西北核技术研究所丁李利研究员等：电子器件辐射效应仿真技术

《电子器件辐射效应仿真技术》一书由丁李利研究员、陈伟研究员和王坦助理研究员共同撰写，系统介绍了电子器件辐射效应仿真技术，涵盖总剂量效应、单粒子效应、位移损伤效应、瞬时剂量率效应仿真技术及仿真软件应用等内容。辐射效应及其影响辐射效应指辐射与物质相互作用产生的现象，作用于电子器件时可能导致电学性能退化、存储数据丢失甚至功能失效。随着空间技术、核技术与微电子技术的发展，电子器件在辐射环境中面临总剂量效应、单粒子效应、位移损伤效应、瞬时剂量率效应等威胁。例如，总剂量效应会使器件的阈值电压漂移、漏电流增加；单粒子效应可引发单粒子翻转、单粒子闩锁等，导致电路功能错误或器件损坏；位移损伤效应会改变材料的晶体结构，影响器件的电学参数；瞬时剂量率效应则可能在短时间内对器件造成严重损伤。辐射效应仿真技术的重要性辐射效应仿真是揭示电子器件中辐射效应机理规律、探寻有效抗辐射加固手段的重要研究方法。它利用物理建模和数学建模，模拟辐射与器件不同层级间的相互作用过程，包括粒子输运仿真、器件级仿真、电路级仿真等。粒子输运仿真模拟辐射与器件材料相互作用，预测辐射粒子在材料中的传输和能量沉积；器件级仿真模拟器件内部辐射感生载流子漂移扩散过程，分析辐射对器件电学性能的影响；电路级仿真模拟器件性能退化对电路功能的影响，评估整个电路系统在辐射环境下的可靠性。例如，利用TREES 2.0软件可以计算65nm存储器单粒子效应热点图，直观展示单粒子效应在存储器中的分布情况，其中SCU表示单个位翻转，MCU表示多单元翻转。辐射效应仿真技术的优势直观、高效、快速，能够在器件投产前预测其抗辐射性能，大幅削减试验所需的时间开销、降低器件研制成本。降低试验成本、提高试验效率、指导和辅助优化抗辐射加固设计。例如，通过仿真可以提前发现设计中可能存在的抗辐射薄弱环节，有针对性地进行改进，避免在实际试验中出现严重问题，减少反复试验的次数和费用。国内外研究现状长期以来，美、俄、欧洲各国和地区高度重视电子器件的辐射效应仿真技术研究，在辐射损伤建模与仿真中开展了大量工作，研制的商用或专业软件包括CREME96、CREME - MC、SPACE RADIATION、MRED、MUSCA SEP3等，为器件在辐射环境中长期可靠工作提供了技术支持。早在1962年，美国宾夕法尼亚大学首次通过计算分析认为宇宙射线会影响芯片的正常运行；1983年，美国圣地亚国家实验室通过对3μm标准单元库的通用模拟电路仿真器（SPICE）仿真，提出组合逻辑电路单粒子瞬态的概念，并预测单粒子瞬态可能是未来芯片的主要错误来源，这些仿真结果在随后的几十年里被一一证实。辐射效应领域顶级会议——核与空间辐射效应会议（NSREC）和欧洲电子元器件与系统辐射效应会议（RADECS），自2009年就一直设立建模与仿真分会，用于交流最新进展和成果。辐射效应领域顶级期刊IEEE Transactions on Nuclear Science于2015年8月出版了辐射效应建模与仿真专刊，集中收录相关进展。国内从事辐射效应研究的大学、科研院所、工业部门很多，所从事工作或多或少地涉及辐射效应仿真技术。《电子器件辐射效应仿真技术》一书内容主要介绍总剂量效应仿真技术、单粒子效应仿真技术、位移损伤仿真技术、瞬时剂量率效应仿真技术、辐射效应仿真软件等内容，给出粒子输运仿真、器件级仿真、电路级仿真等不同层级仿真手段在辐射效应研究中的应用案例。本书的出版得到了高层次科技创新人才工程自主科研项目“宇航用电子学系统空间单粒子效应评估技术研究”（No.111220501）的支持，中国科学院吕敏院士亲自指导并为丛书作序，西北核技术研究所为本书的出版提供了大力支持。本书的适用人群本书可作为辐射效应领域的参考用书，可供从事辐射物理、电子器件辐射效应与抗辐射加固技术研究的相关人员参考阅读，对于推动我国电子器件抗辐射技术的发展具有重要意义。