Modeling of systems and processes Modeling of systems and processes Моделирование систем и процессов 2219-0767 80604 10.12737/2219-0767-2024-17-1-129-136 Физико-математические науки Физико-математические науки Simulation of the influence of electromagnetic fields on microcircuits Моделирование влияния электромагнитных полей на микросхемы Полуэктов Александр Владимирович Poluektov Aleksandr Vladimirovich Медведев Роман Юрьевич Medvedev Roman Yur'evich Зольников Константин Владимирович Zolnikov Konstantin Vladimirovich Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова Voronezh State University of Forestry and Technologies named after G.F. Morozov Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова Россия Voronezh State University of Forestry and Technologies named after G.F. Morozov Russian Federation 24 03 2024 24 03 2024 17 1 129 136 23 03 2024 https://naukaru.ru/en/nauka/article/80604/view

В статье рассматривается влияния электромагнитных полей на радиационные эффекты в микросхемах, описывается влияние электромагнитных полей в зависимости от расстояния от центра взрыва, оценивается степень защищенности микросхем. Рассматриваются оценки воздействия электромагнитных полей, создаваемых гамма-излучением, на КМОП микросхемы, описывается физический процесс, математическая модель возникновения тока утечки, потеря заряда, скорость переключения транзисторов и электронная подвижность. Рассматриваются насколько способов защиты от воздействия электромагнитных полей на КМОП полупроводники: экранирование, снижение мощности и частоты излучения, компенсация воздействия. Рассматривается как физическая основа, так и математическая модель параметров для экранирования: коэффициент затухания и эффективность экранирования. Определяется основной способ защиты микросхем от электромагнитных полей с помощью экранирования, снижения мощности и частоты излучения, а также компенсации воздействия. В статье описывается математическая, алгоритмическая модели, на основании которых построена компьютерная модель для оценки воздействия электромагнитного поля на КМОП полупроводники. Оценка достоверности проведения оценки защищенности микросхемы строится на основе проведения компьютерного эксперимента, построенного с помощью программы, написанной на языке программирования C#. Итогом стали данные анализа защищенности от воздействия электромагнитного поля на КМОП полупроводники для расстояний от эпицентра взрыва на расстоянии от 10 до 100 км с шагом 10 км.

The article examines the influence of electromagnetic fields on radiation effects in microcircuits, describes the influence of electromagnetic fields depending on the distance from the center of the explosion, and evaluates the degree of protection of microcircuits. Assessments of the impact of electromagnetic fields created by gamma radiation on CMOS microcircuits are considered, the physical process, a mathematical model of the occurrence of leakage current, charge loss, transistor switching speed and electronic mobility are described. The methods of protecting CMOS semiconductors from the effects of electromagnetic fields are considered: shielding, reducing the power and frequency of radiation, and compensation for the effects. Both the physical basis and the mathematical model of the parameters for shielding are considered: attenuation coefficient and shielding efficiency. The main method of protecting microcircuits from electromagnetic fields is determined using shielding, reducing the power and frequency of radiation, as well as compensating for exposure. The article describes the mathematical and algorithmic models on the basis of which a computer model was built to assess the impact of the electromagnetic field on CMOS semiconductors. The assessment of the reliability of the chip security assessment is based on a computer experiment built using a program written in the C# programming language. The result was data from an analysis of protection from the effects of an electromagnetic field on CMOS semiconductors for distances from the epicenter of the explosion at a distance of 10 to 100 km with a step of 10 km.

 моделирование компьютерное моделирование модель С# микросхема электромагнитные поля КМОП полупроводники радиационные эффекты экранирование снижение мощности частоты излучения компенсация воздействия коэффициент затухания эффективность экранирования. Modeling computer simulation model C# microcircuit electromagnetic fields CMOS semiconductors radiation effects shielding power reduction radiation frequency impact compensation attenuation coefficient shielding efficiency.

