一种器件单粒子效应薄弱点测绘甄别装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种器件单粒子效应薄弱点测绘甄别装置及方法，所述装置包括：上位机控制模块(11)、单粒子翻转检测组件(13)、被测器件承载器(14)、三维移动平台(15)、可控脉冲激光发射器(16)、CCD组件(17)和工控机组件(12)；所述上位机控制模块(11)，用于将设置的移动位置区间和测试模式参数发送至工控机组件(12)；还根据工控机组件(12)采集到的故障数据进行显示并绘图，获得被测器件发生单粒子效应时的敏感性与敏感区域；所述工控机组件(12)，用于根据接收设置的参数形成移动控制指令，发送至单粒子翻转检测组件(13)以及控制三维移动平台(15)；还将单粒子翻转状态数据和CCD图像上传至上位机控制模块(11)。本发明专利技术能够对待测器件发生单粒子效应时的物理位置和时间进行测绘甄别。

A device and method for measuring and identifying weak points of single particle effect in devices

The device includes: upper computer control module (11), single particle turnover detection module (13), device carrier (14), three-dimensional mobile platform (15), controllable pulse laser transmitter (16), CCD module (17) and industrial computer module (12); upper computer control module (11), which is used to move the set The position interval and test mode parameters are sent to the industrial computer component (12); the fault data collected by the industrial computer component (12) is also displayed and plotted to obtain the sensitivity and sensitive area of the tested device when the single particle effect occurs; the industrial computer component (12) is used to form the movement control command according to the parameters received and set, and is sent to the single particle turnover detection component (13) and the control module A three-dimensional mobile platform (15) is made, and the single particle turnover state data and CCD image are uploaded to the upper computer control module (11). The invention can map and distinguish the physical position and time when the single particle effect occurs in the device to be tested.

