180 nm CMOS微處理器輻照效應敏感外設及其損傷劑量的概率模型分析

劉一寧 楊亞鵬 陳法國 張建崗 郭 榮 梁潤成

（中國輻射防護研究院 太原030006）

目前國內許多單位開始研發耐輻射機器人，或進行相關實驗研究［1-6］，為了合理估計機器人內復雜電路在輻射環境下的可靠度，需要了解包括微處理器在內各器件在工作狀態下受到輻照損傷時對輻照效應最敏感的功能，并建立失效劑量的統計概率模型。由于在線輻照實驗的復雜性，目前國內對商用微處理器在線輻照損傷的研究較少。

本文以60Co 作為輻射源，對一定樣本量的特征工藝尺寸為180 nm 的互補金屬氧化物半導體（Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS）微處理器進行了總劑量實驗，測量了器件的輻射效應。找出了片內對總劑量效應敏感的外設，分析其原因并建立了電離輻照實驗數據統計處理方法和檢驗方法，給出了微處理器片內閃存存儲器（On-chip Flash memory，FLASH）由于總劑量效應導致寫入失效的概率模型。對比了三參數威布爾分布、兩參數威布爾分布、正態分布和對數正態分布的模型參數和K-S檢驗結果。

1 實驗方法與原理

1.1 實驗樣品及輻照條件

開展了180 nm CMOS 微處理器芯片的60Co 在線電離輻照實驗，實驗樣品為4片Cortex-M3內核的增強型32 位微處理器―STM32F103C8T6，輻照時器件工作在運行狀態，設計了相應的最小系統電路板、周圍器件屏蔽體和上位機軟件，實現閃存存儲器、定時器、通用同步異步收發串口、片內模擬數字轉換器、直接存儲器訪問、通用輸入輸出等功能的實時在線測試。

輻照實驗在中國輻射防護研究院的60Co γ 放射源上進行，放……