Россия
Россия
В статье предложены методы расчетно-экспериментальной оценки срока службы изделий с аддитивным и неаддитивным характером ионизационных и структурных эффектов в заданных радиационных условиях космического пространства. Приведены примеры реализации данных методов применительно к биполярным линейным схемам и оптронам.
Деградационные кривые, ионизационные эффекты, эффекты структурных повреждений, нейтронное излучение, гамма-излучение, оптроны, компараторы.
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. ОСТ 134-1034-2012. Аппаратура, приборы, устройства и оборудование космических аппаратов. Методы испытаний и оценки стойкости бортовой радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов к воздействию электронного и протонного излучений космического пространства по дозовым эффектам.
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. Таперо, К. И. Определение срока службы оптронов в условиях космического пространства с использованием последовательного моделирования ионизационных эффектов и эффектов структурных повреждений [Текст] / К. И. Таперо, А. С. Петров, Г. М. Мосина // Вопросы атомной науки и техники. Сер.: Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. - 2016. - Вып. 3. - С. 23-29.
7. Buchner S., Marshall P., Kniffin S., LaBel K. Proton Test Guideline Development - Lessons Learned. NASA-GSFC, 2002.
