扬帆起航,创抗辐照应用技术新天地
时间：2020-12-10 08:00:36 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
宇宙空间中高能带电粒子与星载微电子集成芯片相互作用产生的单粒子效应、总剂量效应、位移损伤效应等，可使航天器发生在轨故障，缩短工作寿命，严重时甚至会造成灾难性后果。随着集成电路芯片性能的提高、特征尺寸的减小，使得发生单粒子效应所需要的临界电荷显著降低，芯片发生单粒子效应的敏感度较之过去明显增强。统计资料表明：卫星在轨故障中，71%是由空间辐射效应引起的，其中单粒子效应引起的占55%。我国发射的航天器也曾发生因单粒子效应而出现异常、造成数据传送中断的事件，虽未造成灾难性的后果，但却因此丢失大量的科学实验数据。
空间技术是衡量一个国家现代化水平和综合国力的重要标志，而其中电子元器件技术发展水平是支撑整个空间应用的关键。“神舟系列”载人飞船的成功发射和顺利返回以及“嫦娥探月工程”的连续成功，标志着我国已跨入世界航天大国行列。但是我国星用微电子产品的关键器件，尤其是微处理器等大规模及超大规模集成电路仍完全依赖进口。随着国际形势的变化、空间竞争的加剧，特别是我国载人飞船等的连续成功，更是引起美国为首的西方国家的重视，加强了对我国空间使用关键元器件的全面禁运，严重制约了我国航天工程等的发展。
为巩固国防以及国民经济建设，实现从航天大国到航天强国之间的跨越，国家对航天事业提出了更高的要求。今后将要发射越来越多的新型航天器用于各项空间科学实验研究、国民经济以及国防科技建设，研制多品种、高性能、高可靠、抗辐照加固集成电路芯片，开展抗辐照技术，并将相关技术方向的工艺装备国产化研制、研究成果进行转化和推广应用，已成为其中的重大课题，对于航天科技的快速和健康稳定发展具有重要意义。涉及的技术包括：
地面模拟试验技术研究：辐射场生成技术研究、辐射效应模拟试验技术研究、辐照效应试验理论模拟技术研究、辐照实验新技术及产品开发。
辐射效应测试技术研究：辐射环境参数、材料结构参数对器件辐射效应的影响研究、辐射效应敏感参数在线及离线测试方法研究、复杂集成电路辐射效应的故障注入技术与故障分析技术。
加固性能评估技术：材料抗辐射加固评估技术、器件抗辐射加固评估技术、系统应用加固效果评估试验技术。
加固技术机理研究：效应物理机制、加固技术验证方法、加固技术方法研究、抗辐射加固机制研究、抗辐射加固方法试验验证。
抗辐照技术应用范围广泛，从航天航空至核能核电、民用交通、高性能计算机、生物医学等高可靠行业都需要利用地面核设备进行抗辐射效应测试。
欧洲抗辐射相关的技术中心最早可以追溯到上世纪六十年代，欧洲太空局（ESA）类似于美国联邦航空航天局（NASA）、俄罗斯联邦航天局（RKA）。截止到2012年，ESA有20个会员国，ESA委员会负责机构的政策制定和相关管理工作。ESA致力于提供和推动欧洲各国空间研究和技术的合作。ESA下属的欧洲空间研究和技术中心（ESTEC）主要负责抗辐射相关的管理和研究工作。ESTEC下属的欧洲辐照装置联合体（ECIF）则主要负责辐射源和辐射实验相关工作。
ECIF的历史起源于1980年代，该系统利用了Cf-252和Am-241源，并开展了一些辐照试验研究。ESTEC后来在1988年建成了Gamma beam 150C的Co-60源，该装置一直沿用至今。源的初始强度是2040Ci，半衰期是5.3年，至今已经更换过几次。目前ECIF与瑞士PIF、比利时HIF、芬兰RADEF等3大辐射实验终端签约合作协议，统筹组织和执行ESA相关的抗辐射实验。ECIF还研制了标准SEU监督器、技术示范单元（TMD）等具有国际影响力的辐射产品，为不同辐射源实验对比、空间实测一地面实验数据一致性研究提供了开创性的研究方法和技术手段。
ECIF的第一个主要试验装置是瑞士Villigen的Paul Scherrer研究院的质子辐照装置（Proton Irradiation Facility，PIF）。该装置于1992年与ESA签署合作协议。PIF可以提供10-60MeV的低能质子束流和30-250MeV的高能质子束流。ECIF的第二个主要试验装置是比利时Universit é Catholique de Louvain （UCL）的重离子装置（HIF）。该装置于1996年成为ESA的合作实验室。HIF的一个有意思的地方是可以提供含有2种离子鸡尾酒似的束流——一个高LET鸡尾酒和一个高剥离态鸡尾酒离子。ECIF的第三个主要试验装置是芬兰Jyvaskyla的辐射效应装置Radiation Effects Facility （RADEF）。该装置于2005年通过ECIF成为ESA签约装置。随着集成度和封装技术进步，现代先进半导体器件重离子试验时需要通过背部进行辐照，因此通常要求离子具有大的射程。RADEF的特点就是离子能量高、射程长，能适应上述要求。
2005年起，ECIF开展了标准SEU监控系统研究，该系统主要用于校准不同加速器源的束流。系统采用了ATMEL公司的AT60142F SRAM，尺寸6.1mm×11.2mm。因为该系统在束流监控方面的优势，该系统很快在世界范围应用起来，成为辐照源一致性对比和校准的通用方法。
2008年起，ECIF開展了技术示范单位（TDM）研究，该研究涵盖一系列辐射效应试验，并致力于探索和分析地面、飞行数据的差异。TDM包括了4个不同的辐射效应试验——标准SEU监控系统中的SEUs（4个SRAM器件）、单粒子锁定（4个不同的SRAM器件）、飞行技术示范（in-flight technology demonstration）8Gbit FLASH存储器、总剂量效应测量，雇用RADFET完成。
随着综合国力的提高，我国航天事业得到快速发展，“载人航天”“探月工程”等的连续成功，标志着我国已进入世界航天大国的行列。有必要建立与我国地位相适应的、国际领先的、完备的抗辐射应用技术体系，建立良好的机制和完善的设备设施，建立拥有我国自主知识产权的宇航工程服务平台。器件抗辐照能力能否满足型号工程要求，其判别标准只能是地面模拟试验结果。由于技术敏感等原因，此类试验不可能拿到国外去做，因此必须要依赖国内自身综合地面模拟试验条件。因此使用抗辐射加固器件，是确保我国核心综合电子信息系统遂行既定任务和提高运行可靠性的关键。
