文档介绍:该【电力设备大气辐射试验方法 第1部分:集成电路中子单粒子效应(编制说明)征求意见 】是由【书籍1243595614】上传分享,文档一共【17】页,该文档可以免费在线阅读,需要了解更多关于【电力设备大气辐射试验方法 第1部分:集成电路中子单粒子效应(编制说明)征求意见 】的内容,可以使用淘豆网的站内搜索功能,选择自己适合的文档,以下文字是截取该文章内的部分文字,如需要获得完整电子版,请下载此文档到您的设备,方便您编辑和打印。《电力设备大气辐射试验方法第1部分:集成电路中子单粒子效应》编制说明I《电力设备大气辐射试验方法第1部分:集成电路中子单粒子效应》编制说明工作简况任务来源本标准由中国电力企业联合会标准化中心提出,由中国电力企业联合会电力集成电路标准化技术委员会(CEC/TC34)归口。本标准经国家能源局批准,根据2022年能源领域行业标准制修订计划(计划编号:能源20220482)的安排制订。起草单位本文件起草单位:工业和信息化部电子第五研究所、国家电网特高压事业部、南方电网电力调度控制中心、国家电网智能电网研究院、南方电网科学研究院有限公司、南京南瑞继保电气有限公司、中国电力科学研究院有限公司、北京怀柔实验室、北京智慧能源研究院、南方电网数字电网研究院有限公司、南方电网超高压输电公司电力科研院、广东电网公司广州供电局电力试验研究院、南瑞集团有限公司、国电南京自动化股份有限公司、广东粤电博贺能源有限公司、北京智芯微电子科技有限公司、广东电网有限责任公司广州供电局通信中心。标准名称变更说明无主要工作过程2022年10月,中国电力企业联合会电力集成电路标准化技术委员会启动制订本标准的前期工作,由工业和信息化部电子第五研究所牵头成立起草组,开展相关资料收集整理。2023年4月,中国电力企业联合会电力集成电路标准化技术委员会组织召开了标准编制工作启动会,,会后根据讨论意见完成了标准征求意见稿。,主要包括大气中子、环境热中子等,其可以在电子器件和设备中诱发单粒子效应,导致数据出错、功能中断、大电流锁定、烧毁等危害。随着电力设备使用的电子器件工艺的进一步发展,超高压电力电子器件频繁出现大气中子单粒子烧毁和栅穿,纳米工艺甚大规模集成电路对大气中子、环境热中子和封装阿尔法粒子单粒子效应愈发敏感。但是,国内和国际上,目前尚无针对电力设备及其使用的电子器件的大气辐射试验标准。因此,急需建立电力设备大气辐射试验标准系列,提升电力设备抗辐射能力,为辐射失效率的定量评价提供技术手段。本标准给出电力设备用集成电路大气中子单粒子效应试验评价方法,目的是通过辐射源加速辐照试验,得到电力设备用集成电路在应用大气环境下的辐射效应敏感性数据,为电力设备抗辐射能力提升和精确评价提供技术手段。,编制单位对国内外标准情况、试验技术等进行了深入调研和研究,对标准内容广泛征求相关领域专家、收集了大量应用经验和现场需求,确定了标准的主要内容。,以产生高的统计可信度。满足以下条件之一可停止辐照:a)单粒子翻转/单粒子瞬态发生数达到100次,或总注量达到1×1010?n/cm2,以先到为准。b)单粒子锁定/单粒子烧毁/单粒子栅穿发生数达到10次,或总注量达到1×1010?n/cm2,以先到为准。上述总注量也可以根据器件在实际大气环境的错误率指标和实际大气环境中子通量确定。其中,100次和10次的规定参考了国军标《宇航用半导体器件质子单粒子试验方法》,目的为保证实验结果的统计性。1×1010?n/cm2的总注量根据实际大气环境下的错误率指标和试验时间实际情况确定。,并且存在不同的结果。为了确保标准的科学性,保留了倾斜入射的要求。规定,如有必要,应开展倾角入射试验,评估中子束入射角度对测试结果的影响。,中子的射程比较长,若中子能量在器件封装材料中的损失可以忽略,则试验样品不需开帽,或试验人员应掌握灵敏区表面材料的厚度、成份、密度等信息,计算到达灵敏区的中子能量。,沉积足够的能量,导致多个物理地址邻近的存储单元发生翻转;通常认为其产生原因为单个离子径迹中的电荷通过扩散和寄生双极放大效应被多个灵敏节点共享而引起的。随着现代微电子技术的发展,器件特征尺寸的持续减小,导致相邻敏感节点的间距减小以及临界电荷的降低,可以预计多位翻转在深亚微米和纳米器件中变得越来越严重。通过将逻辑错误地址转换为物理错误地址,可以实现多位翻转的判别。一个位错误团被判别为多位翻转基于三个法则:1)物理地址邻近;2)错误数据相同(对于采取交错架构的器件);3)错误时间相近。上述法则可实现大多数多位翻转的分辨,当然也存在少数特殊情况,如多位错误正好发生在I/O段边界处,导致错误数据不同;或多位错误正好发生在当前扫描位前后,导致错误间隔时间约等于一个扫描周期。由此可见,多位翻转的判别需要SEU测试时,应实时记录错误的地址、数据、发生时间等信息,用于MCU和MBU判别。应对MCU进行分析,甄别出MBU单独报告。,上电测试。验证功能正常后,断电,将测试板放置在四维移动平台上,将测试芯片对准束流窗口中心。再次上电测试,验证功能正常后,开启远程监控模式。开始辐照试验。辐照过程中实时监测和记录器件发生的单粒子效应、入射中子注量率等相关信息。IX当SEU总数累积至100个(或规定值)或中子总注量达到预定值(以先到者为准),则停止辐照,更换器件开展下一轮试验。