一种以质子为辐射源检测存储器单粒子扰动的测试方法技术

本发明专利技术公开了一种以质子为辐射源检测存储器单粒子扰动的测试方法，包括以下步骤：选取存储器样品；对选取的存储器样品进行加电全参数测试，验证存储器样品的功能；在中高能质子加速器上选择具有一定能量以及注量率的质子束流；将存储器和电路板连接好，进行再一次加电测试；向所有的存储器中填入数据；从存储器中回读数据，待测试系统稳定时打开满足要求的质子束流，对单个存储器进行辐照；将后续的存储器依次移动至束流出束位置，更换质子束流的能量，直至将所有的能量点测完。本发明专利技术以质子为辐射源检测抗单粒子扰动的效果，相对于其他辐照源更加可靠和简便，并且在提高效率的同时保证了数据提取的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种以质子为辐射源检测存储器单粒子扰动的测试方法
本专利技术涉及单粒子扰动测试
，更具体的说是涉及一种以质子为辐射源检测存储器单粒子扰动的测试方法。
技术介绍
在航空航天领域，越来越多的存储器被应用到卫星、航天器、飞机上面。由于其特殊的工作环境，存储器不得不面临着各种粒子、射线的辐射，从而产生各种各样的失效现象。随着科技的发展，存储器朝着越来越高的集成度方向发展，近年的研究表明，单个粒子对存储器造成的影响随集成度的提高变得越来越明显，并且这个趋势变得越来越严重。单粒子扰动是单粒子效应中的一种，它是由于单个带电粒子入射存储器中，在粒子入射半导体材料的径迹内，由于“漏斗效应”造成能量沉积，聚集的电荷达到一定的程度时会形成小电流，从而对存储器的状态产生扰动。这个小电流发生在存储器中的不同位置会造成不同的影响，如发生在SRAM的存储单元中，会造成该单元中的NMOS管发生状态改变，表现为该存储单元的存储数据发生了改变。当小电流发生在功能电路的敏感区域时，会使该电路的功能发生异常。但是，当电荷释放完成后，存储器恢复成原来状态，这是一种软失效。如果这个电流足够大的时候，会发生单粒子锁定效应，需要对存储器断电才能恢复正常。在空间辐射环境中，质子分布广泛且在天然辐射源中占有很大的比例，如宇宙射线中80％为高能质子，太阳风中95％是质子，极光辐射和范·艾伦辐射带的内带中也存在着大量质子。单粒子效应主要是由于高能质子(俘获环境或太阳耀斑)和银河宇宙射线引起，由单个粒子穿过微电子器件时产生。所以，以质子为辐射源的单粒子效应研究意义重大。但是由于之前国内并无高能质子加速器的存在，使得国内质子单粒子效应的研究成果并不多。在这之前重离子多被用来进行单粒子效应的测试，在实际的空间辐射环境中，重离子的通量相对较低，且质子与重离子引发单粒子效应的机理不同：重离子入射半导体材料中与半导体材料的分子或原子发生碰撞，形成电荷密度很高的电离径迹，当电离径迹正好穿越半导体的灵敏结点时(PN结)时，径迹中大量的电荷在耗尽层电场的作用下被灵敏结所收集，如果收集电荷量超过某一临界值时，则存储器的存储状态或逻辑状态发生改变，导致单粒子效应的发生。质子根据能量的不同作用机理不同，高能质子也是通过与半导体材料的核相互作用产生重离子进而由重离子诱发单粒子效应，低能质子则可以直接电离的方式产生电子空穴对。因此，如何提供一种在提高效率的同时能够保证数据提取准确性的以质子为辐射源检测存储器单粒子扰动的测试方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术以质子为辐射源来检测抗单粒子扰动的效果，实验数据处理步骤通过独特的数据提取方法得到简化，提供了一种在提高效率的同时保证数据提取的准确性的以质子为辐射源检测存储器单粒子扰动的测试方法。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种以质子为辐射源检测存储器单粒子扰动的测试方法，包括以下步骤：(1)选取存储器样品；(2)对选取的存储器样品进行加电全参数测试，验证存储器样品的功能；(3)在中高能质子加速器上选择具有一定能量以及注量率的质子束流；(4)将步骤(2)中的存储器和电路板连接好，进行再一次加电测试；(5)向所有的存储器中填入数据5555；5存在存储器中的二进制是0101，这样能保证存储器中0和1的个数是一样的，由此可以看出发生翻转时0-1和1-0的比例，并且由于此存储器为16位，可以存4个0101，也就是5555.(6)从存储器中回读数据，待测试系统稳定时打开满足步骤(3)中要求的质子束流，对单个存储器进行辐照；(7)将后续的存储器依次移动至束流出束位置，重复步骤(6)；(8)更换质子束流的能量，重复步骤(3)-步骤(8)，直至将所有的能量点测完。优选的，在上述一种以质子为辐射源检测存储器单粒子扰动的测试方法中，所述存储器为铁电存储器。铁电存储器是利用PZT材料的自发极化原理来实现数据的保留，具有快速写入、超高的读写次数、超低的功耗以及强抗辐射能力等特点。优选的，在上述一种以质子为辐射源检测存储器单粒子扰动的测试方法中，步骤(2)中验证存储器样品的功能是否正常，剔除其中不能进行正常读写操作的存储器，保证实验过程中存储器的准确性。