輻射效應(yīng)快速概述 – 單事件效應(yīng)

在這篇博客中，我們將更多地研究通常更臨時的單偶效應(yīng)（SEE）。雖然其中一些單一事件效果可能會造成永久性傷害，但本博客系列的重點將更多地放在非永久性單一事件效果上。這些影響通常會持續(xù)很短的時間，之后設(shè)備可以恢復(fù)正常運行。我們將討論一些可能僅出于完整性而產(chǎn)生永久影響的 SEE。

回想一下，當(dāng)設(shè)備被放置在惡劣的太空環(huán)境中時，它可能會看到可能導(dǎo)致不同類型的不良行為的輻射。在將設(shè)備放入空間應(yīng)用之前，需要了解這些影響。因此，測試在德克薩斯A&M大學(xué)的回旋加速器等輻射設(shè)施中進(jìn)行。加州大學(xué)伯克利分校也有一個設(shè)施。加州大學(xué)伯克利分校和德克薩斯A&M大學(xué)的這些設(shè)施通常用于觀察單個事件的影響。

現(xiàn)在讓我們來看看各種單個事件效果。當(dāng)測試這些類型的干擾時，設(shè)備暴露在以MeV-cm表示的LET（線性能量轉(zhuǎn)移）表示的某些水平的輻射下2/毫克。通常，應(yīng)用的LET范圍從幾MeV-cm2/毫克高達(dá) 80 MeV-厘米2/毫克，有時更高。SEE的開始是通過從較低的LET值開始并在監(jiān)測SEE的同時增加水平來發(fā)現(xiàn)的。LET增加以達(dá)到SEE的飽和點。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，可以生成威布爾擬合曲線，以查看設(shè)備的SEE行為的可視化圖。此圖顯示了器件開始顯示 SEE 的位置、SEE 如何隨著 LET 的增加而增加，以及 SEE 數(shù)量不隨 LET 的增加而增加的飽和點。就像累積效應(yīng)測試一樣，設(shè)備將偏向于正常工作模式，以模擬設(shè)備在太空應(yīng)用中看到的相同條件。在此測試中觀察到的單事件效應(yīng)包括單事件閂鎖 （SEL）、單事件翻轉(zhuǎn) （SEU）、單事件故障中斷 （SEFI）、單事件瞬態(tài) （SET）、單事件燒毀 （SEB） 和單事件門破裂 （SEGR）。

輻射暴露引起的單事件效應(yīng)

單事件閂鎖 （SEL） 幾乎與聽起來一樣，該器件表現(xiàn)出閂鎖條件，其中電源電流異常高。通常，這種情況的發(fā)生與設(shè)備通常僅在這種情況下閂鎖時發(fā)生的情況非常相似，在這種情況下，來自輻射的離子是導(dǎo)致閂鎖的原因。SEL 的一個這樣的例子是當(dāng)離子撞擊感應(yīng)寄生 BJT（雙極結(jié)型晶體管）時，導(dǎo)致高電流從電源流向地。這種類型的 SEE 可能會導(dǎo)致設(shè)備永久損壞，但可以采取措施防止 SEL 造成永久性損壞。如果 SEL 沒有發(fā)生永久性損壞，則設(shè)備的電源循環(huán)可以將設(shè)備恢復(fù)到正常運行。

單事件翻轉(zhuǎn)（SEU）是在輻射暴露期間發(fā)生的軟錯誤，其中設(shè)備可以快速恢復(fù)。這可能是配置寄存器中的位不安或多位不安。這是非永久性的，持續(xù)時間很短。這些不安不需要設(shè)備重置即可恢復(fù)正常運行。

單事件故障中斷 （SEFI） 也是一個軟錯誤，但在這種情況下，設(shè)備可以重置清除設(shè)備設(shè)置、以某種可檢測的方式發(fā)生故障或完全鎖定。在SEFI的情況下，設(shè)備可能需要復(fù)位才能恢復(fù)正常運行，但不需要電源循環(huán)。

單事件瞬變（SET）是由離子沖擊引起的電路中節(jié)點上的短暫電壓尖峰。在這種情況下，它可能是諸如輸出電壓瞬時增加的驅(qū)動器或放大器的輸出。此類事件本質(zhì)上是暫時的，設(shè)備在短時間內(nèi)恢復(fù)正常運行，無需設(shè)備重置或電源重啟。瞬態(tài)可以穿過器件，并影響信號鏈中的下一個器件。

單事件燒毀（SEB）是指離子撞擊導(dǎo)致在集成電路的一小部分區(qū)域產(chǎn)生高電流。高電流會導(dǎo)致設(shè)備損壞，并可能導(dǎo)致災(zāi)難性故障。通常，這些類型的SEE與功率器件一起出現(xiàn)。

單事件柵極破裂 （SEGR） 是指離子撞擊導(dǎo)致 MOSFET 柵極氧化物退化，導(dǎo)致電流流過晶體管的柵極。該事件可能導(dǎo)致氧化物擊穿，從而導(dǎo)致漏電流增加。如果足夠嚴(yán)重，MOSFET 可能會損壞到足以使器件不再正常工作并造成災(zāi)難性損壞。這些事件通常發(fā)生在功率 MOSFET 器件中。

這絕不是對集成電路中輻射暴露產(chǎn)生的各種SEE細(xì)節(jié)的廣泛研究。有許多期刊論文和技術(shù)文章提供了有關(guān)這些SEE的更多詳細(xì)信息。出于本博客的目的，討論保持在較高水平，以簡單地概述觀察到的 SEE。在接下來的博客中，我們將主要關(guān)注 SEL、SEU、SEFI 和 SET，因為它們適用于 ADC 的操作。

隨著我們繼續(xù)討論，我們將研究這些特定的SEE如何應(yīng)用于ADC以及如何觀察它們。鑒于我在ADC方面的背景，將這兩個領(lǐng)域放在一起是一個很好的邏輯聯(lián)系。我認(rèn)為一些真實的例子也將有助于說明集成電路發(fā)生的輻射效應(yīng)。

審核編輯：郭婷