для двух мощностей дозы. - LMS
advertisement
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «ВЫСШАЯ ШКОЛА ЭКОНОМИКИ» Московский институт электроники и математики Иконников Евгений Александрович МЕТОДИКА ИМИТАЦИИ ВОЗДЕЙСТВИЯ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА НА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ Выпускная квалификационная работа по направлению11.03.04 «Электроника и наноэлектроника» студента образовательной программы бакалавриата «Электроника и наноэлектроника» Студент Иконников Е.А. Рецензент к.т.н., нач. сектора ОАО "НПП Пульсар" Научный руководитель доцент МИЭМ НИУ ВШЭ Вологдин Э.Н. Аврасин Эрнст Тевелевич Консультант инженер ОАО «НПП Пульсар» Смирнов Д.С. Москва 2015 г. 2 Содержание Введение ……………………………………………………………………...3 Ионизирующее излучение космического пространства (виды излучений, характеристики излучений и типовые значения характеристик) .……......4 Радиационные эффекты в БА КА при воздействии ИИ КП……………...8 Ионизационные эффекты в изделиях электронной технике биполярной полупроводниковой технологии……………………………….….……....10 Проблемы проведения испытаний ИМС на стойкость к воздействию ИИ КП…………………………………...…………………..…………........15 Методы испытаний биполярных ИМС на стойкость к воздействию ИИ КП…………………………………………………………………….....16 Анализ существующих методик испытаний ИМС на стойкость к воздействию ИИ КП……………………………………………………....22 Выводы……………………………………………………………………....24 Экспериментальная часть………………………………………………......25 Апробация расчетного метода оценки стойкости ИМС к воздействию ИИ КП………………………………………………………………………..39 Заключение…………………………………………………………………..42 Список литературы………………………………………………………….43 2 3 Введение Стойкость бортовой радиоэлектронной аппаратуры к воздействию ИИ КП, как правило, обеспечивается рациональным выбором электрорадиоизделий (ЭРИ) для комплектации аппаратуры. Этот выбор предполагает, в частности, применение ЭРИ с показателями стойкости не ниже предельной накопленной дозы в чувствительных объемах изделий в пределах сроков активного существования и с учетом особенностей характеристик ИИ КП. В большинстве случаев чувствительность биполярных микросхем к воздействию изучения с низкой мощностью дозы (10-2÷10-3 рад/с), характерного для космического пространства, выше по сравнению с мощностью дозы используемой при радиационных испытаниях (50÷300 рад/с). В литературе этот эффект получил название ELDRS-эффекта (эффект низкой интенсивности) [1]. По этому, главной задачей при определении уровня стойкости биполярных микросхем входящих в состав бортовой радиоэлектронной аппаратуры к воздействию ИИ КП является создание методов прогнозирования их стойкости с учётом ELDRS-эффекта. 3 4 Ионизирующее излучение космического пространства (виды излучений, характеристики излучений и типовые значения характеристик) В результате накопленных к настоящему времени результатов экспериментальных и теоретических исследований получена относительно полная картина ионизирующих излучений космического пространства, их состава, энергетических спектров и пространственных распределений. Главную опасность для бортовой аппаратуры (БА) космических аппаратов (КА) несут заряженные частицы (ЗЧ) естественных радиационных поясов Земли (ЕРПЗ), солнечных и галактических космических лучей (СКЛ и ГКЛ). Протоны ЕРПЗ имеют непрерывное распределение энергий от десятков кэВ до сотен МэВ, электроны же имеют распределение до десяти МэВ. Низкоэнергетические частицы, чья энергия меньше 100 кэВ, распределены в магнитосфере Земли до расстояний 10∙Rз (где Rз – радиус Земли). Протоны главным образом находятся на расстояниях от 0,2∙Rз до 3∙Rз, образуя внутренний радиационный пояс. Электроны расположены в двух пространственных зонах – внешнем и внутреннем радиационном поясе на расстояниях 0,2∙Rз и 10∙Rз. Между этими поясами, что соответствует расстояниям (3-4)∙Rз, потоки электронов меньше на 2-3 порядка. Потоки частиц СКЛ и ГКЛ образованы высокоэнергетическими протонами и тяжелыми заряженными частицами (ТЗЧ). Мощные кратковременные возмущения на поверхности Солнца, которые проявляются как выброс заряженных частиц в межпланетное пространство (МКП), вызывают появление СКЛ. СКЛ – постоянно изменяющаяся составляющая ИИ КП. Процессы, приводящие к инжекции высокоэнергетических частиц с солнечной поверхности и определяющие особенности их распространения в межпланетном пространстве и магнитосфере Земли, трудны для описания, поэтому задача 4 5 прогнозирования пространственно-временных характеристик является очень трудной. Характерными чертами потоков частиц ГКЛ являются относительно небольшие плотности потока (до 5 см-2 ∙c-1) и высокие энергии (до 1020 эВ) частиц. Потоки частиц ГКЛ с энергией меньше 5 ГэВ зависят от уровня солнечной активности, а также от величины и полярности общего магнитного поля Солнца. В процессе оценки радиационной опасности частиц ГКЛ необходимо учесть высокую проникающую способность частиц ГКЛ и эффект их каскадного размножения в корпусе КА. КА также подвергается воздействию плазмы, постоянно испускаемой Солнцем. Она заполняет собой МКП. Данная плазма представляет из себя заряженные частицы солнечного ветра. Основными компонентами плазмы являются электроны и протоны. Плотность их потока при спокойном солнечном ветре достигает величины 108-109 см-2 ∙c-1. Средняя энергия протонов равна 0.5 кэВ. Солнечный ветер, в зависимости от уровня солнечной активности, может испытывать различные возмущения. Возмущенный солнечный ветер характеризуется