XJIPC OpenIR  > 材料物理与化学研究室
SRAM型FPGA器件总剂量辐射效应及评估技术的研究
高博
学位类型博士
导师任迪远
2011-05-30
学位授予单位中国科学院研究生院
学位授予地点北京
学位专业微电子学与固体电子学
关键词Sram型fpga器件 总剂量效应 辐射损伤 评估技术 试验方法
摘要FPGA器件由于具有功耗低、集成度高、速度快等优点,尤其是具有系统内可再编程(或再配置)的能力,使其成为目前正在追求小型化、轻量化、低功耗的空间平台与载荷的理想器件选择;但另一方面,作为超大规模电路的FPGA器件在空间辐射环境下,又极易产生电离辐射损伤,使其在航天领域中的广泛应用受到了极大的制约。因此,提高FPGA器件的抗辐射能力,发展FPGA器件在空间辐射环境下的可靠性保证方法,对推动FPGA器件在空间的广泛应用,从而促进我国航天事业的发展,具有极其重要的现实意义。 FPGA器件辐射效应及损伤机理的研究是发展FPGA器件抗辐射加固工艺和技术的基础性工作,为此本文比较系统地研究了SRAM型FPGA器件的总剂量辐射响应规律及损伤物理机制,与已有的研究结果比较,在试验方法和最终试验结果上都有所发展和创新,例如:通过软件编程,对FPGA器件在不同模块及模块交叉实现相同功能时的辐射损伤效应和退火效应进行了比较,探讨了不同模块及模块交叉实现相同功能时辐射损伤差异,从而确立了器件内辐射损伤敏感单元及辐射损伤敏感参数。此外,基于SRAM型FPGA器件内部基本CMOS单元辐射损伤,深入研究了器件功能失效的微观机制,并根据CMOS管辐射损伤机理对SRAM型FPGA器件潜在的辐射损伤物理机制进行了解释。 为了保证FPGA器件在空间环境中的可靠性,本文较细致地研究了SRAM型FPGA器件的辐射损伤测试方法及评估技术,取得了一些非常有价值的研究成果,例如:试验中发现辐照后器件功耗电流在室温下快速回漂,而在高温下先继续漂移然后回漂的现象,这一现象对我们发展大规模器件总剂量辐照试验方法具有十分重要的意义;比较全面、细致地研究了SRAM型FPGA器件在不同偏置条件下的辐射损伤差异,找出了最劣偏置状态;对7.8×10-3 Gy(Si)/s到0.71 Gy(Si)/s剂量率范围内6个不同的剂量率点进行了总剂量辐照试验,分析了不同剂量率辐射损伤差异,系统的研究了器件的剂量率效应,提出了辐照实验时剂量率的选取;探讨了不同辐照源下器件的辐射损伤差异。 综上所述,本文结合国内关注的热点,从工程应用需求出发,以典型SRAM型FPGA器件为依托,对器件进行了总剂量辐照实验,首次较全面的研究了SRAM型FPGA器件辐射损伤的物理机制,对国产FPGA器件的抗辐射加固设计具有重要的指导意义。此外,初步建立了SRAM型FPGA器件辐射损伤评估方法,为国产FPGA器件辐射损伤水平的评估提供了技术支持。
其他摘要As FPGA devices have the advantage of low power consumption, high integration, fast speed, especially the system re-configured capacity, making it ideal device selected to pursuit miniaturization, lightweight, low power consumption for space platforms and load. But, because susceptible to the influence of ionizing radiation in the space radiation environment, the large scale circuits as FPGA device in the aerospace field of application has been greatly restricted. Thus enhancing the anti-radiation ability of FPGA device and developing the reliability-guarantee method of the FPGA device in the space radiation environment is of great significance to promote the wider use of the FPGA component in the space environment, and so as to contribute to the development of our country's aerospace industry.
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.xjipc.cas.cn/handle/365002/4411
专题材料物理与化学研究室
作者单位中国科学院新疆理化技术研究所
推荐引用方式
GB/T 7714
高博. SRAM型FPGA器件总剂量辐射效应及评估技术的研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2011.
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