高灵敏度高能粒子离化电荷测试电路制造技术

本发明专利技术公开了一种高灵敏度高能粒子离化电荷测试电路，包括M个高能粒子捕获模块、M个信号放大模块以及M个信号探测模块，M为不小于2的正整数；所述高能粒子捕获模块包括N个并联的场效应晶体管，所述场效应晶体管用于捕获高能粒子，并在捕获到高能粒子时产生流过自身的瞬态电流信号，使所述高能粒子捕获模块的输出端的电位发生变化，N为正整数；所述信号放大模块用于放大对应的高能粒子捕获模块的输出端的电位变化，产生放大信号；所述信号探测模块用于探测对应的信号放大模块产生的放大信号，并在探测到所述放大信号时输出测试信号。本发明专利技术提供的高灵敏度高能粒子离化电荷测试电路，能够测试高能粒子离化电荷云半径及影响范围。

【技术实现步骤摘要】
高灵敏度高能粒子离化电荷测试电路
本专利技术涉及集成电路
，具体涉及一种高灵敏度高能粒子离化电荷测试电路。
技术介绍
单粒子效应是空间辐射环境中的单个高能粒子在器件材料中通过直接电离作用或者间接电离作用产生并累积有效电离电荷，被器件敏感节点收集后导致器件工作状态发生变化或者功能失效的现象。当存储器、锁存器或者寄存器中器件发生单粒子效应时，电路单元的逻辑状态发生改变，即发生单粒子翻转。多位翻转是指单个粒子入射器件造成对应物理地址上多个存储单元发生翻转的情况。随着半导体制造工艺的发展，器件尺寸不断减小，临界电荷不断降低，使得高能粒子垂直入射器件引起的多位翻转比重逐渐增多。对于纳米级器件，多位翻转在单粒子翻转中所占的比重甚至超过了单位翻转。以随机存储器为例，多位翻转抑制了纠错编码的有效性，纠错编码不具备在一个字或者一个字节中纠正多个错误的能力。因此，为了抑制高能粒子垂直入射电路引起的多位翻转，需要对纠错编码等电路进行特殊的版图拓扑设计。然而，在高能粒子入射产生电离电荷的影响不明确的情况下，现有电路版图的拓扑设计是盲目的，并不能最大程度地发挥抗辐射作用，电路很容易发生多位翻转。
技术实现思路
本专利技术所要解决的是高能粒子入射产生电离电荷的影响不明确的问题。本专利技术通过下述技术方案实现：一种高灵敏度高能粒子离化电荷测试电路，包括M个高能粒子捕获模块、M个信号放大模块以及M个信号探测模块，所述M个高能粒子捕获模块、所述M个信号放大模块以及所述M个信号探测模块一一对应，M为不小于2的正整数；所述高能粒子捕获模块包括N个并联的场效应晶体管，所述场效应晶体管用于捕获高能粒子，并在捕获到高能粒子时产生流过自身的瞬态电流信号，使所述高能粒子捕获模块的输出端的电位发生变化，N为正整数；所述信号放大模块用于放大对应的高能粒子捕获模块的输出端的电位变化，产生放大信号；所述信号探测模块用于探测对应的信号放大模块产生的放大信号，并在探测到所述放大信号时输出测试信号。可选的，所述场效应晶体管为NMOS管；每个NMOS管的栅极和每个NMOS管的源极接地，每个NMOS管的漏极相连并作为所述高能粒子捕获模块的输出端。可选的，所述场效应晶体管为PMOS管；每个PMOS管的栅极和每个PMOS管的源极连接电源端并作为所述高能粒子捕获模块的输出端，每个PMOS管的漏极接地。可选的，所述信号放大模块包括电阻和NMOS管；所述电阻的一端连接电源端，所述电阻的另一端和所述NMOS管的栅极连接对应的高能粒子捕获模块的输出端，所述NMOS管的漏极作为所述信号放大模块的输出端，所述NMOS管的源极接地。可选的，所述信号放大模块包括电阻和PMOS管；所述电阻的一端连接电源端，所述电阻的另一端和所述PMOS管的栅极连接对应的高能粒子捕获模块的输出端，所述PMOS管的源极作为所述信号放大模块的输出端，所述PMOS管的漏极接地。