увеличением энергий и потоков частиц. Заряженные частицы солнечного ветра относят к факторам поверхностного действия в связи с тем, что они имеют относительно низкие энергии. Подводя итог вышесказанному, можно сделать вывод, что ИИ КП состоит из потоков заряженных частиц различных радиационных полей космического пространства. Причем в каждом из них потоки частиц различны по пространственному, временному и энергетическому распределению, а также по элементарному составу. Радиационные условия функционирования БА определяются следующими характеристиками: 5 6 1) Дифференциальными энергетическими спектрами электронов ЕРПЗ на поверхности КА; 2) Дифференциальными энергетическими спектрами протонов ЕРПЗ и СКЛ на поверхности КА; 3) Поглощенными дозами в кремнии электронов и протонов ЕРПЗ и СКЛ за типовыми защитами из алюминия для геометрии в виде сферы и полубесконечной плоскости. Необходимо учитывать конструкцию и срок функционирования КА для точного определения радиационных условий эксплуатации БА КА. Энергетические спектры заряженных частиц используют для расчета локальных радиационных условий – поглощенных доз при эксплуатации отдельных приборов и блоков аппаратуры с учетом реальной конструкции КА и эффектов взаимного экранирования блоков аппаратуры. Поглощенные дозы заряженных частиц за защитами используются при выборе и предварительной оценке правильности применения ИЭТ по критерию радиационной стойкости, а также при оценке стойкости БА. В качестве примера в таблице 1 [1] приведены радиационные условия функционирования БА в виде суммарных поглощенных доз электронов и протонов ЕРПЗ и протонов СКЛ на круговых орбитах (в диапазоне от 400 до 36000 км) за срок активного существования 10 лет для типовых форм защиты (полуплоскость, полусфера) и типовых толщин защиты. 6 7 Таблица 1. Суммарные поглощенные дозы электронов, протонов ЕРПЗ, протонов СКЛ за 10 лет, в единицах рад (Si), для различных круговых орбит. Из анализа представленных данных можно сделать следующие выводы: 1) Суммарные поглощенные дозы на борту КА значительно зависят от высоты орбиты, толщины и формы защиты БА. 7 8 2) При увеличении толщины защиты ее эффективность падает (при увеличении толщины от 1 до 3 г ∙ см-2 поглощенная доза уменьшается более чем 58 раз, а при увеличении толщины защиты от 3 до 10 г ∙ см-2 – всего лишь в 5,8 раз) 3) Уровень радиационной нагрузки на составные части БА за типовыми толщинами защиты (0,5 г ∙ см-2) остается относительно высоким. Поглощенные дозы составляют от 8,40 ∙ 105 рад до 2,47 ∙ 106 рад. А за защитой 1 г ∙ см-2 - от 1,15 ∙ 105 рад до 6,77 ∙ 105 рад. И даже за защитой 3 г ∙ см-2 (толщина защиты с учетом использования конструктивных методов защиты и использования дополнительных защитных экранов) поглощенные дозы могут составлять от 5,54 ∙ 104 рад (на высоте 3000 км) до 1,07 ∙ 105 рад. 4) Диапазон поглощенных доз с учетом типовых орбит КА и толщины защиты достаточно широкий и составляет от 2,06 ∙ 102 рад (за защитой ≤ 3 г ∙ см-2) до 3,43 ∙ 107 рад (за защитой ≥ 0,1 г ∙ см-2). Однако опыт конструирования бортовой аппаратуры показывает, что при бесконтейнерном варианте монтажа типовая защита обычно составляет 0,5 г ∙ см-2, а при контейнерном монтаже - 1 г ∙ см-2. Учитывая этот факт, диапазон поглощенных доз в некой степени уменьшается и составляет от 2,06 ∙ 102 рад до 2,47 ∙ 106 рад при бесконтейнерном варианте монтажа и от 2,06 ∙ 102 рад до 6,77 ∙ 105 рад при контейнерном варианте монтажа. Радиационные эффекты в БА КА при воздействии ИИ КП Радиационные эффекты, возникающие в бортовой аппаратуре, определяются интегральными и одиночными радиационными эффектами в изделиях электронной техники. Они определяются типом и энергией воздействующих заряженных частиц. За интегральным радиационные эффекты принимают эффекты, которые приводят к деградацией характеристик ИЭТ в результате накопления поглощенной 8 9 дозы излучения. Иначе эти эффекты также называют дозовыми эффектами. Их подразделяют на ионизационные и структурные эффекты. Ионизационные эффекты возникают в результате ионизации материала активных и/или пассивных областей ИЭТ. Обычно эти эффекты связаны с ростом плотности поверхностных состояний на границах раздела полупроводник- диэлектрик и накоплением заряда в диэлектрических слоях. Ионизационные эффекты относят к классу поверхностных радиационных эффектов. Они начинают возникать при относительно невысоких уровнях поглощенной дозы: порядка 103 – 104 рад (Si). Структурные эффекты возникают в результате смещения атомов из узлов кристаллической решетки материалов активных областей ИЭТ при воздействии высокоэнергетических заряженных частиц (в основном, протонов и электронов). Смещение атомов влечет за собой образование структурных дефектов в кристаллической решетке, которые именуют как радиационные дефекты. Следствием радиационных дефектов в объеме облучаемых материалов является изменении их электрофизических параметров. Это ведет к изменению характеристик облучаемых ИЭТ. Ионизационные эффекты являются причиной выхода из строя почти всех современных ИЭТ, что МОП, что биполярной технологии. Дозовые и структурные эффекты в БА играют значительную роль при воздействии электронов и протонов ЕРПЗ, а также протонов СКЛ 9 10 Ионизационные эффекты в изделиях электронной техники биполярной полупроводниковой технологии Основной эффект в биполярных транзисторах, возникающий вследствие накопления поглощенной дозы ИИ - снижение коэффициента передачи по току (h21э) – одного из основных параметров БТ. Снижение h21э может происходить как за счет структурных повреждений, образующихся при воздействии проникающей радиации, так и за счет ионизационных дозовых эффектов. Проблема деградации биполярных транзисторов вследствие ионизационных дозовых эффектов обычно является более сложной, т.