为什么宇宙射线会破坏电子设备? 宇宙存在了140亿年,而人类现在可以看到300亿光年的星系,...

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宇宙射线所携带的高能粒子破坏力超乎大家的想象,地球的磁场保护了我们。

电子设备的抗辐照指标是空间器件非常关键的指标。

单粒子效应SEE是由宇宙射线或强磁层产生的高能带电粒子引起的。高能粒子流可以打穿芯片的封装材料,进入芯片内部对芯片造成破坏。

SEE是由辐射环境中的高能粒子(质子、中子、α粒子和其他重离子)轰击微电子电路的敏感区引发的。在p-n结两端产生电荷的单粒子效应,可引发软误差、电路闭锁或元件烧毁。SEE中的单粒子翻转会导致电路节点的逻辑状态发生翻转。

单粒子效应又分为两类:单粒子翻转效应(SEU:Single Event Upset)和单粒子锁定效应(SEL:Single Event Latchup)。单粒子效应是指单个高能粒子穿过微电子器件的灵敏区时造成器件状态的非正常改变的一种辐射效应,包括单粒子翻转、单粒子锁定、单粒子烧毁、单粒子栅击穿等。

单粒子翻转(SEU):Single Event Upset

在一些电磁、辐射环境比较恶劣的情况下,大规模集成电路(IC)常常会受到干扰,例如宇宙中单个高能粒子射入半导体器件灵敏区,使器件逻辑状态翻转:原来存储的"0"变为"1",或者"1"变为"0",从而导致系统功能紊乱,严重时会发生灾难性事故。

最容易发生SEU的是像RAM这种利用双稳态进行存储的器件,其次是CPU,再其次是其它的接口电路。随着芯片集成度的增加,发生SEU错误的可能性也在增大。在特定的应用中,SEU已经成为一个不能忽视的问题。

单粒子锁定,是单粒子效应的一种,单粒子入射产生的瞬态电流会

单粒子锁定示意图

导致设备功能性损坏。单粒子锁定主要发生于CMOS器件中。



宇宙中的射线是一种电磁波,而电子设备之间也是用电磁波“交流”(因为电磁波传播的速度更快)所以宇宙射线的更高频率的电磁波可以干扰电子设备之间用于“交流”的低频率电磁波。如果这种电子设备不支持那种高频率电磁波,或者高频率电磁波的频率已经超额的话,就会对这种电子设备进行破坏。

电磁波

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