Russian Federation
Russian Federation
The paper presents methods of lifetime estimation in specified space radiation conditions for the devices with additive and non-additive nature of ionization and displacement damage effects. Examples of realization of the methods are shown for the bipolar linear circuits and optocouplers.
degradation curves, ionization effects, displacement damage effects, neutron irradiation, gamma-irradiation, optocouplers, comparators.
I. Введение
В настоящее время испытания с учетом эффектов структурных повреждений принято проводить не для всех классов полупроводниковых приборов (ПП) и интегральных схем (ИС), а только для тех из них, которые известны как чувствительные к деградации за счет данных эффектов. В частности, для изделий МОП- и КМОП-технологии обычно проводятся испытания только в части ионизационных дозовых эффектов, и данный подход закреплен на уровне нормативно-технических документов, регламентирующих испытания на стойкость к воздействию ИИ КП (см., например, [1]). При этом широко распространено при испытаниях раздельное моделирование ионизационных эффектов и эффектов структурных повреждений. Ионизационные дозовые эффекты обычно моделируются с помощью облучения гамма-квантами [1-4], тогда как для моделирования деградации за счет эффектов структурных повреждений может применяться облучение быстрыми нейтронами или облучение высокоэнергетическими протонами [1]. Применение данного подхода вполне обосновано в случаях, когда деградация испытываемого изделия преимущественно определяется либо ионизационными дозовыми эффектами, либо эффектами структурных повреждений: в таких случаях действительно можно ограничиться моделированием при испытаниях доминирующего радиационного эффекта и пренебречь другими эффектами, даже если они имеют место. Более того, в случаях, когда ионизационные дозовые эффекты и эффекты структурных повреждений имеют аддитивный характер, что характерно, например, для биполярных транзисторов и микросхем, по кривым деградации, полученным раздельно при воздействии гамма-квантов и нейтронов (или протонов), можно рассчитать суммарную деградационную кривую для любых заданных радиационных условий КП (такая методика разработана в рамках данной диссертации, и она будет представлена ниже). Если же ионизационные дозовые эффекты и эффекты структурных повреждений не являются аддитивными, что свойственно, например, оптронам [5, 6], то полученные раздельно кривые деградации при воздействии гамма-квантов и нейтронов (или протонов) в большинстве случаев не дают возможности прогнозировать срок службы испытываемых изделий в заданных радиационных условиях КП. Тем не менее, как будет позже показано в настоящей работе, использование раздельного моделирования ионизационных эффектов и эффектов структурных повреждений может служить основой для методики прогнозирования срока службы изделий как с аддитивным, так и с неаддитивным характером данных эффектов в любых заданных радиационных условиях КП.
1. OST 134-1034-2012. Apparatura, pribory, ustroystva i oborudovanie kosmicheskikh apparatov. Metody ispytaniy i otsenki stoykosti bortovoy radioelektronnoy apparatury kosmicheskikh apparatov k vozdeystviyu elektronnogo i protonnogo izlucheniy kosmicheskogo prostranstva po dozovym effektam.
2. MIL-STD-883J. Method 1019.9. Ionizing Radiation (Total Dose) Test Procedure. 2013.
3. ESCC Basic Specification No. 22900. Total Dose Steady-State Irradiation Test Method. 2010.
4. Schwank J.R., Shaneyfelt M.R., Dodd P.E. Radiation Hardness Assurance Testing of Microelectronic Devices and Integrated Circuits: Radiation Environments, Physical Mechanisms, and Foundations for Hardness Assurance. Sandia National Laboratories Document Sand-2008-6851P.
5. Petrov A., Tapero K., Mosina G. Radiation Testing of Optocouplers Intended for Space Application Using the Consecutive Modelling of Ionizing and Displacement Damage Effects. ISROS 2016 Proceedings, Otwock, Poland, 6-9 June 2016.
6. Tapero, K. I. Opredelenie sroka sluzhby optronov v usloviyakh kosmicheskogo prostranstva s ispol´zovaniem posledovatel´nogo modelirovaniya ionizatsionnykh effektov i effektov strukturnykh povrezhdeniy [Tekst] / K. I. Tapero, A. S. Petrov, G. M. Mosina. Voprosy atomnoy nauki i tekhniki. Ser.: Fizika radiatsionnogo vozdeystviya na radioelektronnuyu apparaturu. - 2016. - Vyp. 3. - S. 23-29.
7. Buchner S., Marshall P., Kniffin S., LaBel K. Proton Test Guideline Development - Lessons Learned. NASA-GSFC, 2002.