к. эта деградация определяется рядом эффектов, связанных с образованием на границе раздела Si/SiO2 рекомбинационных центров и накоплением радиационно-индуцированного заряда в диэлектрических слоях. Накопление ионизационной дозы может также привести к деградации биполярных ИС вследствие образования каналов утечки между отдельными транзисторами, входящими в состав ИС или возникновению тока утечки коллекторэмиттер [1]. Важной особенностью ионизационных дозовых эффектов в ИЭТ биполярной полупроводниковой технологии является повышенная чувствительность к воздействию поглощенной дозы в условиях длительного низкоинтенсивного облучения. Этот эффект (ELDRS - эффект) имеет большое значение для космических систем, поскольку испытания ИЭТ в лабораторных условиях на стойкость к воздействию поглощенной дозы, существенно превосходят значения, характерные для реальных условий КП, в результате чего значения дозы отказа, определяемые при испытаниях, могут быть завышены. Разработка методов испытаний, учитывающих эффект ELDRS, в последние годы является одним из главных направлений исследований в сфере радиационных эффектов в ИЭТ при воздействии ионизирующих излучений космоса. 10 11 Низкоинтенсивное облучение ИЭТ характеризуется мощностью дозы 10-2 – 10-5 рад ∙ с-1, что значительно ниже мощности дозы, которая обычно используется при радиационных испытаниях в лаборатории (50-300 рад ∙ с1). Под влиянием ИИ в окисле скапливается положительный заряд Qot и на границе раздела окисел-полупроводник образуются поверхностные состояния Nit. При длительном (5-15лет) функционировании ИЭТ на борту с накоплением радиационноиндуцированных дефектов происходит их временной отжиг. Именно характер отжига дефектов во многом определяет реакцию микроэлектронных структур на воздействие низкоинтенсивного облучения. Эффекты низкой интенсивности разделяют на эффекты, которые зависят только от времени облучения (TDE) и «истинно» определяемые воздействием низкой интенсивности (TDRE). Действие ИИ КП приводит к изменению характеристик ИЭТ вплоть до выхода за пределы установленных технических условий. При этом происходит параметрический отказ ИЭТ и БА КА в целом. На ранней стадии исследований считалось, что отказы изделий МОП-технологии при накоплении поглощенной дозы связаны, в основном, с эффектами ионизации и переноса неравновесных носителей заряда, а для ИЭТ БП технологии – с накоплением структурных дефектов. Однако, особенности технологии изготовления ИЭТ и режимов их функционирования говорят о более сложной зависимости показателей радиационной стойкости ИЭТ различных технологий от соотношения поглощенных доз, идущих на ионизацию и образование структурных дефектов. Возникает проблема невозможности использования для биполярных приборов типовой методики прогнозирования интенсивности, которая использовании лабораторного радиационного применяется для облучения отклика МОП-приборов, с высокой при низкой основанной на интенсивностью и последующего отжига при повышенной (обычно 100 °С) температуре. Отжиг после облучения обычно приводит к восстановлению характеристик облученных биполярных транзисторов, в то время как для моделирования эффекта низкой 11 12 интенсивности необходима дополнительная деградация при одинаковой поглощенной дозе. Особенности эффекта низкой интенсивности Увеличение происходит за базового счет тока биполярных рекомбинации транзисторов через при облучении радиационно-индуцированные поверхностные центры на границе Si-SiO2 и увеличения скорости рекомбинации при образовании изгиба зон в области p-базы за счет накопления положительного заряда в защитном окисле транзистора. Последний механизм обычно считают ответственным за аномальный эффект мощности дозы. До сих пор нету ясного понимания того, почему при низкой интенсивности скорость накопления заряда в окисле биполярных приборов происходит более быстро. Перечислим основные особенности аномального эффекта низкой интенсивности (ЭНИ): 1) Эффект не зависит от вида излучения и проявляется как для случая электронного, гамма и рентгеновского излучения лабораторных установок, так и в условиях излучений космического пространства. 2) Эффект универсален относительно вида деградирующих параметров. Например, в операционных усилителях (типа LM124) обычно деградирует входной ток и ЭНИ обычно приписывают деградации базового тока входного PNPтранзистора. Однако такой же эффект наблюдается и в операционных усилителях с входным полевым транзистором, где деградирует только напряжение смещения. 3) Имеет место в транзисторах обоих типов (NPN и PNP). 4) Наблюдается только в интегральных структурах и не наблюдается в дискретных приборах, что говорит об особой роли толстых слоев изоляции в планарных интегральных структурах. 12 13 5) Эффект сильнее проявляет себя в условиях относительно низких электрических полей (≤ 105 В/см), характерных для толстых окислов. 6) Эффект проявляется в усилении накопления как заряда в пассивирующем окисле, так и поверхностных состояний. 7) Скорость деградации биполярных транзисторов существенно увеличивается с ростом температуры облучения, что является основанием для методики прогнозирования низкоинтенсивного отклика с помощью облучения при повышенных температурах (80 – 120 °С). 