中能质子引发铁电存储器单粒子效应的研究

论文摘要

铁电存储器（FRAM）作为一种新型存储器,它读写速度快、读写次数多、功耗低。这些特点使其应用于各行各业,成为新型存储器中的热门。另外,由于铁电存储器独特的存储机制使得它在辐照环境中表现优越,铁电存储器在未来航天航空领域的应用前景十分光明,相关铁电存储器单粒子效应的研究越来越受到重视。在空间辐射环境中,质子分布广泛、成分占比最多,会对航天器件造成严重的影响,因此对铁电存储器开展质子单粒子效应研究具有深刻意义。本文基于商用铁电存储器开展了中能质子对铁电存储器的单粒子效应实验研究,对铁电存储器质子单粒子效应进行了分析,借助Geant4蒙特卡罗粒子输运模拟工具对器件和质子的相互作用进行了理论计算。主要研究内容和结果如下:1.基于中国原子能科学研究院的中高能质子实验平台,针对FRAM的单粒子功能中断效应开展了研究,并分别从质子辐照和信号扰动两个方面对功能中断机理进行了分析。研究发现,铁电存储器在一定能量质子辐照下会发生功能中断现象,该功能中断是由质子辐照在器件中引发电路级单粒子扰动造成;随着质子能量的增加,功能中断现象更加明显,中断截面增高。为了对比研究,同时开展了重离子和激光的辐照效应实验,发现重离子和激光的辐照也会通过在外围电路中产生微锁定发生功能中断。2.基于中国原子能科学研究院的中高能质子实验平台,针对FRAM的单粒子翻转效应进行了研究。实验获得了FRAM在100 MeV能量段以下的质子单粒子翻转截面,该截面在10-9数量级。分析认为,100 MeV能量以下的质子无法引起存储器外围电路的异常,铁电存储器中发生的单粒子翻转与外围电路无关。3.借助Geant4蒙特卡罗粒子输运模拟工具,对FRAM的多层金属布线层结构进行了建模,计算了不同能量的质子在不同临界电荷下对模型造成的翻转截面,模拟了中能质子在经过高Z材料后径迹分布。通过模拟获得了不同能量质子在材料中产生能量累积导致单粒子效应的积分截面曲线,对灵敏体积内的次级粒子和能量分布进行了统计,模拟结果表明质子在经过重金属材料后出现径迹增殖现象,最后通过分析次级粒子信息分析了径迹增殖的机理。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 琚安安

导师: 郭红霞

关键词: 铁电存储器,质子单粒子效应,辐照实验,效应机理,蒙卡输运模拟

来源: 湘潭大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,计算机硬件技术

单位: 湘潭大学

分类号: TP333;O572.341

DOI: 10.27426/d.cnki.gxtdu.2019.001338

总页数: 65

文件大小: 2354K

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