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

Tao YANG,Zhijie SHAO,Minghui CAI, Xinyu JIA,Jianwei HAN

Journal of Deep Space Exploration（2019）

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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 Energy Transfer)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0～25 MeV·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.

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关键词

high-energy particles,CMOS technique device,LET,SEE,GEANT4

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