8) Скорость деградации определяется текущим значением интенсивности излучения, и ее можно изменять, меняя мощность дозы при облучении одного образца. Существует несколько моделей для объяснения физических причин ЭНИ в биполярных ИМС, которые можно разделить на две категории: 1) Модели увеличения выхода заряда в окисле при низкоинтенсивном облучении (модель пространственного заряда, модель ловушек). 2) Модели увеличения скорости выстраивания поверхностных состояний на границе кремния и пассивирующего окисла при уменьшении мощности дозы (биомолекулярные модели, модели, основанные на решении уравнений переноса протонов и дырок в окисле). Модели увеличения выхода заряда в окисле не могут с единых позиций объяснить ЭНИ и в npn и в pnp транзисторах. Радиационно-индуцированный заряд в окисле изменяет соотношение концентрации основных и неосновных носителей в приповерхностных областях баз биполярных транзисторных структур. Так как заряд всегда положителен, то его влияние на рекомбинационные составляющие базовых токов биполярных npn и pnp транзисторов качественно различается. В транзисторах npn типа радиационно-индуцированное увеличение заряда в окисле влечет за собой 13 14 увеличение избыточной концентрации электронов в приповерхностных областях баз и, как следствие, увеличение темпа поверхностной рекомбинации. В pnp транзисторах неосновными носителями в базовых областях являются дырки, концентрация которых уменьшается под действием увеличения положительного заряда. Таким образом, увеличение выхода положительного заряда в окисле должно приводить к увеличению базовых только в npn транзисторах. Но эксперименты показывают, что радиационная деградация pnp транзисторов так же увеличивается при низкоинтенсивном облучении, что не может являться следствием увеличения выхода заряда. Объяснить ЭНИ и в npn и в pnp транзисторах позволяет учет влияния увеличения плотности поверхностных состояний при воздействии ИИ на темп поверхностной рекомбинации в базовых областях биполярных транзисторов. Заряд поверхностных состояний определяется положением уровня Ферми в приповерхностной области базы относительно середины запрещенной зоны. Заряд поверхностных состояний может быть как положительным, так и отрицательным. При радиационно-индуцированном накоплении поверхностных состояний он может оказывать значительное влияние на темп поверхностной рекомбинации. В моделях увеличения выхода заряда в окисле влияние заряда поверхностных состояний не рассматривается. Модели, описывающие ЭНИ как следствие увеличение темпа выстраивания поверхностных состояний, как на основе влияния пространственного заряда, так и на основе бинарных реакций, качественно согласуются с экспериментальными данными. Однако использование данных моделей для прогнозирования ЭНИ затруднительно из-за большого количества подстроечных параметров, экспериментальная экстракция которых не всегда невозможна. Ни в одной из рассмотренных моделей не исследуется связь плотности поверхностных состояний с поверхностной рекомбинационной составляющей тока базы биполярных транзисторов с учетом заряда поверхностных состояний, который может оказывать 14 15 влияние на концентрацию электронов и дырок в приповерхностной областях баз транзисторов и влиять на темп поверхностной рекомбинации. Т.О., задача создания модели радиационно-индуцированной деградации биполярных приборов, параметров, методика обладающей экстракции минимальным которых из набором подстроечных экспериментальных данных технически реализуема как в части создания измерительного оборудования, удовлетворяющего требованиям данной методики, так и в части проведения расчетов для вычисления значений параметров модели, по-прежнему остается актуальной. Проблемы проведения испытаний ИМС на стойкость к воздействию ИИ КП Для прогнозирования стойкости БА КА к воздействию ИИ КП необходимо проведение испытаний их на стойкость. Существует несколько методов прогнозирования эффектов низкой интенсивности в БА биполярной технологии, проведение каждого из которых требует определенных условий и имеет свои недостатки и проблемы в проведении испытания. Использование расчетно-экспериментальных методик – наиболее оптимальный вариант. Для выбора методов испытаний и разработки методик измерения параметров необходима предварительная теоретическая оценки их адекватности. При этом важным является выбор минимально необходимого набора имитаторов, который будет достаточен для моделирования основных радиационных эффектов. Для космического пространства характерно ионизирующее низкоинтенсивное облучение с большой длительностью воздействия. Интенсивность, в зависимости от положения на орбите, составляет от 10-4 до 10-2 рад(SiO2)/c, что при длительности 15 16 пребывания 10 лет приводит к поглощенной дозе от 3 ∙ 104 до 3 ∙ 106 рад. Особенностью прогнозирования поведения параметров транзисторов является то, что прогноз нужно строить на основе ускоренных экспериментальных тестов с мощностью дозы, значительно большей, чем та, которая имеет место в космосе. Для прогнозирования, к примеру, десятилетнего пребывания микросхем на орбите необходимо использовать источник излучения, имеющий на 3-4 порядка большую интенсивность, чем интенсивность излучения в космосе, чтобы укоротить время проведения лабораторного эксперимента. Для создания методик прогнозирования требуется разработка физической модели ЭНИ. Использование физической модели эффекта предполагает экспериментальную экстракцию параметров с последующим расчетом радиационной деградации при заданной дозе и интенсивности облучения. В современных физических моделях множество подстроечных параметров, характеризующих кинетику процессов (сечения и темп захвата носителей, концентрация рекомбинационных центров и т.