本发明涉及单粒子扰动测试技术领域，更具体的说是涉及一种以质子为辐射源检测存储器单粒子扰动的测试方法。
背景技术：
在航空航天领域，越来越多的存储器被应用到卫星、航天器、飞机上面。由于其特殊的工作环境，存储器不得不面临着各种粒子、射线的辐射，从而产生各种各样的失效现象。随着科技的发展，存储器朝着越来越高的集成度方向发展，近年的研究表明，单个粒子对存储器造成的影响随集成度的提高变得越来越明显，并且这个趋势变得越来越严重。
单粒子扰动是单粒子效应中的一种，它是由于单个带电粒子入射存储器中，在粒子入射半导体材料的径迹内，由于“漏斗效应”造成能量沉积，聚集的电荷达到一定的程度时会形成小电流，从而对存储器的状态产生扰动。这个小电流发生在存储器中的不同位置会造成不同的影响，如发生在sram的存储单元中，会造成该单元中的nmos管发生状态改变，表现为该存储单元的存储数据发生了改变。当小电流发生在功能电路的敏感区域时，会使该电路的功能发生异常。但是，当电荷释放完成后，存储器恢复成原来状态，这是一种软失效。如果这个电流足够大的时候，会发生单粒子锁定效应，需要对存储器断电才能恢复正常。
在空间辐射环境中，质子分布广泛且在天然辐射源中占有很大的比例，如宇宙射线中80％为高能质子，太阳风中95％是质子，极光辐射和范·艾伦辐射带的内带中也存在着大量质子。单粒子效应主要是由于高能质子(俘获环境或太阳耀斑)和银河宇宙射线引起，由单个粒子穿过微电子器件时产生。所以，以质子为辐射源的单粒子效应研究意义重大。但是由于之前国内并无高能质子加速器的存在，使得国内质子单粒子效应的研究成果并不多。
在这之前重离子多被用来进行单粒子效应的测试，在实际的空间辐射环境中，重离子的通量相对较低，且质子与重离子引发单粒子效应的机理不同：重离子入射半导体材料中与半导体材料的分子或原子发生碰撞，形成电荷密度很高的电离径迹，当电离径迹正好穿越半导体的灵敏结点时(pn结)时，径迹中大量的电荷在耗尽层电场的作用下被灵敏结所收集，如果收集电荷量超过某一临界值时，则存储器的存储状态或逻辑状态发生改变，导致单粒子效应的发生。质子根据能量的不同作用机理不同，高能质子也是通过与半导体材料的核相互作用产生重离子进而由重离子诱发单粒子效应，低能质子则可以直接电离的方式产生电子空穴对。
因此，如何提供一种在提高效率的同时能够保证数据提取准确性的以质子为辐射源检测存储器单粒子扰动的测试方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明以质子为辐射源来检测抗单粒子扰动的效果，实验数据处理步骤通过独特的数据提取方法得到简化，提供了一种在提高效率的同时保证数据提取的准确性的以质子为辐射源检测存储器单粒子扰动的测试方法。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种以质子为辐射源检测存储器单粒子扰动的测试方法，包括以下步骤：
(1)选取存储器样品；
(2)对选取的存储器样品进行加电全参数测试，验证存储器样品的功能；
(3)在中高能质子加速器上选择具有一定能量以及注量率的质子束流；
(4)将步骤(2)中的存储器和电路板连接好，进行再一次加电测试；
(5)向所有的存储器中填入数据5555；5存在存储器中的二进制是0101，这样能保证存储器中0和1的个数是一样的，由此可以看出发生翻转时0-1和1-0的比例，并且由于此存储器为16位，可以存4个0101，也就是5555.
