基于核孔膜的数字电路芯片单粒子翻转甄别系统和方法

本发明涉及一种基于核孔膜的数字电路芯片单粒子翻转甄别系统和方法，属于加速器中电路芯片检测。

背景技术：

1、空间辐射环境中存在大量高能粒子，主要包含质子、电子和少量重离子。这些高能粒子入射航天器电子系统后，可能通过沉积能量，引起数字电路芯片发生单粒子翻转效应，造成器件参数退化、性能降低或烧毁，对航天器在轨安全运行构成极大威胁。重离子相比于质子电子来说具有更高的线性能量转移值，这也意味着在入射器件后能够沉积更多能量，更容易引起数字电路芯片发生单粒子翻转。因此，数字电路芯片在宇航在轨应用之前需要开展单粒子翻转敏感性评估，而地面重离子加速器模拟试验是最通用手段之一。

2、开展数字电路芯片地面加速器模拟单粒子翻转试验过程中，一般采用重离子束流辐照数字电路芯片，在这个过程中，采用单粒子翻转测试系统来监测数字电路芯片的工作状态。然而，除了入射重离子入射通过沉积能量能够引起数字电路芯片发生单粒子翻转之外，充放电效应、电源电压扰动、测试系统监测可靠性等多种因素都可能引起单粒子翻转测试系统报出数字电路芯片发生了单粒子翻转错误。如果测试系统给出的单粒子翻转错误并非来源于重离子入射，那么将会给人误导信息，影响数字电路芯片单粒子翻转敏感性评估准确性以及抗辐射加固技术的研发。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于核孔膜的数字电路芯片单粒子翻转甄别系统和方法，其基于核孔膜对数字电路芯片单粒子翻转来源是否由入射重离子导致进行甄别，可以增加甄别结果的可靠性。

2、为实现上述目的，本发明提出了以下技术方案：一种基于核孔膜的数字电路芯片单粒子翻转甄别系统，包括：聚合物膜、束流发射模块、单粒子翻转检测模块、核孔膜检测模块和数据处理模块；所述聚合物膜放置在待测数字电路芯片前；所述束流发射模块，用于发射束流，所述束流对所述聚合物膜和待测数字电路芯片进行辐照，生成核孔膜；所述单粒子翻转检测模块，用于检测所述待测数字电路芯片是否发生单粒子翻转；所述核孔膜检测模块，用于在发生单粒子翻转时，检测所述核孔膜上孔洞的位置；所述数据处理模块，用于在发生单粒子翻转时，确定单粒子翻转的位置，并将其与所述核孔膜上孔洞的位置进行比较，以确定所述单粒子翻转是否为束流引起的单粒子翻转。

3、进一步，所述核孔膜检测模块包括核孔膜蚀刻模块和核孔膜观测模块，所述核孔膜蚀刻模块，用于对经过辐照的核孔膜进行蚀刻，以形成核孔膜的孔洞；所述核孔膜观测模块用于对所述核孔膜的孔洞进行观测。

4、进一步，所述核孔膜通过浓度为2 mol/l—20 mol/l的naoh溶液进行蚀刻。

5、进一步，所述聚合物膜与所述待测数字电路芯片大小相等，并四边对齐。

6、进一步，所述单粒子翻转甄别系统还包括电源模块，所述电源模块用于为所述待测数字电路芯片和单粒子翻转检测模块供电。

7、进一步，所述单粒子翻转检测模块的检测方法为：在开始束流辐照前，对待测数字电路芯片进行数据写入，在束流辐照开始时，所述单粒子翻转检测模块不断对待测数字电路芯片进行读取，若读取数据与写入的数据不一致，则判断对应的存储位发生了单粒子翻转，并给出发生翻转错误的存储位逻辑地址、数据以及翻转发生的时间。

8、进一步，所述数据处理模块将所述存储位逻辑地址转换为物理地址，判断发生单粒子翻转的物理地址和核孔膜的孔洞位置在空间上是否在一条直线上，若是则所述单粒子翻转是由束流引起的单粒子翻转，若否，则所述单粒子翻转不是由束流引起的单粒子翻转。

9、本发明还公开了一种基于核孔膜的数字电路芯片单粒子翻转甄别方法，用于上述任一项所述的基于核孔膜的数字电路芯片单粒子翻转甄别系统，包括以下步骤：将聚合物膜放置在待测数字电路芯片前，使束流对聚合物膜和待测数字电路芯片进行辐照；检测所述待测数字电路芯片是否发生单粒子翻转；如发生了单粒子翻转则记录所述单粒子翻转的存储位逻辑地址；将所述存储位逻辑地址转换为物理地址；采用naoh溶液对核孔膜进行蚀刻，蚀刻预设时间后，通过观察蚀刻后的核孔膜获得核孔膜的孔洞位置信息；将所述单粒子翻转的物理地址与所述核孔膜的孔洞位置信息进行比较，以确定所述单粒子翻转是否为由束流引起的单粒子翻转。