优选的，在上述一种以质子为辐射源检测存储器单粒子扰动的测试方法中，步骤(3)中选择能量分别为90MeV,70MeV,50MeV的质子束流。优选的，在上述一种以质子为辐射源检测存储器单粒子扰动的测试方法中，步骤(3)中选择注量率为6.9×106/cm2·s的质子束流。由于加速器出来的质子束流中含有中子，数值太低会让中子造成的误差变大，数值太高会让单粒子效应叠加到一起选取此值可以达到最好的效果。优选的，在上述一种以质子为辐射源检测存储器单粒子扰动的测试方法中，步骤(4)中，在质子辐照厅内对存储器进行加电测试，观察质子辐照厅本底辐照剂量对测试系统能否造成错误进行统计，如果对实验测试系统有影响，记录现象。对一些抗辐照性能较弱的存储器，辐照厅存在的残留辐射已经会使其发生单粒子效应，表现为测试系统会测出数据翻转的错误，但是由于本专利技术使用抗辐照性能较强的铁电存储器，不会对实验测试系统造成影响。优选的，在上述一种以质子为辐射源检测存储器单粒子扰动的测试方法中，步骤(6)中，从铁电存储器回读数据时，一秒回读一次，回读十个周期。优选的，在上述一种以质子为辐射源检测存储器单粒子扰动的测试方法中，步骤(6)中，当累计注量达到109/cm2的时候停止束流。若累计注量数值低于109/cm2质子辐照时间会缩短，若测试时间太短，采集的数据量变小；若累计注量数值高于109/cm2不仅会造成“金属活化”严重，还会会让存储器产生除单粒子效应之外的总剂量效应。优选的，在上述一种以质子为辐射源检测存储器单粒子扰动的测试方法中，使用python程序提取测试系统自动生成文件中的数据，并作图比较铁电存储器的扰动截面。优选的，在上述一种以质子为辐射源检测存储器单粒子扰动的测试方法中，用于提取实验结果的python程序通过如下方法实现：首先确认系统生成文件(输入文件)的地址'E:/AA/'及文件名'1.txt'和生成文件(输出文件)的地址'E:/AA/'及文件名'1_result.csv'，并在该地址生成此输出文件；然后打开输入文件，对第一行字符进行寻找含有'Totalupsetnumber','Count(0->1)','Count(1->0)'的字符串，如果此行未找到，则跳到下一行进行寻找，如果找到，则提取含有该字符串后面的数字；随后将这3个字符串输出到生成文件的第一行当做表头，并将数字按照行输出的形式分别输出到这三行中；最后循环执行下一行读出操作，所有的数据都被输出。经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种以质子为辐射源检测存储器单粒子扰动的测试方法，具有以下有益效果：(1)本专利技术以质子为辐射源来检测抗单粒子扰动的效果，相对于重离子、激光微束辐照源更为可靠和简便，因为重离子、激光微束可以引发的单粒子效应包括单粒子锁定、单粒子翻转、单粒子扰动现象，而质子的LET值较低，它能引起的单粒子效应仅包括单粒子扰动。如铁电存储器发生SEU的LET阈值小于8.949MeV·c本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以质子为辐射源检测存储器单粒子扰动的测试方法，包括以下步骤：(1)选取存储器样品；(2)对选取的存储器样品进行加电全参数测试，验证存储器样品的功能；(3)在中高能质子加速器上选择具有一定能量以及注量率的质子束流；(4)将步骤(2)中的存储器和电路板连接好，进行再一次加电测试；(5)向所有的存储器中填入数据5555；(6)从存储器中回读数据，待测试系统稳定时打开满足步骤(3)中要求的质子束流，对单个存储器进行辐照；(7)将后续的存储器依次移动至束流出束位置，重复步骤(6)；(8)更换质子束流的能量，重复步骤(3)‑步骤(8)，直至将所有的能量点测完。

【技术特征摘要】
1.一种以质子为辐射源检测存储器单粒子扰动的测试方法，包括以下步骤：(1)选取存储器样品；(2)对选取的存储器样品进行加电全参数测试，验证存储器样品的功能；(3)在中高能质子加速器上选择具有一定能量以及注量率的质子束流；(4)将步骤(2)中的存储器和电路板连接好，进行再一次加电测试；(5)向所有的存储器中填入数据5555；(6)从存储器中回读数据，待测试系统稳定时打开满足步骤(3)中要求的质子束流，对单个存储器进行辐照；(7)将后续的存储器依次移动至束流出束位置，重复步骤(6)；(8)更换质子束流的能量，重复步骤(3)-步骤(8)，直至将所有的能量点测完。2.根据权利要求1所述的一种以质子为辐射源检测存储器单粒子扰动的测试方法，其特征在于，所述存储器为铁电存储器。3.根据权利要求1所述的一种以质子为辐射源检测存储器单粒子扰动的测试方法，其特征在于，步骤(2)中验证存储器样品的功能是否正常，剔除其中不能进行正常读写操作的存储器。4.根据权利要求1所述的一种以质子为辐射源检测存储器单粒子扰动的测试方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭红霞，琚安安，张凤祁，欧阳晓平，魏佳男，潘霄宇，郭维新，钟向丽，罗尹虹，丁李利，王坦，张阳，秦丽，李波，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43