Open Access Open Access  Restricted Access Subscription Access

Research of ADG4XX Series Integrated Microcircuits Radiation Hardness Regarding Total Ionizing Dose Ef-fects

Ushakov P.A., Maksimov K.O., Dedyukhin A.A.

Abstract


Modern requirements to aerospace onboard radio-electronic equipment substantially updated the estimation and prediction tasks for electronic components radiation hardness levels. The particular interest is directed on researching the influence of natural and artificial ionizing radiation fields on integrated microcircuits CMOS.

The paper presents the technique for radiation experiment using AGAT-S equipment with the sealed radioactive source of Co60 gamma radiation, and also the results of ADG4XX series (Analog Devices company) integrated microcircuits total ionizing dose test. Gamma radiation influence on functioning and electric parameters of multichannel analog switches/multiplexers taking into account topology of chips are researched. In particular, the dependences of the most sensitive parameters of the researched objects on the actual radiation hardness level were received; and also the reasons of the controlled parameters degradation were analyzed: consumption currents, leakage currents, threshold logic voltages, etc.

Besides, the destructive physical analysis of chip samples was carried out to determine the most sensitive topology areas and radiation effects localization of semiconductor dies.

The results are given for the ADG4XX series IC’s dose rates calculation: the minimum dose rate sensitivity varies from 721rad to 1057rad by parametrical failure criteria and from 1088rad to 7212rad by functional failure criteria  for different microcircuits. These information have the practical value when the researched objects are applied in military, space and special radiation resistant equipment.

Keywords


gamma radiation, radiation hardness, ionizing radiation, analog switch, analog multiplexer, total ionizing dose

Full Text

Galleys

PDF (Русский)
References References

Гамзатов Н. Г., Руднев Г. П., Литвицкий К. В. К вопросу об оптимизации обеспечения радиационной стойкости космической аппаратуры по ионизационным дозовым эффектам // Вопросы атомной науки и техники. Сер.: Физика радиационного воз-действия на радиоэлектронную аппаратуру. 2018. Вып. 3. С. 51–55.

Таперо К. И., Улимов В. Н., Членов А. М. Радиационные эффекты в кремниевых интегральных схемах космического применения. М. : Бином. Лаборатория знаний, 2012. 304 с.

Радиационная стойкость изделий ЭКБ : монография / А. Ю. Никифоров, В. А. Телец, B. C. Першен-ков [и др.] ; под ред. д-ра техн. наук, проф. А. И. Чумакова. М. : МИФИ, 2015. 512 с.

Рациональный методический подход к оценке дозовой стойкости КМОП-микросхем с учетом эффектов низкой интенсивности / Д. В. Бойченко, О. А. Калашников, А. Б. Каракозов, А. Ю. Никифоров // Микроэлектроника. 2015. Т. 44, № 1. С. 4–11.

Беляева Е. А., Муравьев В. В. Управление качеством танталовых конденсаторов на основе анализа дефектов, возникающих на этапах технологического процесса и обнаруживаемых при эксплуатации // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2018. Т. 21, № 1. C. 74–81. doi: 10.22213/2413-1172-2018-1-74-81

Сибгатуллин Б. И., Барсуков В. К. Математическое моделирование переходных процессов при заряде конденсатора с распределенными параметрами методом конечных элементов // Интеллектуальные системы в производстве. 2018. Т. 16, № 3. C. 58–65. doi: 10.22213/2410-9304-2018-3-58-65

Кузнецова В. А., Муравьев В. В. Ускоренные испытания сохраняемости танталовых конденсаторов с использованием теплового метода // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2018. Т. 21, № 1. C. 82–88. doi: 10.22213/2413-1172-2018-1-82-88

Анализ влияния кинетики фототоков телевизионного мультискана на погрешность измерения ко-ординат и размеров световых зон / Ю. К. Шелковников, Н. И. Осипов, С. Р. Кизнерцев, А. А. Метелева // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2019. Т. 22, № 1. C. 89–99. doi: 10.22213/2413-1172-2019-1-89-99

Мельников Р. В., Щенятский А. В., Трутнев Г. А. Подходы к расчету технических характеристик твердотельного волнового гироскопа // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2018. Т. 21, № 1. C. 7–11. doi: 10.22213/2413-1172-2018-1-7-11

Соболев В. В. Оптические свойства и электронная структура неметаллов. В 2 т. Ижевск : Регулярная и хаотическая динамика, Институт компьютерных исследований, 2012. Т. 2. Моделирование интегральных спектров элементарными полосами. 416 с.