п.) задаются произвольно и не могут быть экстрагированы непосредственно из эксперимента. В связи с этим модели могут дать только качественную оценку процесса накопления поверхностных состояний при больших и малых интенсивностях. Это создает трудности в практическом применении моделей для осуществления прогнозирования. Методы испытаний биполярных ИМС на стойкость к воздействию ИИ КП На сегодняшний день имеется, по существу, два подхода к решению проблемы моделирования воздействия низкоинтенсивного ионизирующего излучения на ИЭТ биполярной технологии: 16 17 1) Метод аналитической оценки дозы отказа при воздействии НИИ по данным о дозе отказа при высоких мощностях дозы облучения. 2) Метод ускоренных испытаний с использованием повышенных температур облучения при Р = 10-100 рад/c. РДВ 319.03.37-2000 Руководящий документ РД 319.03.37 – 2000 рассматривает инженерные методы ускоренных испытаний ИЭТ на стойкость к воздействию НИ протонного и электронного излучений космического пространства, которые рассмотрены ниже. Метод ускоренных испытаний ИЭТ к воздействию НИИ КП. В соответствии с первой схемой сначала происходит контроль параметров исследуемого изделия. После этого проводится облучение изделия в активном электрическом режиме до требуемого уровня поглощенной дозы, который определяется как сумма поглощенных доз от электронов и протонов КП. Мощность дозы выбирается из диапазона значений 50-1000 рад/c. После облучения вновь проводят контроль параметров изделия. Если происходит отказ хотя бы одного изделия из исследуемой выборки, то считают, что данные изделия не удовлетворяют требованиям по стойкости, и испытания далее не проводятся. Далее происходит дополнительное облучение до половины от требуемой дозы с последующим отжигом в активном режиме при 100°С в течение 168 ч. После чего вновь измеряют параметры изделия, и если происходит отказа хотя бы одного образца из исследуемой выборки, то считают, что данные изделия не удовлетворяют требованиям по стойкости к воздействию НИИ. Если же все изделия сохранили работоспособность на всех этапах испытаний, то считают, что они выдерживают 17 18 воздействия с требуемым уровнем поглощенной дозы во всем диапазоне интенсивностей ионизирующего излучения. Согласно второй схеме сначала осуществляется контроль параметров исследуемого изделия. Далее данное изделие облучается в активном электрическом режиме до требуемого уровня поглощенной дозы, который определяется как сумма поглощенных доз от электронов и протонов КП. Мощность дозы выбирается из диапазона значений 50-1000 рад/c, однако время облучения не должно превышать 96 ч. После облучения происходит контроль параметров, и в случае отказа хотя бы одного изделия из исследуемой выборки считается, что они не удовлетворяют заданным требованиям по стойкости. Далее изделия выдерживаются в течение суток при комнатной температуре в активном электрическом режиме (том же, что и при облучении) или с закороченными выводами. После чего вновь происходит контроль параметров, и в случае выявления отказов, считают, что изделия не удовлетворяют заданным требованиям по стойкости. Далее проводят дополнительное облучение до половины требуемой дозы с последующим отжигом при температуре 100 °С в течение 168 ч. Затем вновь контролируются параметры, и если все изделия сохранили работоспособность на всех этапах испытаний, то считают, что они выдерживают воздействия с требуемым уровнем поглощенной дозы во всем диапазоне интенсивностей ионизирующего излучения. Расчетный метод оценки стойкости ИЭТ к воздействию НИИ КП. Оценка стойкости изделий проводится при интенсивностях излучений, соответствующих реальным условиям их эксплуатации в составе БА КА по формуле: Dнии = Dисп(Pнии / Рисп )0,26 18 19 где Dнии - доза отказа при воздействии НИИ, Dисп – доза отказа при испытаниях с Рисп, Рнии – мощность дозы излучения, для которой требуется произвести оценку стойкости изделия. [2] Метод во всех случаях дает консервативную оценку дозы отказа. Иногда эта оценка может быть неприемлемо занижена, особенно если ЭНИ в данном изделии или отсутствует, или Dнии растет с уменьшением Р, а не уменьшается, как обычно. Такое занижение стойкости может в значительной степени ограничить возможности разработчиков РЭА в выборе комплектующих. Помимо этого, метод допускает использование мощности дозы излучения Рисп = 50-1000 рад/c. Т.О., только из-за выбора Рисп возможно различие в прогнозе Dнии в 200,26 = 2,2 раза. Значительным недостатком метода является слабая статическая и экспериментальная обоснованность показателя 0,26 (взято максимальное значение из результатов облучения шести типов цифровых биполярных ИС). MILSTD 883H «MIL-STD 883». Метод 1019.4 является эквивалентной заменой методов в отечественном руководящем документе РД 319.03.37 – 2000. Метод 1019.4 включает в себя как стандартные облучения при комнатной температуре, так и облучение при повышенной температуре. Кроме того, предусмотрена процедура ускоренного отжига для оценки воздействия ионизирующего излучения низкой мощности. Этот тест отжига имеет важное значение для тестирования интегральных микросхем, подвергающихся влиянию низкой мощности дозы, когда в устройствах могут