【技术实现步骤摘要】
一种器件单粒子效应薄弱点测绘甄别装置及方法
本专利技术涉及航天技术及半导体
，具体而言，涉及一种器件单粒子效应薄弱点测绘甄别装置及方法。
技术介绍
单粒子效应(Singleeventeffect)，是指高能带电粒子在器件的灵敏区内产生大量电荷的现象。当能量足够大的粒子射入集成电路时，由于电离效应，集成电路会产生数量极多的电子-空穴对，这些突发的多余电荷会引起半导体器件的故障，使器件存储位翻转或逻辑电平跳变导致单粒子翻转(singleeventupset)或单粒子功能中断(singleeventfunctioninterrupt)，严重的可使CMOS器件产生大电流导致单粒子锁定(singleeventlatch-up)，如不加防范，甚至使器件永久损伤。航天器在空间中飞行时，会一直处在带电粒子构成的辐射环境中。空间辐射环境中的高能质子和重离子等都能导致航天器电子系统中的半导体器件发生单粒子效应，严重影响航天器的可靠性和寿命。为保证航天器电子系统的安全，电路设计师通常会选用针对航天应用的在工艺或结构设计上进行了抗辐射加固的器件，这些器件通过地面试验鉴定其抗辐照性能。目前公认的地面试验方法是采用重离子加速器产生的重离子束流辐照器件，以评估器件的抗辐照水平。但是由于重离子束流通量很大，且难以约束到器件的局部微小区域，因此该方法只能评估器件整体是否达到抗辐射指标，对于未达到抗辐照指标的器件不能确定其薄弱区域，不便于器件研制单位对器件进行有针对性的改进。此外重离子加速器机时有限，实验成本昂贵，不能在器件研制过程中经常性的开展实验，也会对器件研制进度产生影响。脉冲激光辐照器件诱发器件故障是模拟单粒子效应的一种手段，虽然其诱发机理与重离子不完全一致，但是其同样能够较好的模拟单粒子效应现象。此外，脉冲激光具有触发时刻可控、移动平台具有0.1um移动精度等优点，使得基于脉冲激光的辐照试验可在时间和空间上实现对器件薄弱时刻和薄弱区域的精确定位，从而实现器件抗辐射指标评估、助推抗辐射器件研制进程。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的测试方法没有建立针对多种效应的联合测试以及针对模拟装置与被测器件间时间与空间动态同步的缺陷，从而提供一种能够对被测器件发生单粒子锁定(SEL)、单粒子瞬态(SET)及单粒子翻转(SEU)时的时间与空间动态检测装置与方法，以下文中英文缩写SEL表示所述单粒子锁定，SET表示单粒子瞬态，SEU表示单粒子翻转。为实现上述目的，本专利技术提供了一种器件单粒子效应薄弱点测绘甄别装置，所述装置包括：上位机控制模块11、单粒子翻转检测组件13、被测器件承载器14、三维移动平台15、可控脉冲激光发射器16、CCD组件17和工控机组件12；所述上位机控制模块11，用于将设置的测绘单粒子效应薄弱点的移动位置区间和测试模式参数发送至工控机组件12；还根据工控机组件12采集到的故障数据进行显示并绘图，存储数据，获得被测器件发生单粒子效应时的敏感性与敏感区域；所述工控机组件12，用于根据接收设置的参数形成移动控制指令，发送至单粒子翻转检测组件13以及控制三维移动平台15；还用于将单粒子翻转状态数据和CCD图像上传至上位机控制模块11；所述三维移动平台15，用于接收移动控制指令，按照移动控制指令移动至测试位置，发送脉冲信号至单粒子翻转检测组件13；所述单粒子翻转检测组件13，与被测器件承载器14相连，用于在接收脉冲信号后，发送触发信号给可控脉冲激光发射器16，并检测激光辐照下被测器件的单粒子翻转状态，将采集到的单粒子翻转状态数据发送至工控机组件12；所述可控脉冲激光发射器16，用于根据触发信号发射可控脉冲激光，准确辐照被测器件承载器14上承载的被测器件；所述CCD组件17，用于在三维移动平台15移动过程中采集被测器件衬底和可控脉冲激光聚焦位置的CCD图像，将CCD图像发送至工控机组件12。作为所述装置的一种改进，所述上位机控制模块11具体包括：登录单元、设置单元、控制单元、单粒子翻转记录单元和单粒子锁定记录单元以及单粒子瞬态记录单元；所述登录单元，用于实现所述工控机组件12与三维移动平台15、CCD相机17和单粒子翻转检测组件13的网络连接；所述设置单元，用于设置单粒子瞬态、单粒子锁定、单粒子翻转的状态和系统参数数据；所述控制单元，用于进行CCD图像显示、图形显示、移动台移动和测试控制；所述单粒子翻转记录单元，用于记录所述被测器件承载器14发生单粒子翻转时的脉冲激光计数、故障地址、原始数据、故障数据、发生故障时的坐标与时间以及统计的故障位数；所述单粒子锁定记录单元，用于以二维图的形式实时显示获取到的电流和电压，记录所述被测器件承载器14发生单粒子锁定时的电压电流值、脉冲激光计数、发生故障时的坐标与时间；所述单粒子瞬态记录单元，用于以二维图的形式实时显示获取到的通道数据，记录所述被测器件承载器14发生单粒子瞬态时的脉冲幅度、脉冲宽度、脉冲面积、发生故障时的坐标与时间。作为所述装置的一种改进，所述设置单元具体包括：单粒子瞬态设置子单元，用于设置触发模式、触发电平、水平偏移和采样率；单粒子锁定设置子单元，用于设置闩锁电流、闩锁持续时间、闩锁恢复时间和重复次数；单粒子翻转设置子单元，用于设置测试模式、移动方向、重写模式、起始地址、测试长度和测试内容；和系统参数设置子单元，用于设置移动台扫描间隔、扫描速度、激光器频率、CCD曝光量、数据保存路径。作为所述装置的一种改进，所述控制单元具体包括：CCD显示子单元、图形显示子单元、移动台控制子单元和测试控制子单元；所述CCD显示子单元，用于通过CCD相机观测被测器件衬底和激光聚焦状态；所述图形显示子单元，用于根据试验数据绘制二维和三维图形；所述移动台控制子单元，用于在测试前对齐单元位置和焦点、设置测试区域的起点和终点；测试控制子单元，用于设置手动或自动测试模式以及对单粒子锁定、单粒子瞬态及单粒子翻转的详情记录。作为所述装置的一种改进，所述工控机组件12具体包括：PXI控制器121、以太网扩展卡122、单粒子锁定检测卡123和示波器卡124；所述PXI控制器121，用于完成与所述以太网扩展卡122、单粒子锁定检测卡123和示波器卡124之间的交互通信与指令控制；所述以太网扩展卡122，用于实现对所述PXI控制器121与其他设备之间的总线互联与扩展；所述单粒子锁定检测卡123，用于实现内部与外部电源切换、电压/电流检测和过流保护以及根据接收到的触发脉冲计算单粒子锁定故障位置的功能；所述示波器卡124，用于实现对所述被测器件产生的单粒子瞬态脉冲信号的采集以及根据接收到的触发脉冲计算单粒子瞬态故障位置的功能。作为所述装置的一种改进，所述单粒子锁定检测卡123具体包括：第一主控FPGA器件1231、第一晶振1232、第一配置数据存储器1233、PCI总线控制器(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种器件单粒子效应薄弱点测绘甄别装置，其特征在于，所述装置包括：上位机控制模块(11)、单粒子翻转检测组件(13)、被测器件承载器(14)、三维移动平台(15)、可控脉冲激光发射器(16)、CCD组件(17)和工控机组件(12)；/n所述上位机控制模块(11)，用于将设置的测绘单粒子效应薄弱点的移动位置区间和测试模式参数发送至工控机组件(12)；还根据工控机组件(12)采集到的故障数据进行显示并绘图，存储数据，获得被测器件发生单粒子效应时的敏感性与敏感区域；/n所述工控机组件(12)，用于根据接收设置的参数形成移动控制指令，发送至单粒子翻转检测组件(13)以及控制三维移动平台(15)；还用于将单粒子翻转状态数据和CCD图像上传至上位机控制模块(11)；/n所述三维移动平台(15)，用于接收移动控制指令，按照移动控制指令移动至测试位置，发送脉冲信号至单粒子翻转检测组件(13)；/n所述单粒子翻转检测组件(13)，与被测器件承载器(14)相连，用于在接收脉冲信号后，发送触发信号给可控脉冲激光发射器(16)，并检测激光辐照下被测器件的单粒子翻转状态，将采集到的单粒子翻转状态数据发送至工控机组件(12)；/n所述可控脉冲激光发射器(16)，用于根据触发信号发射可控脉冲激光，准确辐照被测器件承载器(14)上承载的被测器件；/n所述CCD组件(17)，用于在三维移动平台(15)移动过程中采集被测器件衬底和可控脉冲激光聚焦位置的CCD图像，将CCD图像发送至工控机组件(12)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种器件单粒子效应薄弱点测绘甄别装置，其特征在于，所述装置包括：上位机控制模块(11)、单粒子翻转检测组件(13)、被测器件承载器(14)、三维移动平台(15)、可控脉冲激光发射器(16)、CCD组件(17)和工控机组件(12)；
所述上位机控制模块(11)，用于将设置的测绘单粒子效应薄弱点的移动位置区间和测试模式参数发送至工控机组件(12)；还根据工控机组件(12)采集到的故障数据进行显示并绘图，存储数据，获得被测器件发生单粒子效应时的敏感性与敏感区域；
所述工控机组件(12)，用于根据接收设置的参数形成移动控制指令，发送至单粒子翻转检测组件(13)以及控制三维移动平台(15)；还用于将单粒子翻转状态数据和CCD图像上传至上位机控制模块(11)；
所述三维移动平台(15)，用于接收移动控制指令，按照移动控制指令移动至测试位置，发送脉冲信号至单粒子翻转检测组件(13)；
所述单粒子翻转检测组件(13)，与被测器件承载器(14)相连，用于在接收脉冲信号后，发送触发信号给可控脉冲激光发射器(16)，并检测激光辐照下被测器件的单粒子翻转状态，将采集到的单粒子翻转状态数据发送至工控机组件(12)；
所述可控脉冲激光发射器(16)，用于根据触发信号发射可控脉冲激光，准确辐照被测器件承载器(14)上承载的被测器件；
所述CCD组件(17)，用于在三维移动平台(15)移动过程中采集被测器件衬底和可控脉冲激光聚焦位置的CCD图像，将CCD图像发送至工控机组件(12)。