可选的，所述信号探测模块包括T型偏置器；所述T型偏置器的直流输入端连接电源端，所述T型偏置器的射频输入端连接对应的信号放大模块的输出端，所述T型偏置器的输出端用于输出所述测试信号。可选的，所述高灵敏度高能粒子离化电荷测试电路还包括M个滤波电路；每个T型偏置器的直流输入端通过一个滤波电路连接所述电源端。可选的，所述场效应晶体管为采用绝缘体上硅工艺制备获得的场效应晶体管；或者，所述场效应晶体管为采用体硅工艺制备获得的场效应晶体管。可选的，所述高灵敏度高能粒子离化电荷测试电路还包括M个ESD保护电路；每个信号探测模块通过一个ESD保护电路连接对应的信号放大模块。可选的，所有场效应晶体管呈阵列排布，且每两个相邻场效应晶体管之间的距离均相等。本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：本专利技术提供的高灵敏度高能粒子离化电荷测试电路，包括M个高能粒子捕获模块、M个信号放大模块以及M个信号探测模块，所述M个高能粒子捕获模块、所述M个信号放大模块以及所述M个信号探测模块一一对应，所述高能粒子捕获模块包括N个并联的场效应晶体管。根据高能粒子入射器件产生单粒子效应的原理，当高能粒子入射时，若某个高能粒子捕获模块位于高能粒子离化电荷云覆盖范围内，则该高能粒子捕获模块中的场效应晶体管发生单粒子效应，形成流过场效应晶体管源漏极的瞬态电流信号，使所述高能粒子捕获模块的输出端的电位发生变化，该电位变化经对应的信号放大模块放大后，获得放大信号，所述放大信号被对应的信号探测模块探测，由对应的信号探测模块输出测试信号。因此，根据所述测试信号能够推断出发生单粒子效应的场效应晶体管，进而得出高能粒子离化电荷云半径及影响范围。高能粒子离化电荷云半径及影响范围的确定，能够为抗辐射加固集成电路的版图拓扑结构设计提供理论指导，避免由于集成电路器件布局设计不合理造成的多位翻转问题，进而提高集成电路的抗辐射能力。进一步，通过设置所述信号放大模块，使得微弱的瞬态电流信号能够被检测到，增大了所述测试电路的灵敏度，提高了测试结果的准确性。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：图1为高能粒子离化电荷云覆盖多个器件或敏感节点的示意图；图2为本专利技术一种实施例的高灵敏度高能粒子离化电荷测试电路的电路图；图3为本专利技术另一种实施例的高灵敏度高能粒子离化电荷测试电路的电路图；图4为本专利技术又一种实施例的高灵敏度高能粒子离化电荷测试电路的电路图；图5为本专利技术再一种实施例的高灵敏度高能粒子离化电荷测试电路的电路图。具体实施方式多位翻转按其生成原因主要分为以下几类：一、粒子入射到外围电路上，生成的单粒子瞬态脉冲经传播可能引起多个存储单元发生翻转；二、高能质子或中子在器件材料内部发生核反应，产生的次级粒子可能同时影响多个存储单元的敏感节点，导致器件发生多位翻转；三、高能粒子倾角入射器件，可能依次穿过多个存储单元的敏感节点并沉积足量电荷，导致器件发生多位翻转；四、高能粒子垂直入射器件，生成的电荷在漂移、扩散及双极效应的作用下可能被多个存储单元敏感节点收集，使器件发生多位翻转；五、当器件尺寸较小时，高能粒子离化电荷云覆盖多个器件或敏感节点，产生多个单粒子瞬态脉冲，进而引起多位翻转，如图1所示。前三类多位翻转在大尺寸器件中就能发生，并较早得到关注，因此其物理机制和影响因素均已得到广泛研究。