SEU测试时,应实时记录错误的地址、数据、发生时间等信息,用于MCU和MBU判别。应对MCU进行分析,甄别出MBU单独报告。辐照过程中实时监控被测器件的工作电流。如果器件电流大于正常电流的2倍且器件功能失效,且必须通过断电重启才能恢复,则判定发生了SEL。若中子注量达到预定值,器件仍未发生SEL,则认为不会发生SEL。主要试验(或验证)的分析、综述报告,技术经济论证,,开展典型敏感集成电路大气中子单粒子效应试验,证明了标准的科学性和可行性。。由于中子的穿透能力较强,不需要对被测器件进行开封处理。因此,在试验过程中,中子直接辐照在器件封装表面。具体地,对于1#器件,中子穿过塑封材料、芯片表层布线后到达器件灵敏区;对于2#器件,中子穿过硅衬底后达到器件灵敏区。单粒子效应测试系统具备对被测器件进行上电、写读、工作电流监测等功能。开始辐照前,将测试板安装在束流大厅的中子束线上(见图1),操作人员在控制大厅通过网线控制测试板,在被测器件中写入初始测试图形(棋盘格图形),实时监测被测器件各路工作电流。打开中子束流后,持续对被测器件进行“读比”操作,发现错误时,测试系统会自动上报错误地址、错误数据等信息。测试过程中,所有被测器件均未观测到单粒子闩锁现象。表1被测器件参数编号SRAM工艺型号容量供电电压(core)封装形式1#65nm平面CY7C1663KV188Mb×,非倒装2#14nmFinFET/8Mb×,倒装V图1试验现场图(中子束流孔道位于测试板背后,中子束流对准被测器件)试验所用的中子束流能谱如下图2所示。图2中产生单粒子效应的中子分为两个能区:热中子(E<)和高能中子,×106n/cm2/×105n/cm2/s。试验过程中,根据需要在中子束线上插入2mm厚的镉(Cd)板,,用于区分热中子对总翻转截面的贡献。中子最大能量为1600MeV。试验过程中,中子垂直、正面入射至被测器件。(E>10MeV)SEU截面对比。由图可见,随着工艺的发展,相比于65nm平面工艺器件,14nmFinFET工艺器件的SEU截面下降了约40倍。IX图365nm平面工艺和14nmFinFET工艺SRAM的高能中子SEU截面对比图4为65nm平面工艺和14nmFinFET工艺SRAM的热中子SEU截面对比。由图可见,65nm平面工艺器件对热中子不敏感,而14nmFinFET工艺器件表现出一定的热中子敏感性。相比于高能中子SEU截面,。图465nm平面工艺和14nmFinFET工艺SRAM的热中子SEU截面对比热中子主要通过与被测器件中的10B元素相互作用产生的次级粒子引起单粒子效应,其主要反应道如下式所示:n+10B→7Li()+4He()+gamma()使用SRIM软件可以计算得到次级Li离子和He离子在硅器件中的LET值与能量的关系(如图5所示)。/mg/cm2。图6给出了本文使用的14nmFinFETSRAM的重离子实验结果,。可见,热中子与10B元素相互作用产生的次级Li离子和He离子可以在14nmFinFETSRAM中引起SEU。(a)(b)图5(a)Li离子和(b)He离子在硅材料中的LET值与能量的关系图614nmFinFETSRAM的重离子实验结果对65nm平面工艺器件开展了二次离子质谱(SecondaryIonMassSpectroscopy,SIMS)测量和分析,未在器件中发现10B元素成份,该结果解释了上述“65nm平面工艺器件对热中子不敏感”的结论。而“14nmFinFET工艺器件表现出一定的热中子敏感性”的现象与FinFET工艺器件M0附近工艺中使用了10B元素有关。图7为65nm平面工艺和14nmFinFET工艺SRAM的中子MBU比例对比,包含了热中子和高能的共同贡献。由图可见,相比于65nm平面器件,14nmFinFET器件的MBU比例明显增高。其中,%%;65nm平面器件中未发现三位翻转,而14nmFinFET器件的三位翻转比例为1%。IX图765nm平面工艺和14nmFinFET工艺SRAM的中子MBU比例对比(使用图2的全能谱)采标说明本标准所涉及的标准化内容目前国际和国外均没有适用的相关标准,因此本标准未以采标方式进行编写。与有关的现行法律、法规和强制性行业标准的关系编写组认真研究了本标准涉及的现行法律、法规和强制性行业标准内容,确保了本标准不存在任何违背现行法律、法规和强制性行业标准的条款。重大分歧意见的处理经过和依据本标准编制过程中未出现重大意见分歧。本标准作为强制性标准或推荐性标准的建议由于本标准规定的内容并不直接涉及人身安全,因此建议将本标准作为推荐性行业标准实施。贯彻标准的要求和措施建议《电力设备大气辐射试验方法第1部分:集成电路中子单粒子效应》应在使用敏感集成电路(存储器、FPGA、CPU、SoC等)的电力设备中推广执行。废止现行有关标准的建议无。其它应予说明的事项无。IX目次一、工作简况 1二、标准编制原则及主要内容的论据 3三、主要试验(或验证)的分析、综述报告,技术经济论证,预期的经济效果 7四、采标说明 7五、与有关的现行法律、法规和强制性行业标准的关系 8六、重大分歧意见的处理经过和依据 8七、本标准作为强制性标准或推荐性标准的建议 8八、贯彻标准的要求和措施建议 8九、废止现行有关标准的建议 8十、其它应予说明的事项 8