(6)从存储器中回读数据，待测试系统稳定时打开满足步骤(3)中要求的质子束流，对单个存储器进行辐照；
(7)将后续的存储器依次移动至束流出束位置，重复步骤(6)；
(8)更换质子束流的能量，重复步骤(3)-步骤(8)，直至将所有的能量点测完。
优选的，在上述一种以质子为辐射源检测存储器单粒子扰动的测试方法中，所述存储器为铁电存储器。铁电存储器是利用pzt材料的自发极化原理来实现数据的保留，具有快速写入、超高的读写次数、超低的功耗以及强抗辐射能力等特点。
优选的，在上述一种以质子为辐射源检测存储器单粒子扰动的测试方法中，步骤(2)中验证存储器样品的功能是否正常，剔除其中不能进行正常读写操作的存储器，保证实验过程中存储器的准确性。
优选的，在上述一种以质子为辐射源检测存储器单粒子扰动的测试方法中，步骤(3)中选择能量分别为90mev,70mev,50mev的质子束流。
优选的，在上述一种以质子为辐射源检测存储器单粒子扰动的测试方法中，步骤(3)中选择注量率为6.9×106/cm2·s的质子束流。由于加速器出来的质子束流中含有中子，数值太低会让中子造成的误差变大，数值太高会让单粒子效应叠加到一起选取此值可以达到最好的效果。
优选的，在上述一种以质子为辐射源检测存储器单粒子扰动的测试方法中，步骤(4)中，在质子辐照厅内对存储器进行加电测试，观察质子辐照厅本底辐照剂量对测试系统能否造成错误进行统计，如果对实验测试系统有影响，记录现象。
对一些抗辐照性能较弱的存储器，辐照厅存在的残留辐射已经会使其发生单粒子效应，表现为测试系统会测出数据翻转的错误，但是由于本发明使用抗辐照性能较强的铁电存储器，不会对实验测试系统造成影响。
优选的，在上述一种以质子为辐射源检测存储器单粒子扰动的测试方法中，步骤(6)中，从铁电存储器回读数据时，一秒回读一次，回读十个周期。
优选的，在上述一种以质子为辐射源检测存储器单粒子扰动的测试方法中，步骤(6)中，当累计注量达到109/cm2的时候停止束流。
若累计注量数值低于109/cm2质子辐照时间会缩短，若测试时间太短，采集的数据量变小；若累计注量数值高于109/cm2不仅会造成“金属活化”严重，还会会让存储器产生除单粒子效应之外的总剂量效应。
优选的，在上述一种以质子为辐射源检测存储器单粒子扰动的测试方法中，使用python程序提取测试系统自动生成文件中的数据，并作图比较铁电存储器的扰动截面。
优选的，在上述一种以质子为辐射源检测存储器单粒子扰动的测试方法中，用于提取实验结果的python程序通过如下方法实现：首先确认系统生成文件(输入文件)的地址'e:/aa/'及文件名'1.txt'和生成文件(输出文件)的地址'e:/aa/'及文件名'1_result.csv'，并在该地址生成此输出文件；然后打开输入文件，对第一行字符进行寻找含有'totalupsetnumber','count(0->1)','count(1->0)'的字符串，如果此行未找到，则跳到下一行进行寻找，如果找到，则提取含有该字符串后面的数字；随后将这3个字符串输出到生成文件的第一行当做表头，并将数字按照行输出的形式分别输出到这三行中；最后循环执行下一行读出操作，所有的数据都被输出。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种以质子为辐射源检测存储器单粒子扰动的测试方法，具有以下有益效果：
(1)本发明以质子为辐射源来检测抗单粒子扰动的效果，相对于重离子、激光微束辐照源更为可靠和简便，因为重离子、激光微束可以引发的单粒子效应包括单粒子锁定、单粒子翻转、单粒子扰动现象，而质子的let值较低，它能引起的单粒子效应仅包括单粒子扰动。如铁电存储器发生seu的let阈值小于8.949mev·cm2·mg-1，发生sel的let阈值介于8.949mev·cm2·mg-1和32.2mev·cm2·mg-1之间。而质子的let值随着能量的增大而减小，本发明中所用最低能量50mev的质子其let值为9.895×10-3mev·cm2·mg-1，远远小于铁电存储器发生单粒子翻转和单粒子锁定的阈值，排除了其他单粒子效应对检测结果的影响。
(2)本发明扩展了中高能质子束流的应用，质子在空间辐射环境中的占比较大，国内目前正在多地建立中高能质子加速器，本发明可以对质子束流的商用化应用提供一种思路。
(3)单粒子扰动的测试需要知道辐照过程中的每一个读出周期内的错误数，在一个测试结果中会有80个读出周期的数据，每个读出周期需要提取3个数据，一次实验有40组测试结果，一共需要提取9600个数据，手动提取效率很慢。本发明中的数据提取方法极大地简化了实验数据处理步骤，不同于单粒子翻转实验只需要知道在束流辐照时间内造成的所有翻转总数即可，测单粒子扰动需要知道过程中的每一个数据。本发明在提高效率的同时也保证了数据提取的准确性。
(4)本发明中利用python程序提取实验数据的方法可以广泛应用于同一测试系统输出的所有任务，即用同一测试系统测单粒子翻转、单粒子锁定、总剂量试验的输出结果，各种对单粒子效应的测试都可以用本发明中的程序提出数据，面对不同的测试系统，通过改变相应的python语句就能达到相应目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明质子诱发单粒子效应原理示意图；
图2附图为本发明90mev质子对铁电存储器产生单粒子扰动的结果示意图；
图3附图为本发明不同能量下质子对铁电存储器产生单粒子扰动的结果示意图；
