《電子器件和積體電路單粒子效應》是2021年北京理工大學出版社出版的圖書。
基本介紹
- 中文名：電子器件和積體電路單粒子效應
- 作者：曹洲,安恆,高欣
- 出版時間：2021年3月
- 出版社：北京理工大學出版社
- ISBN：9787568296564
- 類別：工業技術類圖書
- 開本：128 開
- 裝幀：平裝
內容簡介,作者簡介,圖書目錄,
內容簡介
本書系統闡述了電子器件和積體電路空間單粒子效應的基本概念和原理，試驗測試的基礎理論與方法，單粒子效應對電子系統的影響及防護設計的基本方法，空間單粒子翻轉率計算方法及不確定性分析等方面內容。全書共分為七章，主要包括：誘發單粒子效應的空間輻射環境，介紹了能夠誘發產生單粒子效應的幾種空間輻射因素；輻射與半導體材料相互作用，論述了重離子、質子及脈衝雷射與半導體材料的相互作用過程；單粒子效應機理與分類，主要對常見單粒子現象產生的基本過程和特徵進行了分析說明；單粒子效應測試方法，詳細介紹常見單粒子效應(SEU、SEL、SEB、SEGR、SET、SEFI)測試方法及輻射模擬源，包括有關試驗及加固保障測試標準與方法；單粒子效應對器件及系統特性的影響，介紹了單粒子效應引起的系統故障及其模擬注入分析方法；單粒子效應減緩設計，介紹了常見單粒子效應(SEU、SEL、SEB、SET、SEFI)誘發系統故障的防護設計方法；模擬試驗與單粒子翻轉率計算，介紹了單粒子翻轉率計算中涉及到的環境因素、模型和方法及不確定度分析等。
作者簡介
曹洲，研究員，理學博士。長期從事空間輻射效應及太空飛行器抗輻射加固技術研究工作。負責完成了十多項預先研究項目及基金項目，研究成果為太空飛行器電子系統空間輻射防護設計提供了技術依據；建立了空間單粒子效應地面實驗室試驗與評估的手段和方法，使鐦源單粒子效應試驗系統和脈衝雷射模擬單粒子效應試驗系統在工程設計及加固評估中得到套用；基於研究工作中形成的實驗方法，負責和參與編制了兩項空間輻射效應試驗與評估方面的國家標準；負責完成了多個航天工程單粒子效應加固設計的驗證與評估試驗。獲省部級科學技術進步二等獎和三等獎各一項。撰寫多篇專題科學技術報告，參加了多次國內外學術交流及研討會議，公開發表論文30多篇，會議論文30篇。
圖書目錄
第 1章 誘發單粒子效應的空間輻射環境001
1.1 銀河宇宙射線003
1.2 太陽風和太陽活動周期007
1.3 太陽粒子事件010
1.4 輻射帶高能質子013
1.5 南大西洋異常區高能質子015
參考文獻016
第 2章 輻射與半導體材料的相互作用019
2.1 輻射與半導體材料相互作用的基本過程021
2.1.1 重離子線性能量傳輸值LET和射程R023
2.1.2 重離子與半導體材料相互作用過程的空間尺度027
2.1.3 重離子與半導體材料相互作用過程的時間尺度028
2.2 重離子在半導體矽材料中的電離徑跡結構030
2.2.1 Katz理論030
2.2.2 電荷徑向分布輪廓（徑向劑量計算）032
2.2.3 重離子徑跡結構的經驗模型035
2.3 聚焦脈衝雷射束在半導體矽材料中的電離徑跡結構038
2.3.1 一般性物理描述038
2.3.2 雷射誘發的電子 空穴對產生率040
2.4 質子與半導體矽材料的相互作用042
2.4.1 高能質子與矽材料核反應過程044
2.4.2 質子與矽材料核反應反衝核046
2.4.3 反衝核的LET值分布048
2.5 不同模擬源的等效性問題051
2.5.1 重離子誘發的電子 空穴對產生率052
2.5.2 LET值等效計算中的非線性引入誤差分析053
2.5.3 線性等效雷射LET054
參考文獻056
第3章 單粒子效應機理059
3.1 概述061
3.2 單粒子翻轉機理067
3.2.1 單粒子翻轉現象物理描述068
3.2.2 敏感節點的電荷收集070
3.2.3 單粒子翻轉敏感性與特徵尺寸關係078
3.3 單粒子瞬態機理085
3.3.1 單粒子瞬態現象描述085
3.3.2 單粒子瞬態的產生及傳播087
3.3.3 傳播過程的脈衝加寬特性091
3.3.4 單粒子瞬態脈衝湮滅及電荷共享095
3.3.5 總劑量對單粒子瞬態的影響097
3.3.6 溫度效應102
3.4 單粒子鎖定機理104
3.4.1 單粒子鎖定現象物理描述107
3.4.2 單粒子鎖定與溫度的關係114
3.5 單粒子燒毀機理117
3.5.1 單粒子燒毀現象物理描述117
3.5.2 單粒子燒毀與漏 源電壓的關係119
3.6 單粒子柵擊穿機理122
3.6.1 單粒子柵擊穿現象物理描述123
3.6.2 單粒子柵擊穿的半經驗模型126
3.6.3 薄層電荷模型129
