静态随机存储器总剂量辐射损伤的在线与离线测试方法 - 物理学报.pdf

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 63, No. 8 (2014) 086101 静态随机存储器总剂量辐射损伤的 在线与离线测试方法 丛忠超 余学峰 崔江维 郑齐文 郭旗 孙静 汪波 马武英 玛丽娅 周航 1)(新疆理化技术研究所, 中国科学院特殊环境功能材料与器件重点实验室, 新疆电子信息材料与器件重点实验室, 乌鲁木齐 830011) 2)(中国科学院大学, 北京 100049) ( 2013 年12 月17 日收到; 2014 年1 月6 日收到修改稿) 以静态随机存储器为研究对象, 对其在线和离线测试下的总剂量辐射损伤规律进行了研究. 探寻了两种 测试条件下总剂量损伤的差异并对造成差异的物理机制进行了分析和讨论. 研究结果表明: 由于静态随机存 储器存在多种总剂量失效模式, 相对于在线测试只能覆盖存储单元固定错误的一种失效模式, 离线测试可覆 盖多种功能失效模式; 由于信号完整性对测试频率的限制, 使得在线测试得到的动态功耗电流值要明显小于 离线测试得到的动态功耗电流值; 由于“印记效应” 的存在, 在线测试静态功耗电流小于离线测试中器件存储 与辐照相反数据时的静态功耗电流值; 在线无法测量的一些电参数, 有可能先于在线可测参数而失效. 这些 研究结果对于静态随机存储器在星用辐射环境下的总剂量辐射损伤规律的研究和实验评估具有重要意义. 关键词: 在线测试, 离线测试, 静态随机存储器, 功能测试 PACS: 61.80.Ed, 61.82.Fk, 85.30.Tv, 07.85.–m DOI: 10.7498/aps.63.086101 试与在线测试. 1 引 言 离线测试是指利用大规模集成电路自动测试 设备 (ATE) , 在不同的累积剂量点对器件进行工 静态随机存储器 (SRAM) 是数字处理、信息处 业标准的全参数测试, 根据参数测试结果是否在器 理、自动控制设备中的重要组成部件, 被广泛应用 件正常工作范围内来判定器件能否承受相应剂量 于航天器的控制系统中. 空间辐射环境中的带电粒 的总剂量辐照. 离线测试可以准确全面地测试器件 子(如电子、质子与带电重粒子) 和宇宙射线会改变 的总剂量辐射损伤, 但其存在测试参数多且测试方 半导体材料及器件的电学特性13 , 从而对SRAM 法复杂的问题, 测试程序开发及调试周期较长, 所 器件造成辐射损伤47 , 严重威胁着航天器工作的 以目前在SRAM 器件的总剂量辐射评估试验中仍 可靠性和安全性. 因此, 器件在空间应用前需要进 多采用在线测试方法. 行地面模拟评估试验来确定是否满足抗辐射性能 在线测试是指在器件辐照期间对器件进行功 要求. 能及电流参数的测试, 实时监测器件的功能是否 自20 世纪70 年代初以来, 国内外开展了大 正常以及电流参数是否在可承受范围内. SRAM 量有关SRAM 总剂量辐射效应和评估方法的研 器件在线测试多在以现场可编程门阵列 (FPGA) 究814 , 目前在辐照试验中通常采用两种方法对 器件为核心的测试板上完成, 该测试方法具有 SRAM 器件的总剂量辐射损伤进行测试, 即离线测