2.根据权利要求1所述的器件单粒子效应薄弱点测绘甄别装置，其特征在于，所述上位机控制模块(11)具体包括：登录单元、设置单元、控制单元、单粒子翻转记录单元和单粒子锁定记录单元以及单粒子瞬态记录单元；
所述登录单元，用于实现所述工控机组件(12)与三维移动平台(15)、CCD相机(17)和单粒子翻转检测组件(13)的网络连接；
所述设置单元，用于设置单粒子瞬态、单粒子锁定、单粒子翻转的状态和系统参数数据；
所述控制单元，用于进行CCD图像显示、图形显示、移动台移动和测试控制；
所述单粒子翻转记录单元，用于记录所述被测器件承载器(14)发生单粒子翻转时的脉冲激光计数、故障地址、原始数据、故障数据、发生故障时的坐标与时间以及统计的故障位数；
所述单粒子锁定记录单元，用于以二维图的形式实时显示获取到的电流和电压，记录所述被测器件承载器(14)发生单粒子锁定时的电压电流值、脉冲激光计数和发生故障时的坐标与时间；
所述单粒子瞬态记录单元，用于以二维图的形式实时显示获取到的通道数据，记录所述被测器件承载器(14)发生单粒子瞬态时的脉冲幅度、脉冲宽度、脉冲面积和发生故障时的坐标与时间。


