重离子模拟源的探讨与优化

直线串列静电加速器（TVGA）和回旋加速器均可以产生高能量、不同LET值的重离子来进行单粒子效应评估试验。回旋加速器可加速能量可变的多种离子，注量率在102～108 particle/（cm2·s）连续可调，在硅中的射程不小于30 μm。一般来说，回旋加速器单粒子效应试验终端配有放置试验板的真空室，真空室有密封插座，电缆可通过密封插座与外部试验系统连接。回旋加速器的特点是可将离子加速到很高的能量，加速离子的最大能量可超过1 GeV，加速离子的射程长。对某些高能量离子来说，试验测试可以在大气环境进行。串列静电加速器可加速能量连续可变的离子，注量率在102～108 particle/（cm2·s）连续可调。串列静电加速器单粒子效应试验终端也具有放置试验板的真空室，真空室有密封插座，电缆可通过密封插座与外部试验系统连接。串列静电加速器的特点是可以相对快速改变离子的种类和能量，较快测量出敏感器件的单粒子事件阈值，与回旋加速器相比，串列静电加速器提供的离子的能量相对较低，离子的射程一般较短，特别是它难以提供射程满足要求的高原子序数的离子。

国内现有两台加速器均可以正常提供模拟试验用的不同能量重离子，根据国内相关试验结果看，HI-13串列静电加速器能够提供多种不同能量和LET值的重离子进行模拟试验；而重离子加速器上的重离子能量很高，但是离子种类单一。各类加速器及其提供离子及设备的主要特点如表4-3、表4-4及表4-5所示。

表4-3　用于单粒子效应地面模拟试验的加速器

表4-4　典型回旋加速器（美国LBNL 88-IN）提供离子种类

表4-5　范德格喇夫静电回旋加速器提供离子种类

（HI-13串列静电加速器和回旋加速器HIRFL提供的离子参数与上类同）

在实际测试中可以根据具体的试验要求和现实条件选用不同的重离子进行模拟试验。例如开展存储器件的多位翻转试验时，采用Cf-252源在测试系统调试及预备试验阶段使用；HI-13串列静电加速器提供的重离子能量较低，可用来研究垂直轰击情况下产生的多位翻转，用HI-13串列静电加速器得到的MBU结果表明只检测到两位翻转，没有两位以上翻转出现；重离子加速器提供的高能重离子可用来研究掠射情况下产生的多位翻转，并且要求实现入射角度在0°～85°可调。在试验中发现，存储器IDT71256芯片中写入“00”，而且仅当写入“00”时，在离子以各个角度入射下，都检测到了MBU，翻转位数甚至达到8位。表4-6是多位翻转模拟试验中的重离子模拟源。

表4-6　多位翻转重离子模拟源

下面结合HI-13串列静电加速器，介绍辐照试验过程中重离子模拟源测试和引出的具体过程。在静电加速器引出的高剥离态离子的束流调试中，用荧光屏或法拉第筒直接监测束流。利用离子源的高压与磁参数修订，实现高剥离态离子的加速与引出。从加速器引出的初级离子轰击金靶，得到通量为102～103个/（cm2·s）的弱束流，DUT板是固定在圆弧形的支架上的，上面有试验样品，中间有一个孔。试验前，旋转支架，将孔对准束流，束流通过孔打到后面的探测器上，校准计数器和多道计数器的计数值的比例，在试验过程中，旋转支架，使样品依次进入束斑，通过多路计数器的计数值就可以算出打到芯片上的离子数，而且这样的设计使离子以一定的角度入射到样品，这也是试验设计所期望的。试验中束流测试装置和DUT所在终端设备如图4-45和图4-46所示。

图4-45　串列静电加速器散射室装置

图4-46　串列静电加速器探测器室及探测装置(www.xing528.com)

在串列加速器上，辐照试验的一般过程和步骤如下：

（1）调试好SD1、SD2、SD3、PSSD工作状态。Vb=100～200 V，注意减少噪声。

（2）辐照每个器件前，测量监督注量比：k=NSD3/NSD1。最好测3次。做好SD3与SD1的位置记录（SD1放置-20°，SD3放置在焦面中心）。

（3）将样品置于SD3处（按刻度好了的位置）。

（4）按要求先调好束流强度，然后将粒子注量监测系统及样品测试系统准备好，送束流同时进行测量。在串列静电加速器上的具体试验表明，通常随着入射离子LET值和能量的增加，诱发各种单粒子效应的概率越大。如在单粒子烧毁重离子模拟试验中发现，随着入射离子LET值和能量的增加，样品发生单粒子烧毁的临界电压明显随之降低，而且样品的烧毁截面也显著增大。在开展的SEB模拟试验中，用高剥离态碘离子照射所有试验样品得到的临界电压最小。