一种利用重离子开展辐射效应协同作用的测试方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种利用重离子开展辐射效应协同作用的测试方法及系统，其中，该方法包括首先采用重离子对器件进行单粒子翻转敏感性测试，设置若干个依次递增的总剂量值，利用同一种重离子对器件进行各总剂量值的辐照，每一个总剂量值辐照完成之后，都要进行单粒子翻转截面测试，总剂量辐照过程中实时监测器件的功耗变化。当完成所有总剂量辐照和单粒子翻转截面测试之后，辐照试验结束，获得器件不同总剂量辐照后的单粒子翻转截面实验数据，对比重离子总剂量辐照引起器件单粒子翻转截面的变化。通过该方法获得的辐照试验数据将对空间辐射效应的认识更加深入和全面，为器件的抗辐射加固分析和设计提出科学的建议。

【技术实现步骤摘要】
一种利用重离子开展辐射效应协同作用的测试方法及系统
本专利技术属于空间辐射效应领域，尤其涉及一种利用重离子开展辐射效应协同作用的测试方法及系统。
技术介绍
航天器运行在一个十分恶劣的空间辐射环境中，地球辐射带、太阳宇宙线和银河宇宙线中的质子、电子、α粒子以及重离子入射到航天器内部，与航天器电子元器件发生电离作用，造成电子元器件出现异常甚至损坏，影响航天器的正常工作。半导体器件空间电离辐射效应主要表现为单粒子效应和总剂量效应。单粒子效应是单个高能重离子由于其本身较强的电离能力，入射到器件的敏感节点，通过电离作用产生电子-空穴对，电荷通过扩散和漂移被器件的敏感节点所收集，产生瞬态脉冲，影响器件的正常工作；总剂量效应主要是大量带电粒子或γ射线入射到半导体器件氧化物中，通过电离作用产生氧化物捕获电荷和界面态陷阱电荷，随着累积辐照剂量的增加，积累电荷的增加将导致半导体器件性能发生变化，如电参数漂移、漏电流增大、1/f噪声变化等，严重影响器件的正常运用，甚至导致器件的失效。对于新型航天器，长寿命是未来航天和深空探测的发展趋势，GEO航天器寿命将长达15年，MEO航天器寿命将长达10年，长寿命航天器在轨期间，各种电子元器件在轨时间延长，特别是在太阳活动峰年，这些电子元器件受到的累积辐照剂量显著增加，空间环境是一个综合的辐射环境，航天元器件同时受到各种粒子的辐照，总剂量效应和单粒子效应共同存在，存在协同作用。但当前地面对宇航电子元器件进行抗辐照评估时，为了评估单一效应对器件的影响，假设电子元器件的辐射效应是独立的，并没有考虑这两种效应的协同影响，当器件在轨时间较短时，这种假设是成立的。然而随着航天元器件运用环境和模式的变化，这种协同作用的影响就日益凸显，需要考虑空间电离辐射的协同作用，有必要给出空间电离辐射效应协同作用的测试方法。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种利用重离子开展辐射效应协同作用的测试方法及系统，可以更加逼真地模拟元器件在空间中受到的各种辐射威胁，从而更全面地了解元器件的抗辐射特性，预防元器件的失效，保证航天器安全可靠运行。本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：根据本专利技术的一个方面，提供了一种利用重离子开展辐射效应协同作用的测试方法，所述方法包括以下步骤：步骤一：选定被辐照器件，预知被辐照器件抗辐照特性参数，搭设单离子效应测试系统，选择合适的重离子种类，调试重离子辐照参数；步骤二：利用单离子效应测试系统对被辐照器件加电和写入数据，采用预设的重离子注量率对被辐照器件进行单粒子翻转截面测试，当被辐照器件发生单粒子翻转事件数超过预设的翻转事件数时，停止辐照，计算单粒子翻转截面；步骤三：设置若干个依次递增的总剂量值；步骤四：利用同种重离子对器件进行各总剂量值的辐照，每一个总剂量值辐照完成之后，都要进行步骤二中的单粒子翻转截面测试，其中，在每一个总剂量值的辐照过程中，被辐照器件处于加电状态，通过单离子效应测试系统同步监测并记录被辐照器件的电流变化；步骤五：当完成所有总剂量值辐照和单粒子翻转截面测试时，辐照试验结束，绘制出单粒子翻转截面和器件工作电流随各总剂量值的变化曲线，获得器件单粒子翻转截面随各总剂量值的变化规律。