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第 38卷 第 12期 核 技 术 Vo1．38，No．12 2015年 12月 NUCLEARTECHNIQUES December2015 利用Geant4模拟研究中子在半导体中引发的 单粒子翻转效应 张 欢 ， 王思广 陈 伟 杨善潮 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) 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(Singleeventupset，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(Complementarymetaloxidesemiconductor)器件中的能量沉积进行模拟，给出特定能谱下翻转截面 与 临界能量 的关系：0==exp[-18．7xEc-32．3]，其中能量单位为MeV，截面单位为cm2。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0【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。 关键词 单粒子翻转，反应堆中子，重金属，Geant4 中图分类号 TL77 DOh10．11889~．0253—3219．2015．his．38．120501 当静 态 随机 存 储 器 (StaticRandom Access Memory,SRAM)212作于中子辐射环境 中时，有可能 1 反应堆中子在半导体中的单粒子翻转模 会产生单粒子效应 。这是 由于入射 中子与器件材料 拟 发生核反应，产生次级粒子。次级粒子在输运过程 首先对模拟所用的物理模型进行验证 。利用文 中会在其径迹附近产生 电离能量沉积，进而产生大 献[6]中特征尺寸为 0．25 的器件结构进行中子单 量的电子一空穴对 ，部分 电子．空穴对在存储单元的 粒 子 翻 转 的 模 拟 ， 得 到 翻 转 截 面 为 灵敏体积 内被收集 1【】。当收集的电荷量大于其临界 f5．81~0．60)x10 cm2．bit-，该文献中的实验结果约 电荷时，该单元的存储状态就会发生翻转，即单粒 为 5．50x10一 cm2．bit-，在误差范围内相符。 子翻转(Singleeventupset，SEU)J。 对于单能中子在 SRAM 中产生单粒子效应 已 1．1 几何结构 经有足够多的研究，本文将研究反应堆 中子能谱在 本 工 作 模 拟 的 静 态 存 储 器 为 SRAM 中产生的单粒子翻转截面随临界能量的关 HM62V8100LTTI一5SL，是 日本 日立半导体 (Hitachi， 系 。该研 究利 用 Geant4 软 件 』，基 于 RPP 现为 Renesas)生产的低功耗静态存储器芯片，容量 (Rec