проявляться значительные времязависимые эффекты. Метод ускоренных испытаний с использованием повышенных температур облучения обосновывается экспериментальными наблюдениями: 19 20 Рис. 1. Зависимость приращения тока базы горизонтального p-n-p-БТ от температуры облучения при различных дозах облучения. Из рисунка 1 видно, что рост температуры при облучении приводит к росту ∆Iб, однако облучение при повышенной температуре не дает полного моделирования эффекта ELDRS, характерного для низких значений мощности дозы излучения [3]. Хотя в большинстве работ метод облучения при повышенных температурах рассматривается в качестве основного, его практическая реализация на уровне универсальной методики или стандарта затруднена рядом экспериментальных фактов. Метод испытаний, возможный алгоритм которого изложен в зарубежном лит. источнике «A Proposed Hardness Assurance Test Methodology for Bipolar Linear Circuits and Devices in Space Ionizing Radiation Environment», позволяет существенно уменьшить неопределенности с выбором изделий, в которых проявляются эффекты ELDRS, критичных параметров и условий облучения при повышенной температуре. Последовательность действий, в соответствии с этим алгоритмом представлена схемой [3]: 20 21 Рис. 2. Возможный алгоритм методики испытаний биполярных ИС с учетом эффектов низкой интенсивности излучения Нужно отметить, что: 1) Критерием при решении вопроса о наличии эффектов ELDRS в данном изделии авторы вышеупомянутого зарубежного источника предлагают выбрать К=1,5 – отношение изменений параметра при низкой и высокой мощности дозы облучения. При этом данное соотношение должно соблюдаться для любого контролируемого параметра во всем диапазоне требуемых доз облучения. 2) Если эффекты ELDRS в изделии отсутствуют, рекомендуется переходить на метод испытаний 1010.4 из американского стандарта. 21 22 3) Эффективность повышенных Тобл пока исследована недостаточно, их оптимальные значения зависят как от Рϒ так и Dϒ, и должны быть достаточно низкими, чтобы минимизировать эффекты отжига повреждений. Режим облучения при Рϒ = 10 рад/c и Тобл = 100°С, рекомендуемый без проведения определительных испытаний, выбран оптимальным из опыта исследований достаточно ограниченного количества ИС. Учитывая то, что, во-первых, оптимальный режим Рϒ = 10 рад/c и Тобл = 100 °С не является таковым для всех типов изделий, а во-вторых, никакое повышение Тобл в общем случае не дает результата полностью эквивалентного воздействию излучений НИ, авторы предлагаемого алгоритма вводят коэффициент запаса, равный трём, который должен обеспечить консервативную оценку стойкости. Анализ существующих методик испытаний ИМС на стойкость к воздействию ИИ КП Обобщая экспериментальные данные публикаций [3,4], можно сделать следующие выводы, которые следует учитывать при разработке методов контроля стойкости биполярных ЭРИ при воздействии низкоинтенсивного излучения КП: а) эффекты ELDRS зависят главным образом от технологии выращивания защитных окислов (но даже у ЭРИ с окислом одного и того же типа может отличаться как величина эффекта, так и его наличие или отсутствие); б) облучение биполярных ЭРИ при интенсивностях излучения менее 1·10-2 рад/с может вызывать изменения параметров более, чем на порядок превышающие изменения параметров при высоких интенсивностях излучения (выше (10–50) рад(SiO2)/с) при одной и той же поглощенной дозе облучения; в) метод ускоренных испытаний при моделировании воздействия низкоинтенсивного ИИ КП, использующий повышенные температуры облучения, 22 23 обосновывается экспериментальными наблюдениями. Несмотря на то, что в большинстве работ этот метод указан в качестве основного ускоряющего фактора, его практическая реализация на уровне универсальной методики затруднена рядом экспериментальных фактов: 1) облучение при повышенных температурах и высоких Р не дают результата, полностью эквивалентного воздействию излучений низкой интенсивности, что требует проводить дополнительное облучение ЭРИ или вводить коэффициенты запаса; 2) температуры облучения, дающие максимальный эффект моделирования воздействия излучений низкой интенсивности, часто находятся вне допустимого, согласно ТУ на ЭРИ, рабочего диапазона температур. Надо учитывать также, что использование Тобл выше + 90 °С может привести к началу отжига повреждений; 3) оптимальное соотношение Тобл и мощности дозы ИИ зависит от конкретного ЭРИ и требуемой дозы облучения и может быть установлено только с помощью проведения предварительных испытаний; 4) не всегда можно обоснованно сказать, есть ли эффект ELDRS в данном биполярном ЭРИ по какому-либо конкретному параметру или он отсутствует. 23 24 Выводы Как следует из литературного обзора, основные эффекты воздействия ионизирующего излучения космического пространства на бортовую радиоэлектронную аппаратуру связаны с ионизационными и ядерными потерями энергии первичных и вторичных частиц в активных и пассивных областях ПП и ИС, входящих в состав радиоэлектронной аппаратуры. Особое внимания заслуживает эффект низкой мощности дозы – ELDRS эффект, возникающий в РЭА биполярной технологии и связанный с аномально быстрой деградацией определяющих нормальное функционирование РЭА характеристик. Важной задачей при оценке стойкости РЭА к воздействию ИИ КП является создание обоснованных и точных методик прогнозирования ELDRS-эффекта. Основная экспериментальная часть данной работы посвящена подробному изучению расчетного метода прогнозирования ELDRS-эффекта в аналоговых биполярных ИМС, оценке его точности, изучению возможных недостатков данного метода. 