3.7 單粒子功能中斷機理131
參考文獻133
第4章 單粒子效應測試145
4.1 單粒子效應測試概論147
4.1.1 測試系統的主要功能148
4.1.2 測試軟體設計一般要求148
4.1.3 靜態偏置測試方法149
4.1.4 黃金晶片比較法150
4.1.5 準黃金晶片法152
4.1.6 鬆散式耦合系統法152
4.2 單粒子翻轉測試153
4.2.1 器件偏壓和數據形態設定154
4.2.2 器件工作模式選擇154
4.2.3 器件溫度及控制156
4.2.4 入射離子能量與角度157
4.3 單粒子瞬態測試158
4.3.1 單粒子瞬態測試方法及原則159
4.3.2 基於晶片的內嵌式SET脈寬測試163
4.3.3 基於晶片外的SET脈寬測試165
4.3.4 單粒子瞬態測試舉例167
4.4 單粒子鎖定測試170
4.4.1 單粒子鎖定主要特徵170
4.4.2 單粒子鎖定測試原理171
4.4.3 測試系統方案設計174
4.5 單粒子燒毀測試176
4.5.1 破壞性測試方法177
4.5.2 非破壞性測試方法178
4.5.3 測試系統方案設計179
4.6 單粒子柵擊穿測試184
4.7 單粒子功能中斷測試188
4.7.1 SDRAM器件的單粒子功能中斷測試188
4.7.2 微處理器的單粒子功能中斷測試193
4.8 單粒子效應試驗模擬源195
4.8.1 重離子模擬源195
4.8.2 放射性同位素鐦源252Cf199
4.8.3 雷射單粒子效應模擬試驗系統201
4.9 單粒子效應試驗標準簡介202
4.10 加固保障測試205
4.10.1 質子SEE加固保障測試205
4.10.2 重離子SEE加固保障測試221
4.11 在軌測試數據舉例232
參考文獻235
第5章 單粒子效應對器件及系統特性的影響239
5.1 單粒子效應造成的系統故障241
5.1.1 單粒子效應對微處理器系統的影響242
5.1.2 單粒子效應對FPGA系統的影響254
5.1.3 單粒子效應對數位訊號處理系統的影響265
5.1.4 單粒子效應對SOC系統的影響269
5.1.5 單粒子效應對二次電源系統的影響273
5.2 系統故障模擬注入分析279
5.2.1 故障模型280
5.2.2 故障注入流程281
5.2.3 硬體故障模擬注入282
5.2.4 軟體故障模擬注入284
5.2.5 模擬仿真故障注入方法287
5.2.6 混合故障注入方法290
5.2.7 電路模擬故障注入方法290
5.3 太空飛行器單粒子故障事例291
5.3.1 國外太空飛行器單粒子故障293
5.3.2 國內太空飛行器單粒子故障297
參考文獻299
第6章 單粒子效應減緩設計303
6.1 系統設計時面臨的問題307
6.1.1 任務需求分析308
6.1.2 單粒子效應危害性分析309
6.2 SEU減緩設計310
6.2.1 禁止防護方法311
6.2.2 加固存儲單元設計316
6.2.3 冗餘和刷新324
6.2.4 檢錯與糾錯329
6.2.5 複雜器件的SEU緩解技術338
6.3 SEL減緩設計350
6.3.1 器件工藝與結構的SEL防護設計351
6.3.2 電路板級的SEL防護設計355
6.4 SEB和SEGR減緩設計361
6.4.1 降額設計的一般要求362
6.4.2 結合具體套用的降額設計366
6.5 SET減緩設計368
6.5.1 SET信號禁止368
6.5.2 三模冗餘設計370
6.5.3 邏輯重複371
6.5.4 時閾冗餘372
6.5.5 驅動電晶體尺寸調整方法373
6.5.6 動態閾值MOS邏輯陣列電路原理374
6.5.7 共源 共柵電壓開關邏輯門電路376
6.6 SEFI減緩設計379
參考文獻379
第7章 單粒子翻轉率計算383
7.1 計算用輻射環境模型387
7.1.1 銀河宇宙射線離子模型388
7.1.2 太陽耀斑質子模型391
7.1.3 LET譜曲線及套用393
7.2 翻轉率計算模型396
7.2.1 長方形平行管道（RPP）模型399
7.2.2 有效通量模型403
7.3 翻轉率計算方法404
7.4 翻轉截面模型408
7.5 半經驗計算方法410
7.6 質子單粒子翻轉率計算411
7.6.1 利用質子單粒子翻轉截面計算翻轉率411
7.6.2 利用重離子翻轉試驗數據計算質子單粒子翻轉率413
7.6.3 計算方法的適應性415
7.7 不確定性分析416
7.7.1 環境模型及不確定性418
7.7.2 LET不確定性420
7.7.3 綜合性因素分析425
參考文獻428
附錄431
索引437
