ИССЛЕДОВАНИЕ РАДИАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ МИКРОСХЕМ СЕРИИ ADG4XX К ВОЗДЕЙСТВИЮ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПО ЭФФЕКТАМ ПОГЛОЩЕННОЙ ДОЗЫ
DOI:
https://doi.org/10.22213/2413-1172-2019-4-73-82Ключевые слова:
гамма-излучение, радиационная стойкость, ионизирующее излучение, аналоговый коммутатор, аналоговый мультиплексор, общая накопленная дозаАннотация
Современные требования к бортовой радиоэлектронной аппаратуре авиакосмического назначения в значительной степени актуализировали задачу оценки и прогнозирования уровней стойкости электронных компонентов и узлов к радиационным воздействиям. Особый интерес направлен на исследование воздействий полей ионизирующих излучений естественного и искусственного происхождений на интегральные КМОП-микросхемы (комплиментарные микросхемы на транзисторах металл – диэлектрик – полупроводник).
Представлена последовательность подготовки и проведения радиационного эксперимента на аппарате «АГАТ-С» с закрытым радионуклидным источником гамма-излучения Со60, а также проанализированы результаты испытаний интегральных микросхем серии ADG4XX (компания Analog Devices) к воздействию ионизирующего излучения в части дозовых эффектов. Исследовано влияние гамма-излучения на функционирование и электрические параметры многоканальных аналоговых коммутаторов/мультиплексоров с учетом топологии кристаллов. В частности получены зависимости наиболее чувствительных параметров объектов исследования относительно фактического уровня накопленной дозы, а также проанализированы причины деградации контролируемых параметров: токов потреблений, токов утечек, пороговых логических напряжений и др.
Кроме того, проведен разрушающий физический анализ образцов микросхем с целью установления наиболее чувствительных областей и локализации радиационных эффектов по топологии полупроводниковых кристаллов.
Даны результаты расчетной оценки стойкости интегральных микросхем серии ADG4XX: по критериям параметрического отказа минимальный уровень стойкости к дозовым эффектам варьируется от 721 до 1057 рад, а по критериям функционального отказа – от 1088 до 7212 рад для различных микросхем. Полученные данные имеют прикладное значение в случае применения исследуемых изделий в радиационно-стойкой аппаратуре военного, космического и специального назначения.Библиографические ссылки
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.
