电离辐射会对电子元器件产生哪些影响

     所谓的电离辐射，是指高能粒子，如电子、质子、中子、α粒子，在穿越物质过程中与物质发生交互作用，高能粒子通过各种物理作用将能力耗散，这些耗散的一部分能量足以引发被作用物质发生电离，产生电子-空穴对。

     对于元器件而言，比如常见的MOS结构，MOS结构耗尽区的电场会驱使电子-空穴分离，形成一种电荷收集的效应，表象上在漏极形成一个电流脉冲，当收集过程超过“临界电荷”，就会引发MOS高低电平的转换。

     对于逻辑或存储电路而言，这种电平转换即表现为“0”到“1”或“1”到“0”的变化，称这种现象为“单粒子翻转（SEU）”。

     单粒子翻转可以发生在一个电路单元，也可以由于电荷共享，造成临近物理地址的单元同时发生翻转，这种现象又称为“多位翻转（MBU）” 。

     单粒子翻转会引起电路的逻辑或存储错误，但是这种错误往往可以通过电路的刷新而得到恢复，称这种现象为软错误（Soft Error），一定时间内产生多少这种软错误称为软错误率（SER）。

      但如果电离过程过于剧烈或者电荷收集电场过于强大，引发的收集过程的电流过大就会对电路单元产生不可挽回的损伤（过电损伤），这种现象为硬错误（Hard Error），包括闩锁、栅穿、烧毁等，这些现象在宇航空间中偶发出现，而在地球大气以下的空间，往往出现在特殊的功率器件中，比如IGBT。

为什么航空和汽车要做软错误率评估（SER）

  对于地面或近地空间，α粒子和大气中子分别是半导体集成电路面临的主要辐射源，前者来自器件内部，后者来自器件外部的大气环境。

   半导体器件的各种制造和封装材料(模塑料、焊球、底部填充胶等)中含有少量的的同位素，这些同位素释放出α粒子（氦核），具有较强的电离能力，但是其穿透能力较弱，在Si中的穿透力有限约为几十μm。

   大气中子是来自宇宙空间的高能粒子射线轰击地球上空的中性大气，诱发产生的中子，其特点具有非常宽的能量范围，而且中子的穿透能力极强。

    无论是哪种粒子，它们都是广泛地存在于现实生活中的，因此不可避免地会造成具有逻辑或存储功能的集成电路出现软错误，而这种软错误的随机性会造成器件功能错误，传递给整个电子系统，进而可能引发电子系统故障，甚至电子系统失效。特别是对功能安全相关的电子系统而言，这种辐射带来的集成电路软错误的影响尤为明显，会直接威胁到这个电子系统的安全运行。

软错误率实验如何实现的，需要具备哪些条件？

   软错误率实验目前主要采用加速实验辐射方式完成对集成电路地面单粒子软错误的实验。

    加速实验即采用单位时间内粒子放射量（通量）高于真实情况数倍的放射源，对待测器件进行辐照实验，得到累积软错误数据后，再通过与实际情况比例系数反推至真实情况下的软错误率。

    目前α粒子辐射源主要采用同位素源，而大气中子一般采用散列中子源进行加速实验。

     实验过程中除了要拥有必要的辐射源，还需要考虑其他因素对实验的影响，原则上需充分暴露样品的敏感区，并减少其他因素的影响：如针对α粒子实验而言，其在Si中穿透深度有限，需要让辐射源充分地贴近器件的辐射敏感区（存储区），因此实际实验时需要采用定点开封，以暴露出这些敏感区，而如果器件采用了FLIP-CHIP方式的封装，则可能无法进行α粒子实验。

进行集成电路软错误率实验时，需要：

1.保证器件可以持续工作。

2.通过监测手段获得器件存储区的实时数据。

3.能够与预期数据进行实时比对，确定错误数据。

4.需要能够检测到错误数据的实际物理地址，这主要是为了统计实验过程中出现的多位翻转情况。

广电计量的服务

    广电计量作为专业第三方测试平台，在集成电路软错误率评估方面具备资深的技术开发团队，为集成电路产品提供包括AEC-Q100，ISO26262，IEC62396等的相关标准规定的集成电路软错误率评估实验提供技术咨询和技术服务，包括测试方案设计与优化，测试系统软硬件开发，辐射实验实施，数据收集与分析。为集成电路产品的检测认证，功能安全评估提供技术支持和保障。