图4附图为本发明操作流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种以质子为辐射源检测存储器单粒子扰动的测试方法。
参见附图1，本发明提供了一种以质子为辐射源检测存储器单粒子扰动的测试方法，包括以下步骤：
一种以质子为辐射源检测存储器单粒子扰动的测试方法，包括以下步骤：
(1)选取存储器样品；
(2)对选取的存储器样品进行加电全参数测试，验证存储器样品的功能；
(3)在中高能质子加速器上选择具有一定能量以及注量率的质子束流；
(4)将步骤(2)中的存储器和电路板连接好，进行再一次加电测试；
(5)向所有的存储器中填入数据5555；
(6)从存储器中回读数据，待测试系统稳定时打开满足步骤(3)中要求的质子束流，对单个存储器进行辐照；
(7)将后续的存储器依次移动至束流出束位置，重复步骤(6)；
(8)更换质子束流的能量，重复步骤(3)-步骤(8)，直至将所有的能量点测完。
为了进一步优化上述技术方案，存储器为铁电存储器。
为了进一步优化上述技术方案，步骤(2)中验证存储器样品的功能是否正常，剔除其中不能进行正常读写操作的存储器。
为了进一步优化上述技术方案，步骤(3)中选择能量分别为90mev，70mev,50mev的质子束流。
为了进一步优化上述技术方案，步骤(3)中选择注量率为6.9×106/cm2·s的质子束流。
为了进一步优化上述技术方案，步骤(4)中，在质子辐照厅内对存储器进行加电测试，观察质子辐照厅本底辐照剂量对实验结果是否会发生影响，如果有，记录现象。
为了进一步优化上述技术方案，步骤(6)中，从铁电存储器回读数据时，一秒回读一次，回读十个周期。
为了进一步优化上述技术方案，步骤(6)中，当累计注量达到1×109/cm2的时候停止束流。
为了进一步优化上述技术方案，使用python程序提取测试系统自动生成文件中的数据，并作图比较铁电存储器的扰动截面。
下面，结合附图1对本发明的测试原理进行解释说明：
质子入射半导体材料中，与半导体材料的原子或分子发生反应，根据入射能量的不同，反应机理不同，反应产物也不同。
如图1所示，低能质子(3mev以下)与重离子类似可以通过直接电离的方式沉积能量。低能质子与材料中的原子或分子发生碰撞，形成电荷密度很高的电离径迹，当电离径迹正好穿越半导体的灵敏结点(pn结)时，径迹中大量的电荷在耗尽层电场的作用下被灵敏结所收集，如果收集电荷量超过某一临界值时，则存储器的存储状态或逻辑状态发生改变，导致单粒子效应的发生。由于电离径迹中等离子体密度很高，与pn结固有的耗尽层电场相互作用，导致耗尽层电场结构发生畸变，使电场沿着电离径迹向纵向扩展到一定的深度，形成类似漏斗的电场扩展区域，即漏斗效应。在固有的耗尽层和漏斗区内，径迹中的电荷在电场的作用下发生漂移运动，被pn结的两极所收集，在漏斗区下面虽然没有电场，但由于电荷的扩散运动，径迹中的电荷也会进入漏斗区被pn结所收集。
高能质子通过与原子或分子发生弹性，会产生次级粒子，包括中子n，质子p,重离子z。中子n和一部分质子p会与材料原子或分子发生弹性，另一部分的质子p与重离子z一起发生直接电离。不同能量的质子，与材料原子或分子发生的反应道不同，产生的次级粒子种类和能量不同，能量越高，反应道越多，产生的次级粒子种类越多，原子序数相对小的次级粒子含量也越多。
铁电存储器的存储阵列比外围电路在受粒子辐射时表现出更强的抗辐照能力，而且在质子辐照过程中，读出错误数随着质子束流的停束而结束，说明存储阵列中没有发生数据的翻转，所有的扰动都是由于中高能质子在外围电路中发生核反应产生能量沉积造成。
经过调研发现，存储器在辐照过程中产生的扰动电流对灵敏放大器的扰动较大，所以可以说明是由质子对铁电存储器外围电路中的灵敏放大器造成的扰动。
实施例1
参见附图2、附图3以及附图4，本发明公开了一种以质子为辐射源检测存储器单粒子扰动的测试方法，具体细化操作流程如下：
选取铁电存储器样品若干，对这些存储器进行加电全参数测试，检测存储器是否能够实现正常的写入和读出操作，剔除其中不能进行正常读写操作的存储器。
在中高能质子加速器上选择能量分别为90mev，70mev，50mev，注量率为6.9×106/cm2·s的质子束流。为了考虑质子加速器实验室中本底辐射对本实验的影响，将存储器和电路板连接好线路放入质子辐照厅，对存储器进行再一次加电测试。观察存储器的读写是否正常，如果有异常情况，记录该现象。接下来向所有的铁电存储器中填入数据5555。开始从铁电存储器中回读出数据，一秒时间回读一次，测试系统自动比较回读数据和写入的数据是否会发生一致，待回读十个周期并且测试系统稳定的时候打开质子束流，对单个存储器进行辐照，累计注量达到1×109/cm2的时候停止束流。然后将下一个存储器移动至束流出束位置，再一次对该存储器进行回读操作，待其稳定回读十个周期且没有发生错误数中，打开质子束流进行辐照。一个能量点的实验测试结束后，更换质子束流的能量，重复以上步骤，直至将所有的能量点测完。
测试系统会自动生成一个过程文件，记录了每个回读周期中的错误数据，用自制的python程序提取这些过程文件中的数据到一个excel文件中，并作图计算出铁电存储器的扰动截面。
其中用于提取实验结果的python程序如下：
以上程序目的是将铁电存储器测试系统输出文件“1.txt”中所有包含有“totalupsetnumber”、“count(0->1)”和“count(1->0)”的数据全部提取到一个excel表格文件“1_result.csv”中，本程序语法适用于python2.7版本。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。