薛玉雄 杨生胜 陈罗婧 曹 洲 把得东 安 恒 郭 刚

1（兰州空间技术物理研究所 真空低温技术与物理重点实验室 兰州 730000）

2（航天东方红卫星有限公司 北京100096）

3（中国原子能科学研究院核物理所 北京 102413）

空间辐射环境中的带电粒子易诱发 CMOS器件发生单粒子锁定(single-event latchup, SEL)现象，器件停止工作，并出现大电流状态，只有断开电源重新供电，才能解除器件的锁定状态。若不及时发现并采取措施，这种过电流状态产生的热量会损坏器件，进而拉低总线电压，甚至毁坏星上的二次电源，使用相同二次电源的其他仪器的工作可能受到影响，导致航天器的部分功能异常，使航天器电子设备失效，引起航天器发生灾难性事故[1–3]。随着半导体技术和航天器技术的发展，航天器的系统功能和结构日益复杂，其电子设备使用的电子元器件的集成度更高、尺寸更小、性能更高、速度更快，如大容量高性能的存储器、微处理器和FPGA等控制器件。它们以 CMOS工艺居多，都存在发生 SEL的物理机制，对空间 SEL更敏感。空间用 CMOS器件的抗 SEL设计广受关注，而合理、有效的抗SEL设计，基于对CMOS器件的SEL特征的充分了解。

1 SEL机理及测试方法

1.1 SEL机理

CMOS器件产生SEL现象，源于体硅CMOS器件固有的 pnpn四层结构，形成一个寄生可控硅(SCR, Silicon Controlled Rectifier)。图 1为 P阱CMOS反相器剖面及pnpn四层结构等效电路图。

由图1，在适当的触发条件下，P阱电阻RW或衬底电阻RS上的电压降会使寄生的纵向NPN或横向PNP三极管导通，产生电流正反馈，最终导致两个寄生三极管达到饱和，并维持饱和状态(即寄生SCR导通)，在CMOS反相器中造成从VDD到–VSS的大电流通路，这就是CMOS器件的SEL。……