上述利用重离子开展辐射效应协同作用的测试方法中，在所述步骤一中，所述抗辐照特性参数包括静态工作电流、单粒子翻转LET阈值、单粒子翻转饱和截面以及抗辐射总剂量值。上述利用重离子开展辐射效应协同作用的测试方法中，在所述步骤一中，选择合适的重离子种类包括：所选重离子能够入射到器件内部，射程不小于30μm，且能够使被辐照器件发生单粒子翻转，即重离子的LET值大于被辐照器件的单粒子翻转LET阈值。上述利用重离子开展辐射效应协同作用的测试方法中，在所述步骤二中，预设的重离子注量率为当重离子入射被辐照器件，通过单离子效应测试系统观察到被辐照器件平均每分钟发生10个单粒子翻转事件时对应的重离子注量率。上述利用重离子开展辐射效应协同作用的测试方法中，在所述步骤二中，单粒子翻转截面的计算公式如下：其中，NSEU表示单粒子翻转事件数，F为单位面积的离子注量，Nb为被辐照器件的容量。上述利用重离子开展辐射效应协同作用的测试方法中，每次测试预设的翻转事件数不少于300个。上述利用重离子开展辐射效应协同作用的测试方法中，在步骤一中，所述被辐照器件为静态随机存储器。上述利用重离子开展辐射效应协同作用的测试方法中，所述静态随机存储器特征尺寸为0.5μm，工作电流50mA,单粒子翻转饱和截面为5.7×10-8cm2/bit，LET阈值为6MeV˙cm2/mg,抗辐照总剂量100krad。上述利用重离子开展辐射效应协同作用的测试方法中，在步骤三中，设置的辐照总剂量值不少于5个。上述利用重离子开展辐射效应协同作用的测试方法中，在步骤四中进行的重离子总剂量辐照，重离子源提供的重离子辐照注量换算为辐照的总剂量值的公式如下：D＝1.6×10-8×LET×Φ，其中，D为辐照的总剂量值，LET为重离子在硅中的线性能量转移，Φ为重离子辐照注量。根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种利用重离子开展辐射效应协同作用的测试系统，包括：第一模块，用于选定被辐照器件，预知被辐照器件抗辐照特性参数，搭设单离子效应测试系统，选择合适的重离子种类，调试重离子辐照参数；第二模块，用于利用单离子效应测试系统对被辐照器件加电和写入数据，采用预设的重离子注量率对被辐照器件进行单粒子翻转截面测试，当被辐照器件发生单粒子翻转事件数超过预设的翻转事件数时，停止辐照，计算单粒子翻转截面；第三模块，用于设置若干个依次递增的总剂量值；第四模块，用于利用同种重离子对器件进行各总剂量值的辐照，每一个总剂量值辐照完成之后，都要进行步骤二中的单粒子翻转截面测试，其中，在每一个总剂量值的辐照过程中，被辐照器件处于加电状态，通过单离子效应测试系统同步监测并记录被辐照器件的电流变化；第五模块，用于当完成所有总剂量值辐照和单粒子翻转截面测试时，辐照试验结束，绘制出单粒子翻转截面和器件工作电流随各总剂量值的变化曲线，获得器件单粒子翻转截面随各总剂量值的变化规律。本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：该方法提供了利用重离子开展辐射效应协同作用的测试流程，通过该方法获得的辐照试验数据将对空间辐射效应的认识更加深入和全面，为器件的抗辐射加固分析和设计提出科学的建议。(1)本专利技术更加逼真地模拟元器件在空间中受到的各种辐射威胁，从而提前预防元器件的失效，为航天器的长寿命提供保证。(2)本专利技术的方法填补了采用一种辐射源进行空间辐射效应协同作用地面模拟测试的空白。(3)本专利技术的方法首次采用重离子进行总剂量辐照，与常规采用钴源进行总剂量辐照方法形成对比和补充，对器件的抗辐射特性研究更加全面。