Особенности проектирования микросхем, выполненных по глубоко-субмикронным технологиям / А.В. Ачкасов [и др.] // Моделирование систем и процессов. - 2022. - Т. 15, № 4. - С. 7-17. Osobennosti proektirovaniya mikroshem, vypolnennyh po gluboko-submikronnym tehnologiyam / A.V. Achkasov [i dr.] // Modelirovanie sistem i processov. - 2022. - T. 15, № 4. - S. 7-17. Соколов, Е. Г. Воздействия внешних электромагнитных полей на компьютеры / Е. Г. Соколов, Б. Н. Морозов // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. - 2017. - Т. 11, № 11. - С. 52-56. Sokolov, E. G. Vozdeystviya vneshnih elektromagnitnyh poley na komp'yutery / E. G. Sokolov, B. N. Morozov // T-Comm: Telekommunikacii i transport. - 2017. - T. 11, № 11. - S. 52-56. Липатников, В.А. Глава 8. Системные вопросы защиты программ и данных. Защита программного обеспечения пользователей индивидуальных вычислительных средств и сетей / В.А. Липатников, В.О. Драчев, В.В. Карганов // Технологии защиты информации в условиях кибернетического противоборства. - Санкт-Петербург, 2020. - С. 323-435. Lipatnikov, V.A. Glava 8. Sistemnye voprosy zaschity programm i dannyh. Zaschita programmnogo obespecheniya pol'zovateley individual'nyh vychislitel'nyh sredstv i setey / V.A. Lipatnikov, V.O. Drachev, V.V. Karganov // Tehnologii zaschity informacii v usloviyah kiberneticheskogo protivoborstva. - Sankt-Peterburg, 2020. - S. 323-435. Гуревич, В. Проблема электромагнитных воздействий на микропроцессорные устройства релейной защиты. Часть 3 / В. Гуревич // Компоненты и технологии. - 2010. - № 4(105). - С. 91-96. Gurevich, V. Problema elektromagnitnyh vozdeystviy na mikroprocessornye ustroystva releynoy zaschity. Chast' 3 / V. Gurevich // Komponenty i tehnologii. - 2010. - № 4(105). - S. 91-96. Требования устойчивости и стойкости технических систем к воздействию импульсных электромагнитных полей / Н.В. Балюк, С.Д. Орлов, В.В. Оленевский, Д.Н. Стецюк // Технологии электромагнитной совместимости. - 2022. - № 2(81). - С. 3-19. Trebovaniya ustoychivosti i stoykosti tehnicheskih sistem k vozdeystviyu impul'snyh elektromagnitnyh poley / N.V. Balyuk, S.D. Orlov, V.V. Olenevskiy, D.N. Stecyuk // Tehnologii elektromagnitnoy sovmestimosti. - 2022. - № 2(81). - S. 3-19. Oliver. H. ORIGEN-S: SCALE system module to calculate fuel depletion, actinide transmutation, fission product buildup and decay, and associated radiation source terms / H. Oliver. - NUREG/CR-0200, 2000. - Rev. 5, Vol. 2, Sec. F7. Oliver. H. ORIGEN-S: SCALE system module to calculate fuel depletion, actinide transmutation, fission product buildup and decay, and associated radiation source terms / H. Oliver. - NUREG/CR-0200, 2000. - Rev. 5, Vol. 2, Sec. F7. SCALE 4.3. Modular Code System for Performing Standardized Computer Analysis for Licensing Evaluation. NUREG/CR-0200, Rev. 5 (ORNL/NUREG/CSD-2/R5), RSIC code package CCC-545, Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, TN. Sept. 1995. SCALE 4.3. Modular Code System for Performing Standardized Computer Analysis for Licensing Evaluation. NUREG/CR-0200, Rev. 5 (ORNL/NUREG/CSD-2/R5), RSIC code package CCC-545, Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, TN. Sept. 1995. Validity of the Geometrical Progression Formula in Approximating Gamma-Ray Buildup Factors / Y. Harima, Y. Sakamoto, S. Tanaka, M. Kawai // Nuclear Science and Engineering. - 1986. - Vol. 94. - Pp. 24-35. Validity of the Geometrical Progression Formula in Approximating Gamma-Ray Buildup Factors / Y. Harima, Y. Sakamoto, S. Tanaka, M. Kawai // Nuclear Science and Engineering. - 1986. - Vol. 94. - Pp. 24-35. Зольников, В.