型太阳活动主要包括日冕物质抛射(CME)和耀斑爆发,有时也称为太阳粒子事件(SPE)、太阳质子事件、相对论质子事件等。爆发型太阳活动期间,大量的带电粒子流、高能射线进入太空,高能粒子流的速度高达2000km/s以上,在爆发型太阳最剧烈的5分钟里,IAU处的粒子主要由高能粒子组成,其通亮比太阳低年宁静期高出几个数量级。

　　太阳辐射是空间辐射环境中最活跃和最主要的因素,经长期观测,依据粒子能量和通量的不同,将太阳活动分为缓变型太阳活动和爆发型太阳活动,它们的辐射影响不尽相同。

　　缓变型太阳活动期间,日冕持续不断地向外膨胀,发射出速度为300—900km/s的太阳风,其主要成分为电子和质子,占95%以上,氦离子约占4.8%,其它离子含量甚少”o。太阳风中低能粒子通

　　栅氧捕获常温即可退火,在高温(如100摄氏度)时能加速退火,是可恢复性损伤;界面捕获累积速度慢,电荷捕获非常稳定,在常温和栅氧捕获能退火普通高温条件下不会退火,在某些偏置条件下甚至会加剧界面捕获的影响,从而加剧总剂量损伤”1,是难恢复或不可恢复损伤。

　　SEE损伤的因果链为:高能粒子引起的等离子体径迹j电荷在径迹内的流动j寄生器件或薄弱环节被激活。导致各类损伤。具体损伤机理如下:2.2.1单粒子闩锁SEL、SES

　　辐射是造成航天器电子设备异常或故障的重要原因,国内外对航天故障的统计显示:40%左右的故障源自太空辐射“o。因此抗辐射技术是保障航天电子设备高可靠长寿命运行的关键技术,是航天电子领域的研究重点和热点。抗辐射技术是交叉学科,涵盖空间辐射物理学、微电子学、半导体学、电路分析设计、辐射试验等多项技术领域。

　　阱的n接触垫可以构成水平的寄生NPN晶体管k.b,N阱上PMOS的P、N阱的n一、以及P衬底

　　的P接触垫可以构成垂直的寄生PNP晶体管‰;图5(b)为寄生PNPN的等效电路,其中冠。和R。分别为阱接触和衬底接触的寄生电阻。

　　正常情况下,y。。和y。。集电结零偏、发射结正偏,处于截止状态,此时VCC和GND之间具有很高的阻抗。当高能粒子射入阱和衬底之问时,阱和衬底之间就会出现短时间的导通,由于电势差的存在,就会在阱和衬底之间就有电流流过,从而在寄生的尺。和R。b上形成电压降,造成y。。的发射结正偏,当正偏电压足够大时,就会使得y。导通,“。的导通叉会导致k。的导通,从而使得PNPN进入正反馈,此时VCC和GND呈现低阻态,如没有限流措施,低阻态产生的大电流可将器件内金属线熔断,造成永久性损伤。

　　得以维持。pg电子直营站官网在实际的CMOS芯片上,有许多可能参与闩锁的寄生电阻和寄生双极性晶体管,会形成比图5更复杂的寄生电路,随寄生电路参数组合不同,闩锁电流大小差别很大。

　　关闭状态的NMOS管会发生SES(Single event snapback)损伤,其等效电路为单个NMOS管的11源和n漏与下部的直接基材(衬底或阱)形成水平寄生NPN的双极性晶体管(因此Snapback也称为单晶体管闩锁(single transistor latchup))、以及基极上的寄生电阻u,,当重离子打人源时,由于源对衬底有电压存在,寄生电阻上会有电流和电压降,从而满足激活寄生BJT发射结正偏、集电结反偏的放大条件;同时,源对衬底的电压会在寄生电阻上提供维持寄生BJT导通的电流,维持寄生BJT的导通状态。长时间较强的BJT导通电流会导致NMOS管的热损伤,造成永久伤害。

　　没有外加电场时,复合的趋势较强;有外加电场时,电子和空穴沿电场方向相向运动,由于电子的迁移率非常高,能很快离开氧化物,从而使得空穴得以在氧化物内累积,形成栅氧空穴捕获。电场强度越大,电子迁移率越高、栅氧捕获越强,这是加电元器件的TID损伤比不加电元器件受损严重的原因。

　　在电场作用下,还会在Si.Si02界面形成界面捕获。对于NMOS,当K0时,界面捕获为负性电荷累积;对于PMOS,当K0时,界面捕获为正性电荷累积。

　　栅氧和界面捕获在器件功能区寄生了额外的电场,导致阈值电压k和传输延时乇漂移、静态电流L增加、晶体管放大系数衰减等一系列损伤。当损伤超过一定限度时,会造成器件失效“1。

　　在辐射前期,栅氧捕获是主要影响因素,随着时间推移,界面捕获将占主导地位,因此,PMOS的k 为单调漂移,而NMOS的k开始为负漂移、然后为正偏移.表现出“反弹现象”。

　　寄生PNPN结构是CMOS电路特有损伤模式,文献[7]给出了CMOS闩锁发生的三个条件:①PNPN结构的回路增益口必须大于1;②必须存在合适激励,满足激活寄生晶体管需要有恰当偏置和足够启动电流的条件,使得闩锁正反馈得以开始;