第四类翻转发生于体硅工艺器件中，对于微米级大尺寸体硅器件，高能粒子垂直入射器件的情况下，相邻器件收集的电荷量一般小于器件发生翻转所需的临界电荷，因此几乎不发生多位翻转。但随着器件物理尺寸的缩小，体硅中第四类翻转逐渐增多。依据第四类多位翻转机理，可以测试高能粒子入射体硅工艺器件后产生的离化电荷的影响范围，包括电荷在体硅中漂移、扩散等因素的影响。同样的，依据第五类多位翻转机理，在绝缘体上硅工艺中，全介质隔离设计使得高能粒子入射器件产生的电荷不会在器件之间漂移扩散，可以通过监测器件是否发生单粒子效应测试高能粒子入射产生的电荷覆盖范围。因此，本专利技术根据第四类多位翻转机理及第五类多位翻转机理，提供一种高灵敏度高能粒子离化电荷测试电路，通过测试高能粒子离化电荷云半径及影响范围，为抗辐射加固集成电路的版图拓扑结构设计提供理论指导。所述高灵敏度高能粒子离化电荷测试电路包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高灵敏度高能粒子离化电荷测试电路，其特征在于，包括M个高能粒子捕获模块、M个信号放大模块以及M个信号探测模块，所述M个高能粒子捕获模块、所述M个信号放大模块以及所述M个信号探测模块一一对应，M为不小于2的正整数；所述高能粒子捕获模块包括N个并联的场效应晶体管，所述场效应晶体管用于捕获高能粒子，并在捕获到高能粒子时产生流过自身的瞬态电流信号，使所述高能粒子捕获模块的输出端的电位发生变化，N为正整数；所述信号放大模块用于放大对应的高能粒子捕获模块的输出端的电位变化，产生放大信号；所述信号探测模块用于探测对应的信号放大模块产生的放大信号，并在探测到所述放大信号时输出测试信号。

【技术特征摘要】
1.一种高灵敏度高能粒子离化电荷测试电路，其特征在于，包括M个高能粒子捕获模块、M个信号放大模块以及M个信号探测模块，所述M个高能粒子捕获模块、所述M个信号放大模块以及所述M个信号探测模块一一对应，M为不小于2的正整数；所述高能粒子捕获模块包括N个并联的场效应晶体管，所述场效应晶体管用于捕获高能粒子，并在捕获到高能粒子时产生流过自身的瞬态电流信号，使所述高能粒子捕获模块的输出端的电位发生变化，N为正整数；所述信号放大模块用于放大对应的高能粒子捕获模块的输出端的电位变化，产生放大信号；所述信号探测模块用于探测对应的信号放大模块产生的放大信号，并在探测到所述放大信号时输出测试信号。2.根据权利要求1所述的高灵敏度高能粒子离化电荷测试电路，其特征在于，所述场效应晶体管为NMOS管；每个NMOS管的栅极和每个NMOS管的源极接地，每个NMOS管的漏极相连并作为所述高能粒子捕获模块的输出端。3.根据权利要求1所述的高灵敏度高能粒子离化电荷测试电路，其特征在于，所述场效应晶体管为PMOS管；每个PMOS管的栅极和每个PMOS管的源极连接电源端并作为所述高能粒子捕获模块的输出端，每个PMOS管的漏极接地。4.根据权利要求1所述的高灵敏度高能粒子离化电荷测试电路，其特征在于，所述信号放大模块包括电阻和NMOS管；所述电阻的一端连接电源端，所述电阻的另一端和所述NMOS管的栅极连接对应的高能粒子捕获模块的输出端，所述NMOS...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫薇薇，曾传滨，高林春，李晓静，倪涛，李多力，罗家俊，韩郑生，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11