Читать онлайн «Радиационные эффекты в кремниевых интегральных схемах высокой степени интеграции»

Г. И. Зебрев Радиационные эффекты в кремниевых интегральных схемах высокой степени интеграции НИЯУ МИФИ 2010  ГЛАВА 1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ РАДИАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ 1. 1. Радиационная стойкость элементной базы К микроэлектронным изделиям с длительным сроком функционирования в условиях возможного действия специальных воздействующих факторов предъ- является ряд специфических требований, к числу наиболее значимых из кото- рых можно отнести высокую надежность, малое энергопотребление, малые га- баритные размеры, широкий диапазон рабочих температур, высокая радиаци- онная стойкость. В качестве примера можно привести необходимость обеспе- чения длительного функционирования электронного оборудования на борту космических аппаратов (КА) в условиях воздействия жестких излучений кос- мического пространства (КП). Длительность активного существования аппаратуры КА во многом определя- ется надежной работой микроэлектронных компонентов и интегральных схем. Ионизирующие излучения космического пространства вызывают деградацию отдельных элементов интегральных схем (ИС), - главным образом, транзисто- ров. Изменение характеристик при облучении всей ИС в целом определяется деградацией составляющих схему элементов, но это изменение носит чрезвы- чайно сложный характер. Полное описание функциональных параметров ИС и их радиационный отклик практически невозможно, в том числе и по причине трудности выбора информативных критериальных параметров. В качестве та- ковых обычно используют простейшие входные и выходные параметры ИС. При этом параметрические отказы можно определить по дрейфу этих характе- ристик за пределы норм ТУ. Дрейф входных и выходных параметров ИС связан с радиационным откликом отдельных элементов ИС, либо небольших блоков. Экспериментальное изучение радиационной стойкости аппаратуры происхо- дит обычно на уровне отдельных элементов (транзисторов) ИС. Это связано с тем, что понять природу радиационной деградации сразу на уровне более или менее сложной цепи очень сложно, и приходится сначала интерпретировать в рамках некоторой модели результаты для одного транзистора, а затем пытаться предсказать поведение всей схемы в целом. При этом деградацию параметров отдельного транзистора необходимо рассматривать на физическом уровне (процессы в материалах и приборные эффекты), в то время как деградация па- раметров всей схемы в целом или даже отдельных ее блоков невозможно опи- сать без использования схемотехнических методов моделирования. Отсюда становится понятным важным необходимость использования многоуровневых методов моделирования, когда результаты расчетов на физическом уровне пе- 2 редаются на следующий иерархический уровень схемотехнического моделиро- вания. В идеале, полный анализ и предсказание радиационного отклика микросхем может основываться на детальном SPICE моделировании работы ИС с учетом физических моделей деградации отдельных ее элементов (восходящее модели- рование).