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空间高能粒子与器件布线层核反应后次级粒子LET分布研究
杨涛1, 邵志杰2, 蔡明辉1,3, 贾鑫禹1,4, 韩建伟1,3
1.中国科学院 国家空间科学中心, 北京 100190;2.上海航天控制技术研究所, 上海 201109;3.中国科学院大学, 北京 100049;4.北京工业大学, 北京 100022
摘要:
空间高能质子和重离子是导致元器件发生单粒子效应的根本原因,为准确评估元器件在轨遭遇的单粒子效应风险,必须清楚高能质子、重离子与器件材料发生核反应的物理过程及生成的次级重离子LET(Line EnergyTransfer)分布规律。针对典型CMOS工艺器件模拟计算了不同能量质子和氦核粒子在器件灵敏单元内产生的反冲核、平均能量及线性能量转移值,并分析了半导体器件金属布线层中重金属对次级重离子LET分布的影响规律。计算结果表明:高能粒子与器件相互作用后产生大量次级重离子,且高能质子作用后产生的次级粒子的LET值主要分布为0~25MeV·cm2/mg;高能氦核粒子作用后产生的次级粒子的LET值主要分布为0~35 MeV·cm2/mg;有重金属钨(W)存在时能提高次级粒子的LET值,增加了半导体器件发生单粒子效应的概率,该研究结果可为元器件单粒子效应风险分析、航天器抗单粒子效应指标确定提供重要依据。
关键词:  高能粒子;CMOS工艺器件;LET值;单粒子效应;GEANT4
DOI:10.15982/j.issn.2095-7777.2019.02.009
分类号:O571
基金项目:中国科学院战略性先导科技专项A类资助项目(XDA17010301);北京市科技重大专项资助项目(Z181100002918004);载人航天领域预先研究课题资助项目(Y79001AF00)
Simulation of the Interaction's Effects on Single Event Effects between High-Energy Particles and Interconnect Overlayers within Semiconductor Devices
YANG Tao1, SHAO Zhijie2, CAI Minghui1,3, JIA Xinyu1,4, HAN Jianwei1,3
1.National Space Science Center, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China;2.Shanghai Institute of Spaceflight Control Technology, Shanghai 201109, China;3.University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;4.Beijing University of Technology, Beijing 100022, China
Abstract:
By simplifying the sensitive volume of semiconductor devices,a typical Geometric Model of CMOS device is has been built. The recoiled nuclei,average energy and LET induced by Cosmic High Energy Protons and High Energy alpha particles in the sensitive units are simulated. The effects of heavy metals within the devices' metal interconnect overlayers on the LET of Single Event Effect were studied,and the result shows that effects of high energy particles on the tungsten in the metal wiring layers can increase LET of secondary particles,and thus heighten the incidence of single event upset.
Key words:  high-energy particles;CMOS technique device;LET;SEE;GEANT4