SESD導(dǎo)致星用DFF電路故障的特征規(guī)律、敏感區(qū)域與微觀機制

國內(nèi)外大量的空間飛行實踐表明，空間帶電粒子誘發(fā)的充放電效應(yīng)（SESD，Spacecraft charging induced Electro-Static Discharge）是空間天氣導(dǎo)致航天器故障的主要方式之一，且故障現(xiàn)象主要表現(xiàn)為星用電子器件和電路系統(tǒng)出現(xiàn)數(shù)據(jù)或邏輯狀態(tài)跳變、工作模式非受控切換、執(zhí)行機構(gòu)操作異常等可恢復(fù)性“軟錯誤”。由于SESD故障宏觀現(xiàn)象與單粒子效應(yīng)（SEE，Single Event Effects）故障相似，航天工程應(yīng)用常常將二者籠統(tǒng)地歸為后者進行處置，導(dǎo)致SESD的真正危害長期得不到準確認知和正確應(yīng)對、一直是威脅航天器在軌安全可靠的重要空間天氣問題。

圖1. 空間充放電致星用器件電路故障的原理

中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心太陽活動與空間天氣重點實驗室陳睿副研究員、韓建偉研究員團隊以130nmSOI工藝制備的DFF時序邏輯電路為對象，初步研究揭示了SESD導(dǎo)致星用DFF電路故障的特征規(guī)律、敏感區(qū)域與微觀機制，建立了SESD干擾源模型，確立了致電路出錯的關(guān)鍵閾值參數(shù)，為建立完整的SESD致星用器件電路故障模型奠定了核心基礎(chǔ)。 研究表明，時序電路中的復(fù)位和電源端口對SESD敏感，且復(fù)位信號的誤識別和PMOS的可恢復(fù)擊穿是產(chǎn)生“軟錯誤”的主要機理。提出了阻尼衰減正弦振蕩脈沖SESD干擾源模型，具體特征與參數(shù)如下公式和圖例所示。其中，SESD脈沖主峰的幅值（A）與脈寬（τ）是誘發(fā)DFF產(chǎn)生軟錯誤的主要特征參數(shù)，導(dǎo)致該DFF存儲數(shù)據(jù)出錯的正/負向SESD脈沖幅度與脈寬閾值分別約為1.2V、0.6ns 和-0.64V、20ps。

圖2 . SESD干擾源模型

圖3. SESD誘發(fā)DFF存儲數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)

圖4. SESD誘發(fā)DFF存儲數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)機理該研究得到國家自然科學(xué)基金、中科院復(fù)雜航天系統(tǒng)電子信息技術(shù)重點實驗室基金項目的資助，相關(guān)成果發(fā)表于Microelectronics Reliability[1]上。

審核編輯 ：李倩