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利用Geant4模拟研究中子在半导体中引发的单粒子翻转效应
  • ISSN号:0253-3219
  • 期刊名称:《核技术》
  • 时间:0
  • 分类:TL77[核科学技术—辐射防护及环境保护]
  • 作者机构:[1]北京大学物理学院核物理与核技术国家重点实验室,北京100871, [2]西北核技术研究所,西安710024
  • 相关基金:国家自然科学基金(No.11235008、No.10979010)资助
中文摘要:

静态随机存储器在反应堆中子辐射环境中会发生单粒子翻转(Single event upset,SEU)。钨和铜等重金属作为局部互联,在半导体中己得到广泛应用,这些重金属对中子在半导体中的单粒子翻转截面会产生影响。不同条件下单粒子翻转截面与临界能量的关系可作为器件设计和使用时的参考,利用Geant4对特定中子能谱在CMOS(Complementary metal oxide semiconductor)器件中的能量沉积进行模拟,给出特定能谱下翻转截面口与临界能量E的关系:σ=exp[-18.7xEc-32.3],其中能量单位为MeV,截面单位为cm^2。并且模拟了1-14MeV的单能中子在含有互联金属钨及不含钨的CMOS中的沉积能量及单粒子翻转截面,得出在1—14MeV内单粒子翻转截面随中子能量而增大,且钨的存在会增加α粒子的产额,从而增大了1-3MeV中子的单粒子翻转截面,而对4—14MeV中子基本不会产生影响。

英文摘要:

Background: Reactor neutron can induce single event upset (SEU) in Static Random Access Memory (SRAMs). Local metal intereonnection is widely used in modern complementary metal oxide semiconductor (CMOS) technology. The most frequently used local materials are some heavy metals, such as tungsten (W) or copper (Cu). These metals could affect the neutron induced SEU in CMOS. Purpose: The relationship between SEU cross section and critical energy (Ec) can be referred by SEU experiments with reactors. Methods: The SEU cross sections with different Ec of a SRAM are simulated and calculated using Geant4 with a reactor neutron spectrum, and SEU induced by 1-14 MeV neutrons are also simulated in structures with and without a tungsten layer. Results: The relationship between SEU cross section a (in unit: cm^2) and Ec (in unit: MeV) is σ=exp[-18.7xEc-32.3]. In the structure with a tungsten layer, SEU cross sections induced by 1-3 MeV neutrons are increased because a few ct particles are created. Conclusion: To reduce neutron SEU cross section, the critical energy of CMOS should be increased as high as possible, and usage of tungsten should be avoided.

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期刊信息
  • 《核技术》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国科学院上海应用物理研究所 中国核学会
  • 主编:朱德彰
  • 地址:上海800-204信箱
  • 邮编:201800
  • 邮箱:LHB@sinap.ac.cn
  • 电话:
  • 国际标准刊号:ISSN:0253-3219
  • 国内统一刊号:ISSN:31-1342/TL
  • 邮发代号:4-243
  • 获奖情况:
  • 2000年中科院优秀期刊奖,中国中文核心期刊,中国期刊方阵“双效”期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:7912