10、进一步，所述聚合物膜为至少两层。

11、进一步，根据所述单粒子翻转的物理地址与两层所述核孔膜的孔洞位置信息对比分析，以及位置的映射关系，获得束流的入射角度信息。本发明的技术方案至少具有如下技术效果或优点：

12、1、本发明基于核孔膜实现数字电路芯片单粒子翻转甄别，可以增加甄别结果的可靠性，其采用两层聚合物膜放置在待测试数字电路芯片前面，需要的空间很小，对于入射重离子的射程要求更低。

13、2、本发明不仅仅能够实现数字电路芯片单粒子翻转甄别，与此同时还能获得入射重离子的方向信息。

14、3、本发明中入射重离子首先穿过两层聚合物膜再入射到数字电路芯片里面，对于入射重离子的能量要求较低，即能够实现能量范围更广的重离子引起的数字电路芯片单粒子翻转甄别；

15、4、本发明基于核孔膜，该方法完全排除了充放电效应、电源电压扰动等其他多种因素的影响，因此甄别结果可靠性更好。

技术特征：

1.一种基于核孔膜的数字电路芯片单粒子翻转甄别系统，其特征在于，包括：聚合物膜、束流发射模块、单粒子翻转检测模块、核孔膜检测模块和数据处理模块；

2.如权利要求1所述的基于核孔膜的数字电路芯片单粒子翻转甄别系统，其特征在于，所述核孔膜检测模块包括核孔膜蚀刻模块和核孔膜观测模块，所述核孔膜蚀刻模块，用于对经过辐照的核孔膜进行蚀刻，以形成核孔膜的孔洞；所述核孔膜观测模块用于对所述核孔膜的孔洞进行观测。

3.如权利要求2所述的基于核孔膜的数字电路芯片单粒子翻转甄别系统，其特征在于，所述核孔膜通过浓度为2 mol/l—20 mol/l的naoh溶液进行蚀刻。

4.如权利要求1所述的基于核孔膜的数字电路芯片单粒子翻转甄别系统，其特征在于，所述聚合物膜与所述待测数字电路芯片大小相等，并四边对齐。

5.如权利要求1所述的基于核孔膜的数字电路芯片单粒子翻转甄别系统，其特征在于，所述单粒子翻转甄别系统还包括电源模块，所述电源模块用于为所述待测数字电路芯片和单粒子翻转检测模块供电。

6.如权利要求1所述的基于核孔膜的数字电路芯片单粒子翻转甄别系统，其特征在于，所述单粒子翻转检测模块的检测方法为：在开始束流辐照前，对待测数字电路芯片进行数据写入，在束流辐照开始时，所述单粒子翻转检测模块不断对待测数字电路芯片进行读取，若读取数据与写入的数据不一致，则判断对应的存储位发生了单粒子翻转，并给出发生翻转错误的存储位逻辑地址、数据以及翻转发生的时间。

7.如权利要求6所述的基于核孔膜的数字电路芯片单粒子翻转甄别系统，其特征在于，所述数据处理模块将所述存储位逻辑地址转换为物理地址，判断发生单粒子翻转的物理地址和核孔膜的孔洞位置在空间上是否在一条直线上，若是则所述单粒子翻转是由束流引起的单粒子翻转，若否，则所述单粒子翻转不是由束流引起的单粒子翻转。

8.一种基于核孔膜的数字电路芯片单粒子翻转甄别方法，其特征在于，用于如权利要求1-7任一项所述的基于核孔膜的数字电路芯片单粒子翻转甄别系统，包括以下步骤：

9.如权利要求8所述的基于核孔膜的数字电路芯片单粒子翻转甄别方法，其特征在于，所述聚合物膜为至少两层。

10.如权利要求9所述的基于核孔膜的数字电路芯片单粒子翻转甄别方法，其特征在于，根据所述单粒子翻转的物理地址与两层所述核孔膜的孔洞位置信息对比分析，以及位置的映射关系，获得束流的入射角度信息。

技术总结本发明属于加速器中电路芯片检测技术领域，涉及一种基于核孔膜的数字电路芯片单粒子翻转甄别系统和方法，包括：聚合物膜放置在待测数字电路芯片前；束流发射模块，用于发射束流，束流对聚合物膜和待测数字电路芯片进行辐照，生成核孔膜；单粒子翻转检测模块，用于检测待测数字电路芯片是否发生单粒子翻转；核孔膜检测模块，用于在发生单粒子翻转时，检测核孔膜上孔洞的位置；数据处理模块，用于在发生单粒子翻转时，确定单粒子翻转的位置，并将其与核孔膜上孔洞的位置进行比较，以确定单粒子翻转是否为束流引起的单粒子翻转。其基于核孔膜对数字电路芯片单粒子翻转来源是否由入射重离子导致进行甄别，可以增加甄别结果的可靠性。技术研发人员：叶兵,胡培培,翟鹏飞,刘杰,孙友梅受保护的技术使用者：中国科学院近代物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/25