24 25 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ В настоящей работе исследовались быстродействующие ОУ с обратной связью по напряжению, изготовленные на основе высокочастотной комплементарной биполярной технологии с изоляцией элементов обратно смещенным pn-переходом. Рис. 3. Упрощенная принципиальная электрическая схема ОУ. Облучению были подвергнуты две партии приборов, по 5 шт. каждая. В процессе облучения ОУ находились в обесточенном состоянии с закороченными выводами. Одна партия ОУ облучалась на изотопной установке УОП -β (установка облучения полупроводниковых приборов бета-частицами) с активным веществом Sr-90+Y-90 (средняя энергия электронов 1 МэВ) и мощностью дозы P = 45 рад(Si)/c. Для снижения мощности дозы излучения был создан экран из Al, позволяющий работать на тормозном спектре. Мощность дозы излучения оценивалась по изменению фототока кремниевого pin-диода. При толщине экрана 3.8 мм, используемого в эксперименте, мощности дозы тормозного излучения составляла 0,045 рад(Si)/c. 25 26 Вторая партия ОУ облучалась на изотопной установке ГОИС-5 (гамма облучатель интегральных схем) с активным веществом Cs-137 (средняя энергия гамма-квантов 0,663 МэВ) и мощностью дозы P = 36 рад(Si)/c. Периодически в процессе облучения производился контроль следующих параметров ОУ: коэффициента усиления (КY.U.), входных токов инвертирующего (-IВХ.) и неинвертирующего (+IВХ.) входа, разности входных токов (dIВХ..), среднего входного тока (IВХ..СР.), максимального выходного напряжения (UВЫХ.МАКС.), напряжения смещения нуля (UСМ.), коэффициента ослабления синфазных входных напряжений (КОСС.), коэффициента влияния источников питания (КВЛИП.), тока потребления (IПОТ.) и максимального выходного тока (IВЫХ.МАКС.). Измерения параметров ИМС производилось на автоматизированной установке измерения статических параметров ОУ, разработанной в «НПП «Пульсар». Дозиметрия установки УОП -β При проведении эксперимента на установке УОП –β важной задачей было определить толщину алюминиевого экрана, позволяющего работать на тормозном спектре с мощностью дозы излучения, соответствующей значениям низкой интенсивности. На рис. 4 приводится зависимость пробега моноэнергетических электронов и β-частиц в алюминии от их энергии [5]. Согласно рис. 4, для максимальной энергии электронов установки УОП-β, равной 2 МэВ, их пробег в алюминии (выраженный в мг/см2) равен 900 мг/см2, что соответствует толщине алюминия 3,1 мм. Следовательно, толщина алюминиевого экрана должна быть не менее 3 мм. 26 27 Рис.4. Зависимость пробега моноэнергетических электронов и β-частиц в алюминии от их энергии. В данной работе, для точного определения толщины алюминиевого экрана экспериментально определялась зависимость фототока короткого замыкания фотодиодов от толщины экрана при облучении их на установке УОП-β. В качестве фотодиодов использовалась сборка из кремниевых pin- диодов BPW34 с суммарной площадью активного элемента 7,5 мм2 ∙30 = 225 мм2. На рис.5 приводится зависимость относительного значения фототока короткого замыкания сборки PIN-фотодиодов (∆𝐼КЗ_𝛽 ) от толщины поглотителя при воздействии электронов (установка УОП –β). Величина ∆𝐼КЗ_𝛽 рассчитывалась по формуле: ∆𝐼КЗ_𝛽 = 𝐼КЗ_𝛽_𝐴𝑙 − 𝐼КЗ_Т 𝐼КЗ_𝛽_0 − 𝐼КЗ_Т 27 28 где 𝐼КЗ_Т - ток короткого замыкания (темновой); 𝐼КЗ_𝛽_𝐴𝑙 , 𝐼КЗ_𝛽_0 - фототок короткого замыкания при воздействии электронов прошедших и не прошедших через алюминиевый экран. ∆IКЗ_β 1.0E+00 y = e-6.35E-03x 1.0E-01 1.0E-02 1.0E-03 1.0E-04 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Толщина поглатителя, мг/см2 Рис.5.Зависимость относительного значения фототока короткого замыкания сборки PIN-фотодиодов от толщины поглотителя. Как видно из рис. 5, при небольших значениях толщины алюминиевого экрана зависимость фототока pin-диодов подчиняется экспоненциальному закону, т.к. вдали от границы полного поглощения бета-частиц изменение интенсивности излучения (J) от толщины поглотителя приближенно следует экспоненциальному закону: J = J0e-µx где х – толщина поглотителя в граммах на 1 см2 и µ - массовый коэффициент поглощения электрона в квадратных сантиметрах на 1 г. Последний зависит 28 29 главным образом от Еm и мало меняется с Z поглотителя, слегка увеличиваясь с ростом Z [5]. Эта тенденция будет сохраняться до увеличения толщины экрана до достаточной для торможения всех электронов. При дальнейшем увеличении толщины экрана величина фототока pin-диодов будет определяться только тормозным излучением. Из рис. 5 видно, что при толщине алюминиевого экрана равной 3,8мм (что соответствует толщине поглотителя 1070 мг/см2) величина фототока определяется тормозным излучением. Мощность тормозного излучения при данной толщине экрана оценивалась по отношению к мощности дозы гамма-излучения установки ГОИС-5 и составляет 0,045 рад(Si)/с. Величина µ, полученная на начальном участке зависимости, представленной на рис. 5, равна 6,35·10-3 см2/мг, что, согласно графику приведенному на рис. 6 [5], соответствует энергии электронов, приблизительно равной 1,7 МэВ. Рис. 6 Зависимость коэффициента поглощения от максимальной энергии электронов. 29 30 Действительно, в спектре электронного излучения установки УОП-β максимальная энергия электронов приблизительно равна 2 МэВ. Анализ экспериментальных данных В данной работе были экспериментально определены зависимости основных статических параметров операционных усилителей от поглощенной дозы ионизирующего излучения при двух мощностях дозы излучения P1 = 36 рад(Si)/c и P2 = 0,045 рад(Si)/c. Ниже приведены полученные графики этих зависимостей, усредненные по партии приборов. 