Sobolev V.V., Sobolev V.V. Optical spectra of arsenic chalcogenides in a wide energy range of fundamental absorption. Semiconductors and Semimetals, 2004, vol. 79, no. С, pp. 201-228.

Испытания электронных компонентов из летных партий к дозовым эффектам для гарантии стойкости бортовой аппаратуры космических аппаратов / В. М. Зыков, Ю. В. Максимов, И. А. Максимов [и др.] // Вестник СибГАУ. 2015. Т. 16, № 4. С. 881–890.

Fleetwood D.A. First-principles approach to total-dose hardness assurance. 1995 IEEE NSREC IEEE Nuclear and Space Radiation Conference. Short Course: “Advanced Qualification Techniques; a Practical Guide for Radiation Testing of Electronics”. Madison, Winconsin, 1995, pp. III-1-III-69.

Barnaby H. Total-ionizing-dose effects in modern CMOS technologies. IEEE Trans. Nucl. Sci. Dec, 2006, vol. 53, no. 6, pp. 3103-3121.

Dodd P.E., Shaneyfelt M.R., Schwank J.R., Felix J.A. Current and future challenges in radiation effects on CMOS electronics. IEEE Trans. Nucl. Sci., 2010, vol. 57, no. 4, pp. 1747-1763.

Никифоров А. Ю., Телец В. А., Чумаков А. И. Радиационные эффекты в КМОП интегральных схемах. М. : Радио и связь, 1994. 164 c.

Якунин М. А. Решение задач контроля радиационного баланса подстилающей поверхности на основе спектрального подхода // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2015. Т. 18, № 1. C. 83–84.

Oldham T.R., McLean F.B. Total Ionizing Dose Effects in MOS Oxides and Devices. IEEE Transactions on Nuclear Science, June 2003, vol. 50, no. 3, pp. 483-499.

Schwank J. Total Dose Effects in MOS Devices. IEEE NSREC Short Course Notes, 2002, pp. III-1 - III-123.

Чубруков Ф. В. Определение запаса стойкости КМОП ИМС при воздействии ионизирующего излучения // Вопросы атомной науки и техники. Сер.: Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. 2017. Вып. 1. С. 31–35.

Chatterjee I., Zhang E.X., Bhuva B.L., Alles M.A., Schrimpf R.D., Fleetwood D.M., Fang Y.-P., Oates A. Bias Dependence of Total-dose Effects in Bulk FinFETs. Nuclear Science, IEEE Transactions on. Dec., 2013, vol. 60, no. 6, pp. 4476-4482.

Dodd P.E., Paillet P., Ferlet-Cavrois V. Radiation Effects in MOS Oxides. IEEE Trans. Nucl. Sci., 2008, vol. 55, no. 4, pp. 1833-1852.

Катеринич И. И., Попов В. Д., Вин Чжо Ко. Анализ изменения плотности поверхностных состояний в МОП-приборах при воздействии гамма-излучения в широком диапазоне мощностей дозы // Вопросы атомной науки и техники. Сер.: Физика радиационного взаимодействия на радиоэлектронную аппаратуру. 2012. Вып. 1. С. 43–45.

Бутин В. И., Чубруков Ф. В. Диагностирование запаса стойкости КМОП-микросхем в условиях воздействия ионизирующего излучения // Вопросы атомной науки и техники. Сер.: Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. 2018. Вып. 2. С. 16–20.




DOI: http://dx.doi.org/10.22213/2413-1172-2019-4-73-82

Article Metrics

Metrics Loading ...

Metrics powered by PLOS ALM


Copyright (c) 2019 Bulletin of Kalashnikov ISTU

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.


ISSN 1813-7903 (Print)
ISSN 2413-1172 (Online)