К. Моделирование и анализ производительности алгоритмов балансировки нагрузки облачных вычислений / В.К. Зольников, О.В. Оксюта, Н.Ф. Даюб // Моделирование систем и процессов. - 2020. - Т. 13, № 1. - С. 32-39. Zol'nikov, V.K. Modelirovanie i analiz proizvoditel'nosti algoritmov balansirovki nagruzki oblachnyh vychisleniy / V.K. Zol'nikov, O.V. Oksyuta, N.F. Dayub // Modelirovanie sistem i processov. - 2020. - T. 13, № 1. - S. 32-39. Барбашов, В.М. Методы построения КФП для прогнозирования функциональных отказов БИС при воздействии радиационных и электромагнитных излучений / В. М. Барбашов // Микроэлектроника. - 2010. - Т. 39, № 2. - С. 113-125. Barbashov, V.M. Metody postroeniya KFP dlya prognozirovaniya funkcional'nyh otkazov BIS pri vozdeystvii radiacionnyh i elektromagnitnyh izlucheniy / V. M. Barbashov // Mikroelektronika. - 2010. - T. 39, № 2. - S. 113-125. Координация проектных работ в области СНК и сложно функциональных блоков / К.В. Зольников, В.И. Анциферова, С.А. Евдокимова, С.В. Гречаный // Моделирование систем и процессов. - 2020. - Т. 13, № 3. - С. 71-76. Koordinaciya proektnyh rabot v oblasti SNK i slozhno funkcional'nyh blokov / K.V. Zol'nikov, V.I. Anciferova, S.A. Evdokimova, S.V. Grechanyy // Modelirovanie sistem i processov. - 2020. - T. 13, № 3. - S. 71-76. Барбашов, В.М. Функционально-логическое моделирование качества функционирования ИС при воздействии радиационных и электромагнитных излучений / В. М. Барбашов, Н. С. Трушкин // Микроэлектроника. - 2009. - Т. 38, № 1. - С. 34-47. Barbashov, V.M. Funkcional'no-logicheskoe modelirovanie kachestva funkcionirovaniya IS pri vozdeystvii radiacionnyh i elektromagnitnyh izlucheniy / V. M. Barbashov, N. S. Trushkin // Mikroelektronika. - 2009. - T. 38, № 1. - S. 34-47. Акулов, М.А. Защитные покрытия на основе композиционных радиоматериалов для снижения уровня электромагнитного излучения в СВЧ-диапазоне / М.А. Акулов, Г.Е. Кулешов // Актуальные проблемы радиофизики : сборник трудов Международной молодежной научной школы. - Томск, 2017. - С. 9-12. Akulov, M.A. Zaschitnye pokrytiya na osnove kompozicionnyh radiomaterialov dlya snizheniya urovnya elektromagnitnogo izlucheniya v SVCh-diapazone / M.A. Akulov, G.E. Kuleshov // Aktual'nye problemy radiofiziki : sbornik trudov Mezhdunarodnoy molodezhnoy nauchnoy shkoly. - Tomsk, 2017. - S. 9-12. Исследование влияния мощных электромагнитных излучений на приемные антенные системы со сверхпроводящими защитными устройствами / Н.C. Еремина, И.И. Кравченко, М.Н. Курилов [и др.] // Проблемы региональной энергетики. - 2022. - № 3(55). - С. 140-155. - DOI: 10.52254/1857-0070.2022.3-55.11. Issledovanie vliyaniya moschnyh elektromagnitnyh izlucheniy na priemnye antennye sistemy so sverhprovodyaschimi zaschitnymi ustroystvami / N.C. Eremina, I.I. Kravchenko, M.N. Kurilov [i dr.] // Problemy regional'noy energetiki. - 2022. - № 3(55). - S. 140-155. - DOI: 10.52254/1857-0070.2022.3-55.11. Аствацатурьян, Е.Р. Особенности учета неточности моделей при анализе стабильности сложных электронных устройств физического эксперимента. В кн.: Электроника для экспериментальной физики. / Е.Р. Аствацатурьян. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - С. 3-8. Astvacatur'yan, E.R. Osobennosti ucheta netochnosti modeley pri analize stabil'nosti slozhnyh elektronnyh ustroystv fizicheskogo eksperimenta. V kn.: Elektronika dlya eksperimental'noy fiziki. / E.R. Astvacatur'yan. - M.: Energoatomizdat, 1986. - S. 3-8. Гайнутдинов, Р.