3.根据权利要求2所述的器件单粒子效应薄弱点测绘甄别装置，其特征在于，所述设置单元具体包括：
单粒子瞬态设置子单元，用于设置触发模式、触发电平、水平偏移和采样率；
单粒子锁定设置子单元，用于设置闩锁电流、闩锁持续时间、闩锁恢复时间和重复次数；
单粒子翻转设置子单元，用于设置测试模式、移动方向、重写模式、起始地址、测试长度和测试内容；和
系统参数设置子单元，用于设置移动台扫描间隔、扫描速度、激光器频率、CCD曝光量和数据保存路径。


4.根据权利要求2所述的器件单粒子效应薄弱点测绘甄别装置，其特征在于，所述控制单元具体包括：CCD显示子单元、图形显示子单元、移动台控制子单元和测试控制子单元；
所述CCD显示子单元，用于通过CCD相机观测被测器件衬底和激光聚焦状态；
所述图形显示子单元，用于根据试验数据绘制二维和三维图形；
所述移动台控制子单元，用于在测试前对齐单元位置和焦点、设置测试区域的起点和终点；
测试控制子单元，用于设置手动或自动测试模式以及对单粒子锁定、单粒子瞬态和单粒子翻转的详情记录。


5.根据权利要求1所述的器件单粒子效应薄弱点测绘甄别装置，其特征在于，所述工控机组件(12)具体包括：PXI控制器(121)、以太网扩展卡(122)、单粒子锁定检测卡(123)和示波器卡(124)；
所述PXI控制器(121)，用于完成与所述以太网扩展卡(122)、单粒子锁定检测卡(123)和示波器卡(124)之间的交互通信与指令控制；
所述以太网扩展卡(122)，用于实现对所述PXI控制器(121)与其他设备之间的总线互联与扩展；
所述单粒子锁定检测卡(123)，用于实现内部与外部电源切换、电压/电流检测和过流保护以及根据接收到的触发脉冲计算单粒子锁定故障位置的功能；
所述示波器卡(124)，用于实现对所述被测器件产生的单粒子瞬态脉冲信号的采集以及根据接收到的触发脉冲计算单粒子瞬态故障位置的功能。


6.根据权利要求5所述的器件单粒子效应薄弱点测绘甄别装置，其特征在于，所述单粒子锁定检测卡(123)具体包括：第一主控FPGA器件(1231)、第一晶振(1232)、第一配置数据存储器(1233)、PCI总线控制器(1234)、DA转换器(1235)、电平转换器(1236)、内外电源切换器件(1237)、电流比较器(1238)和ADC转换器(1239)；
所述第一主控FPGA器件(1231)，利用所述PCI总线控制器(1234)实现PCI总线与PXI控制器(121)之间的交互控制；
所述第一晶振(1232)，为第一主控FPGA器件(1231)提供基准时钟；
所述第一配置数据存储器(1233)，存储第一主控FPGA器件(1231)的配置数据；
所述DA转换器(1235)，产生第一主控FPGA器件(1231)指定的电源电压及阈值电流；
所述电平转换器(1236)，实现多路固定和可调电平转换；
所述内外电源切换器件(1237)，根据第一主控FPGA器件(1231)指令实现内外部电源切换功能；
所述电流比较器(1238)，将检测到的通道电流值与设定阈值电流进行比较；
所述ADC转换器(1239)，将通道电流和电压值传输至第一主控FPGA器件(1231)。


7.根据权利要求6所述的器件单粒子效应薄弱点测绘甄别装置，其特征在于，所述第一主控FPGA器件(1231)包括设置于其上的单粒子锁定检测模块：所述单粒子锁定检测模块包括时钟控制子模块、同步控制子模块、LOCALB...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱翔，韩建伟，李悦，马英起，陈睿，上官士鹏，
申请(专利权)人：中国科学院国家空间科学中心，
类型：发明
国别省市：北京;11