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《半导体器件单粒子效应的加速器模拟实验》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第14卷第1期强激光与粒子束Vol.14,No.12002年1月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSJan.,2002文章编号:100124322(2002)0120146205X半导体器件单粒子效应的加速器模拟实验贺朝会,耿斌,杨海亮,陈晓华,张正选,李国政(西北核技术研究所,陕西西安710024)摘要:着重描述了应用加速器开展半导体器件的单粒子效应实验研究的方法。采用金箔散射法可以降低加速器束流几个量级,从而满足半导体器件单粒子效应实验的要求。研制的弱流质子束流测量系统和建立的质子注量均匀性测量方法解决了质子注量的准确测量问题。实验测得
2、静态随机存取存储-142-12器的质子单粒子翻转截面为10cm·bit量级,单粒子翻转重离子LET阈值为4～8MeV·cmö-72-1mg,重离子单粒子翻转饱和截面为10cm·bit量级。关键词:加速器;质子;重离子;单粒子效应;半导体器件中图分类号:TL501文献标识码:A[1～3]空间辐射环境中的带电粒子会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。高能质子是导致单粒子效应的主要因素,重离子次之。对于有的轨道,如高轨道和地球同步轨道,重离子是主要的。因此,必须开展高能质子和重离子单粒子效应实验,研究其单粒[4～6]子效应规律,
3、建立单粒子效应地面模拟手段。用于单粒子效应地面模拟的设备主要是加速器。国内可以用来开展单粒子效应实验研究的加速器不多,主要原因是粒子束流太强,能量较低;并且没有适于做单粒子效应实验的装置和设备,需要开发和研制,特别是高能质子单粒子效应实验。我们分别在中国科学院高能物理所的35MeV质子直线加速器和中国原子能研究院的2×12MV串列加速器上,利用散射方法降低粒子束流强度,研制新的测量系统,采用合理的测量方法,准确测量入射离子注量,进行了单[7]粒子效应实验,得到了满意的结果。1实验方法1.1质子单粒子效应实验实验是在中国科学院高能物理所35MeV质子直线加速器上进行
4、的。提供的质子束流,平均流强在LA量级,大于单粒子效应所需束流强度5～6个量级。因此,首要问题是减弱束流。1.1.1金箔散射法采用金箔散射法降低束流,既可以成量级地减弱束流,又能充分利用束流。根据卢瑟福散射理论,计算了不同流强的质子束入射在不同厚度的金靶上,在不同散射角度下,不同距离上的散射质子束强度。2根据预估的单粒子翻转截面和满足统计误差要求的翻转数,选取150mgöcm厚的金箔做靶,在30°散射角,距靶25cm处布置被辐照器件和测量散射质子流强的法拉第探测器。由于用散射束进行辐照实验,散射角度的误差对质子注量的计算影响很大,因此,设计加工了专用质子辐照支架,
5、可一次放置被辐照器件十几个,充分利用了束流,并保证每个器件与散射质子束垂直(即质子束垂直入射器件)。为了使束流集中,减小理论计算的误差,在散射靶前装有长30mm、直径15mm的准直器。实验布局如图1所示。1.1.2束流测量总的质子流强通过三种方法测量:(1)根据电流脉冲宽度、幅度和重复频率,理论计算平均流强;(2)通过束流积分器实测束流强度;(3)通过电流感应,把电流信号转换成电压信号,实时采样,测量束流强度。三种方法的测量误差小于5%。X收稿日期:2001205209;修订日期:2001207228基金项目:国防科技预研经费资助课题作者简介:贺朝会(19662)
6、,男,陕西武功人,博士,副研究员,从事半导体器件的核辐射效应研究;西安市69213信箱。第1期贺朝会等:半导体器件单粒子效应的加速器模拟实验147Fig.1Experimentlayoutforprotonsingleeventeffects图1质子单粒子效应实验布局散射后的质子束流强度在pA量级。而一般用于束流测量的束流积分器和磁感应线圈法,测量范围-14在nA～A量级。金硅面垒和锂漂移等半导体探测器,测量的最大流强为10A。对于半导体探测器,束流太强,一方面,造成脉冲堆积,死时间增加,误差增大;另一方面,质子对半导体探测器的辐射损伤比较严重。因此,研制了弱流质
7、子束测量系统,用来测量散射后的质子束流。测量系统由法拉第探测器、静电[8]计、计算机等组成。法拉第探测器放在与器件对称的位置上,通过法拉第探测器收集入射质子,用静电计测量质子束流大小,由计算机进行数据处理。系统-14的本底电流仅为10A量级。实验中测到了pA量级的质子流强(图2),与散射理论计算的结果一致。通过对每一时刻的质子流强积分,可以给出任一时间段内的质子注量。t5=∫Is(t)dtöSe(1)0-2式中:5为质子注量(cm);Is(t)为散射质子流强Fig.2ProtoncurrentoftheorderofpAvstime2(A);t为测量时间(s);S
8、为接收面积