Х. Эффективное взаимодействие радиационного поля с сильным классическим электромагнитным полем / Р. Х. Гайнутдинов, А. А. Мутыгуллина, М. А. Хамадеев // Ученые записки Казанского государственного университета. Серия: Физико-математические науки. - 2008. - Т. 150, № 2. - С. 112-117. Gaynutdinov, R.H. Effektivnoe vzaimodeystvie radiacionnogo polya s sil'nym klassicheskim elektromagnitnym polem / R. H. Gaynutdinov, A. A. Mutygullina, M. A. Hamadeev // Uchenye zapiski Kazanskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Fiziko-matematicheskie nauki. - 2008. - T. 150, № 2. - S. 112-117. Анализ проблем моделирования элементов КМОП БИС / В.К. Зольников [и др.] // Моделирование систем и процессов. - 2018. - Т. 11, № 4. - С. 20-25. Analiz problem modelirovaniya elementov KMOP BIS / V.K. Zol'nikov [i dr.] // Modelirovanie sistem i processov. - 2018. - T. 11, № 4. - S. 20-25. Калугин, М.А. Численное моделирование радиационных полей от источников ионизирующего излучения внутри защитной оболочки АЭС при аварии / М.А. Калугин // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика ядерных реакторов. - 2009. - № 2. - С. 28-34. Kalugin, M.A. Chislennoe modelirovanie radiacionnyh poley ot istochnikov ioniziruyuschego izlucheniya vnutri zaschitnoy obolochki AES pri avarii / M.A. Kalugin // Voprosy atomnoy nauki i tehniki. Seriya: Fizika yadernyh reaktorov. - 2009. - № 2. - S. 28-34. Цифровая и вычислительная техника : учебник для вузов / Э. В. Евреинов [и др.]. - М.: Радио и связь, 1991. - 464 с. Cifrovaya i vychislitel'naya tehnika : uchebnik dlya vuzov / E. V. Evreinov [i dr.]. - M.: Radio i svyaz', 1991. - 464 s. An automated system of the high accuracy measurement of power consumption and analysis of the results in digital integrated circuits / O.H. Petrosyan, Z.M. Avetisyan, S.A. Ghukasyan, A.E. Tadevosyan // Proceedings of National Polytechnic University of Armenia. Information Technologies, Electronics, Radio Engineering. - 2019. - № 1. - С. 62-71. An automated system of the high accuracy measurement of power consumption and analysis of the results in digital integrated circuits / O.H. Petrosyan, Z.M. Avetisyan, S.A. Ghukasyan, A.E. Tadevosyan // Proceedings of National Polytechnic University of Armenia. Information Technologies, Electronics, Radio Engineering. - 2019. - № 1. - S. 62-71. Синюкин, А.С. Разработка ведомого устройства интерфейса SPI на основе базовых матричных кристаллов / А.С. Синюкин, М.А. Денисенко, А.В. Ковалев // Инженерный вестник Дона. - 2023. - № 11 (107). - С. 104-116. Sinyukin, A.S. Razrabotka vedomogo ustroystva interfeysa SPI na osnove bazovyh matrichnyh kristallov / A.S. Sinyukin, M.A. Denisenko, A.V. Kovalev // Inzhenernyy vestnik Dona. - 2023. - № 11 (107). - S. 104-116. Прищепенко А.Б. Взрывы и волны. Взрывные источники электромагнитного излучения радиочастотного диапазона : учеб. пособие по специальности 170103 «Средства поражения и боеприпасы» / М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008. Prischepenko A.B. Vzryvy i volny. Vzryvnye istochniki elektromagnitnogo izlucheniya radiochastotnogo diapazona : ucheb. posobie po special'nosti 170103 «Sredstva porazheniya i boepripasy» / M.: BINOM. Laboratoriya znaniy, 2008. Camp, M. Influence of the technology on the destruction effects of semiconductors by impact of EMP and UWB pulses / M. Camp, H. Garbe, D. Nitsch // IEEE International Symposium on EMC. - 2002. - Vol. 1. - Pp. 87-92. Camp, M. Influence of the technology on the destruction effects of semiconductors by impact of EMP and UWB pulses / M. Camp, H. Garbe, D. Nitsch // IEEE International Symposium on EMC. - 2002. - Vol. 1. - Pp. 87-92.