(4)本专利技术的测试方法简单，总剂量辐照和单粒子翻转测试共用一种辐射源和一套测试系统，需要的硬件设备少，易操作，经济高效。(5)该方法提供了利用重离子开展辐射效应协同作用的测试流程，通过该方法获得的辐照试验数据将对空间辐射效应的认识更加深入和全面，为器件的抗辐射加固分析和设计提出科学的建议。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用重离子开展辐射效应协同作用的测试方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一：选定被辐照器件，预知被辐照器件抗辐照特性参数，搭设单离子效应测试系统，选择合适的重离子种类，调试重离子辐照参数；步骤二：利用单离子效应测试系统对被辐照器件加电和写入数据，采用预设的重离子注量率对被辐照器件进行单粒子翻转截面测试，当被辐照器件发生单粒子翻转事件数超过预设的翻转事件数时，停止辐照，计算单粒子翻转截面；步骤三：设置若干个依次递增的总剂量值；步骤四：利用同种重离子对器件进行各总剂量值的辐照，每一个总剂量值辐照完成之后，均进行步骤二中的单粒子翻转截面测试，其中，在每一个总剂量值的辐照过程中，被辐照器件处于加电状态，通过单离子效应测试系统同步监测并记录被辐照器件的电流变化；步骤五：当完成所有总剂量值辐照和单粒子翻转截面测试时，辐照试验结束，绘制出单粒子翻转截面和器件工作电流随各总剂量值的变化曲线，获得器件单粒子翻转截面随各总剂量值的变化规律。

【技术特征摘要】
1.一种利用重离子开展辐射效应协同作用的测试方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一：选定被辐照器件，预知被辐照器件抗辐照特性参数，搭设单离子效应测试系统，选择合适的重离子种类，调试重离子辐照参数；步骤二：利用单离子效应测试系统对被辐照器件加电和写入数据，采用预设的重离子注量率对被辐照器件进行单粒子翻转截面测试，当被辐照器件发生单粒子翻转事件数超过预设的翻转事件数时，停止辐照，计算单粒子翻转截面；步骤三：设置若干个依次递增的总剂量值；步骤四：利用同种重离子对器件进行各总剂量值的辐照，每一个总剂量值辐照完成之后，均进行步骤二中的单粒子翻转截面测试，其中，在每一个总剂量值的辐照过程中，被辐照器件处于加电状态，通过单离子效应测试系统同步监测并记录被辐照器件的电流变化；步骤五：当完成所有总剂量值辐照和单粒子翻转截面测试时，辐照试验结束，绘制出单粒子翻转截面和器件工作电流随各总剂量值的变化曲线，获得器件单粒子翻转截面随各总剂量值的变化规律。2.根据权利要求1所述的利用重离子开展辐射效应协同作用的测试方法，其特征在于：在所述步骤一中，所述抗辐照特性参数包括静态工作电流、单粒子翻转LET阈值、单粒子翻转饱和截面以及抗辐射总剂量值。3.根据权利要求1所述的利用重离子开展辐射效应协同作用的测试方法，其特征在于：在所述步骤一中，选择合适的重离子种类包括：所选重离子能够入射到器件内部，射程不小于30μm，且能够使被辐照器件发生单粒子翻转，即重离子的LET值大于被辐照器件的单粒子翻转LET阈值。4.根据权利要求1所述的利用重离子开展辐射效应协同作用的测试方法，其特征在于：在所述步骤二中，预设的重离子注量率为当重离子入射被辐照器件，通过单离子效应测试系统观察到被辐照器件平均每分钟发生10个单粒子翻转事件时对应的重离子注量率。5.根据权利要求1所述的利用重离子开展辐射效应协同作用的测试方法，其特征在于：在所述步骤二中，单粒子翻转截面的计算公式如下：

【专利技术属性】
技术研发人员：古松，刘杰，方进勇，张颖军，彭凯，朱鹏，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61