國(guó)內(nèi)外大量的空間飛行實(shí)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(jī)構(gòu)操作異常等可恢復(fù)性“軟錯(cuò)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(jìn)行處置，導(dǎo)致SESD的真正危害長(zhǎng)期得不到準(zhǔn)確認(rèn)知和正確應(yīng)對(duì)、一直是威脅航天器在軌安全可靠的重要空間天氣問(wèn)題。

圖1. 空間充放電致星用器件電路故障的原理

中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心太陽(yáng)活動(dòng)與空間天氣重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陳睿副研究員、韓建偉研究員團(tuán)隊(duì)以130nmSOI工藝制備的DFF時(shí)序邏輯電路為對(duì)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(jī)制，建立了SESD干擾源模型，確立了致電路出錯(cuò)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(shí)序電路中的復(fù)位和電源端口對(duì)SESD敏感，且復(fù)位信號(hào)的誤識(shí)別和PMOS的可恢復(fù)擊穿是產(chǎn)生“軟錯(cuò)誤”的主要機(jī)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(cuò)誤的主要特征參數(shù)，導(dǎo)致該DFF存儲(chǔ)數(shù)據(jù)出錯(cuò)的正/負(fù)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(chǔ)數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)

圖4. SESD誘發(fā)DFF存儲(chǔ)數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)機(jī)理該研究得到國(guó)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金項(xiàng)目的資助，相關(guān)成果發(fā)表于Microelectronics Reliability[1]上。

審核編輯 ：李倩