　　摘要:辐射是影响航天电于设备高可靠长寿命运行的重要因素,是当前航天电子技术的研究重点。首先介绍了造成各种辐射效应的空间辐射环境,以及总剂量、单粒子、位移损伤和航天器带电等辐射效应的内在物理原理;然后,综述丁当前最新的抗辐射措施、辐射试验方法t抗辐射加固保障等技术,最后指出抗辐射研究的方向。

　　当位翻转发生在器件的控制或配置单元时(如网络协议芯片的工作模式选择寄存器、CPU的寻址

　　寄存器、FPGA的配置单元),配置单元的翻转会导致器件功能错误,即发生了SEFI”j。

　　当重离子轰击在模拟器件的敏感器,会导致模拟信号的瞬态扰动,超过一定程度的瞬态扰动会导致电路误动作,即发生单粒子瞬态扰动(SET)…1,显见SET和SEU的内在物理机制相同。

　　沿着辐射损伤的因果链条,本文综述了空间辐射环境的组成,总剂量、单粒子、位移损伤和带电等辐射损伤的内在物理机制,进而总结了各种抗辐射措施,概述了地面辐射模拟试验、加固保障等技术,最后指出了抗辐射研究的方向。

　　关闭状态的nmos管会发生sessingleeventsnapback损伤其等效电路为单个nmos管的11源和n漏与下部的直接基材衬底或阱形成水平寄生npn的双极性晶体管因此snapback也称为单晶体管闩锁singletransistorlatchup以及基极上的寄生电阻u当重离子打人源时由于源对衬底有电压存在寄生电阻上会有电流和电压降从而满足激活寄生bjt发射结正偏集电结反偏的放大条件

　　由于地球磁场强度不均匀,在南大西洋地区形成一个负异常区,在该区200kin左右的高度即有高能质子存在。此外,在两极地区由于磁力线的聚积作用,导致极区高能粒子的通量增大”1。

　　当高能粒子射入MOS或双极性器件时,与氧化物(Si02)发生作用,使之电离,产生大量电子空穴对,这些电子空穴对具有复台和漂移两种运动趋势。

　　空间天然辐射环境由多种粒子组成,其能量和通量连续,其中既有相对稳定的因素,如太阳风、捕获带和GCR,又有太阳耀斑和CME等爆发因素。Wilson等人粗略地给出了空间环境的组成离子和能谱,如图4所示“1。

　　根据造成损伤的粒子多少可将辐射效应分为:单个粒子造成单粒子事件(SEE),累积效应,如电离总剂量(liD)、位移损伤(DD)和航天器内外带电。它们具体损伤机理如下:

　　太阳活动周期为11年,CME和耀斑等爆发型太阳活动在太阳活动低年发生概率较小,在活动峰年发生概率极大。与相对恒定的缓变型活动相比,爆发型活动属于小概率事件、持续时间极短、总能量小,但功率极高,其高能粒子通量比缓变型活动剧增了数个数量级,对航天电子设备和宇航员具有极大的破坏性,因此一直是太空辐射领域的研究重点。pg电子直营站官网

　　在没有爆发型太阳活动时,捕获带内高能粒子的组成和分布相对稳定。当爆发型太阳活动发生,或行星际磁场对地球磁场产生扰动时,捕获带内高能粒子的能谱和通量将会激增、且捕获带更靠近地球,从而导致地球卫星、甚至足地面电气设施的故障。

　　当本源高能粒子穿过航天器材料时,会发生核反应,激发出次级粒子和射线(包括穿透力强的韧致辐射和中子)。

　　SEU机理如下:当等离子体径迹附近存在电势差时,会引起电荷的转移“3,当电荷转移足够大时,将引起相关单元逻辑状态改变,即逻辑翻转。字节中单个位翻转称为SEU,当一个字节发生多位翻转时,称为多位翻转MBU。以图6中SRAM单元为例,当重离子轰击左下侧的NMOS管、并致其导通时,会导致A点因接地而从1变0,进而会导致B点从0变1。除SRAM外,触发器、锁存器等时序逻辑器件也会发生SEU故障。事实上,由于器件结构非常复杂,实际的SEU的故障机理比图6更为复杂。

　　在上述两类太阳活动中,伴随着离子发射,还有行星际磁场发射,爆发型太阳活动发射的行星际磁场强度极高,到达地球时和地磁场相互作用,会对低轨卫星、甚至地球环境造成极大影响。

　　GCR源自太阳系外,其特点是离子密度极小、能量极高、各向同性。GCR的成分为83%的质子、13%的氨离子、3%的电子和1%的其它高能离子, GCR的总能量和通量极低。在太阳活动低年,GCR 通量略有提高,反之略有下降。

　　发生SEL的外因是:当单个高能粒子射人si和Si02等区域时,高能粒子径迹附近会发生强烈的瞬态电离,形成瞬态等离子体,可以形象地将径迹称为“瞬态等离子体针”,在“等离子体针”消失前,如果“等离子体针”范围内有电势差存在,就会有电流流过…。

　　发生SEL的内因是:CMOS电路中寄生着双极性晶体管构成的PNPN器件”1,以图5(a)中的非门