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我所在電子材料阿爾法粒子測量技術(shù)方面取得關(guān)鍵進(jìn)展

2020-09-01
來源：重點實驗室
供稿人：張戰(zhàn)剛
字體：大中小

經(jīng)過數(shù)月的技術(shù)攻關(guān)和平臺集成調(diào)試，突破一系列關(guān)鍵技術(shù)包括超低本底阿爾法粒子測量,、免沾污制樣,、能譜識別、宇宙射線影響分析等,，我所在電子材料超低本底阿爾法粒子測量技術(shù)方面取得突破性進(jìn)展,，發(fā)射率測試指標(biāo)達(dá)到0.001 α/cm²/hr（ULA等級）。該環(huán)節(jié)的打通使我所具備了一體化的電子器件阿爾法粒子軟錯誤評價能力,，包括材料級發(fā)射率測試,、器件級輻照試驗、粒子輸運仿真等,，可廣泛應(yīng)用于電子材料篩選和質(zhì)量控制,、軟錯誤率測試等，提升電子產(chǎn)品可靠性。

半導(dǎo)體器件的各種制造和封裝材料中存在痕量的鈾（U）,、釷（Th）等雜質(zhì),，這些雜質(zhì)具有天然放射性，其釋放的阿爾法粒子具有較強的電離能力,。目前,，半導(dǎo)體器件中阿爾法粒子主要來源于模塑料、焊球,、底部填充膠等,，其發(fā)射率分為三個等級：普通、低阿爾法（LA）和超低阿爾法（ULA）,。阿爾法粒子穿過電子器件時可產(chǎn)生大量的電子-空穴對,，電子-空穴對被器件收集進(jìn)而導(dǎo)致軟錯誤的出現(xiàn)。軟錯誤雖然可以被糾正,，但當(dāng)其發(fā)生在關(guān)鍵位置（如中央處理器指令緩存）且沒有被及時修正時,，可能導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。隨著集成電路工藝的持續(xù)發(fā)展,，受集成度增大,、供電電壓降低、節(jié)點電容減小等因素的影響,，電離粒子在先進(jìn)工藝器件中引起的軟錯誤成為應(yīng)用可靠性的關(guān)鍵威脅,。

在大氣環(huán)境中，軟錯誤主要來源于阿爾法粒子,、高能中子和熱中子,。我所輻照團(tuán)隊最新的研究成果表明，65 nm工藝SRAM在北京地面應(yīng)用時的總體軟錯誤率為429 FIT/Mb,，其中阿爾法粒子的貢獻(xiàn)為71%（詳見文后鏈接）,。在航空應(yīng)用環(huán)境中，若不對電子材料進(jìn)行阿爾法粒子發(fā)射率控制,，其引起的軟錯誤率將同樣高于大氣中子,，成為致命威脅。因此,，針對高可靠,、大規(guī)模電子系統(tǒng)進(jìn)行阿爾法軟錯誤測試和評價，對提升產(chǎn)品可靠性具有重要意義,。

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圖 1 阿爾法衰變示意圖

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圖 2 半導(dǎo)體器件封裝中的阿爾法粒子來源（圖片來源：IBM）

阿爾法源輻照測試：https://doi.org/10.7498/aps.69.20201796

散裂中子源測試：https://doi.org/10.7498/aps.69.20191209

高海拔大氣中子測試：https://ieeexplore.ieee.org/document/8698898

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