SESD導致星用DFF電路故障的特征規律、敏感區域與微觀機制

國內外大量的空間飛行實踐表明，空間帶電粒子誘發的充放電效應（SESD，Spacecraft charging induced Electro-Static Discharge）是空間天氣導致航天器故障的主要方式之一，且故障現象主要表現為星用電子器件和電路系統出現數據或邏輯狀態跳變、工作模式非受控切換、執行機構操作異常等可恢復性“軟錯誤”。由于SESD故障宏觀現象與單粒子效應（SEE，Single Event Effects）故障相似，航天工程應用常常將二者籠統地歸為后者進行處置，導致SESD的真正危害長期得不到準確認知和正確應對、一直是威脅航天器在軌安全可靠的重要空間天氣問題。

圖1. 空間充放電致星用器件電路故障的原理

中國科學院國家空間科學中心太陽活動與空間天氣重點實驗室陳睿副研究員、韓建偉研究員團隊以130nmSOI工藝制備的DFF時序邏輯電路為對象，初步研究揭示了SESD導致星用DFF電路故障的特征規律、敏感區域與微觀機制，建立了SESD干擾源模型，確立了致電路出錯的關鍵閾值參數，為建立完整的SESD致星用器件電路故障模型奠定了核心基礎。研究表明，時序電路中的復位和電源端口對SESD敏感，且復位信號的誤識別和PMOS的可恢復擊穿是產生“軟錯誤”的主要機理。提出了阻尼衰減正弦振蕩脈沖SESD干擾源模型，具體特征與參數如下公式和圖例所示。其中，SESD脈沖主峰的幅值（A）與脈寬（τ）是誘發DFF產生軟錯誤的主要特征參數，導致該DFF存儲數據出錯的正/負向SESD脈沖幅度與脈寬閾值分別約為1.2V、0.6ns 和-0.64V、20ps。