0 P = 36 рад/с P = 0.045 рад/с -1 -2 -Iвх, мкА -3 -4 -5 -6 -7 -8 Доза, крад -9 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Рис.6. График зависимости входного тока на инвертирующем входе от накопленной дозы для двух мощностей дозы. 30 31 0 P = 36 рад/с P = 0,045 рад/с -1 -2 +Iвх, мкА -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 Доза, крад -10 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Рис.7. График зависимости входного тока на неинвертирующем входе от накопленной дозы для двух мощностей дозы. 1.2E+5 P = 36 рад/с P = 0.045 рад/с 1.0E+5 Ky.u. 8.0E+4 6.0E+4 4.0E+4 2.0E+4 Доза, крад 0.0E+0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Рис.8. График зависимости коэффициента усиления от накопленной дозы для двух мощностей дозы. 31 32 1.2 P = 36 рад/с P = 0,045 рад/с 1 Uсм., мВ 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Доза, крад Рис.9. График зависимости напряжения смещения нуля от накопленной дозы для двух мощностей дозы. -3 -3.5 Iпот., мА -4 -4.5 P = 36 рад/с -5 P = 0,045 рад/с -5.5 -6 -6.5 -7 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Доза, крад Рис.10. График зависимости тока потребления от накопленной дозы для двух мощностей дозы. 32 33 15 P = 36 рад/с P = 0,045 рад/с 10 Uвых.макс., В 5 0 -5 -10 Доза, крад -15 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Рис.11. График зависимости максимального выходного напряжения от накопленной дозы для двух мощностей дозы. 0.7 P = 36 рад/с P = 0,045 рад/с 0.6 dIвх., мкА 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 Доза, крад 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Рис.12. График зависимости разности входного тока от накопленной дозы для двух мощностей дозы. 33 34 120 P = 36 рад/с P = 0.045 рад/с 100 Kосс, дБ 80 60 40 20 Доза, крад 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Рис.13. График зависимости коэффициента ослабления синфазных входных напряжений от накопленной дозы для двух мощностей дозы. 0 Iвых.макс., мА -10 P = 36 рад/с P = 0.045 рад/с -20 -30 -40 Доза, крад -50 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Рис.14. График зависимости максимального выходного тока от накопленной дозы для двух мощностей дозы. 34 35 120 P = 36 рад/с P = 0.045 рад/с 100 Kвлип, дБ 80 60 40 20 Доза, крад 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Рис.15. График зависимости коэффициента влияния источников питания от накопленной дозы для двух мощностей дозы. 0 P = 36 рад/с P = 0,045 рад/с -1 -2 Iвх.ср., мкА -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 Доза, крад -10 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Рис.16. График зависимости среднего значения входного тока от накопленной дозы для двух мощностей дозы. 35 36 Как мы можем видеть из рис. 6-16, некоторые параметры, такие как входные токи (-IВХ., +IВХ.), максимальный выходной ток (IВЫХ.МАКС), максимальное выходное напряжение (UВЫХ.МАКС.), ток потребления (IПОТ) и коэффициент усиления (КY.U.) претерпевают значительные изменения с накоплением дозы излучения, поэтому мы и остановимся на более подробном их изучении. Перечисленные выше параметры зависят от коэффициента передачи биполярных транзисторов, входящих в состав ОУ, который, как отмечено в [2], деградирует с накоплением дозы облучения. Этот факт и объясняет значительные изменения этих параметров. Неупомянутые параметры: напряжение смещения нуля (UСМ.), коэффициент ослабления синфазных входных напряжений (КОСС.), коэффициент влияния источников питания (КВЛИП.) не представляют интереса для дальнейшего изучения, вследствие незначительного изменения при воздействии гамма-излучения. Немонотонное изменение максимального выходного напряжения (UВЫХ.МАКС.) при воздействии гамма-излучения (см. рис.11), объясняется следующим образом. В алгоритме программы измерительного стенда при измерении параметра UВЫХ.МАКС фиксируется минимальное значение по модулю выходного напряжения при подаче на вход максимально допустимого положительного и отрицательного входного напряжения. Как следует из рис. 11, у необлученных ОУ минимальное по модулю значение UВЫХ.МАКС соответствует подаче на вход положительного напряжения, но начиная с некоторой дозы, эта тенденция меняется и UВЫХ.МАКС меняет знак. Таким образом, немонотонное изменение UВЫХ.МАКС. связано с методикой его измерения и не является дозовым эффектом. Поэтому в дальнейшем данный параметр также будет исключен из рассмотрения ввиду возможной неточности анализа полученных экспериментальных данных. При облучении двух партий ОУ первой задачей стояла проверка их на возникновение ELDRS эффекта. Принято считать, что он есть, если отношение измеряемых параметров ИМС при облучении низкой и высокой мощностью дозы отличается более чем в 1,5 раза [3]. 36 37 Как следует из рисунков 6-16, параметры ОУ меняются при облучении как в сторону отрицательных, так и в сторону положительных значений. На этом основании можно сказать, что классический подход выявления эффекта НИ, т.е. сравнение измеряемых параметров ИМС при облучении низкой и высокой мощностью дозы не во всех случаях правомерно. Более правильный подход заключается в оценке отношения изменения параметров относительно их начального значения при разных интенсивностях, а не их непосредственного отношения. Отношение изменения параметров ОУ (обозначим его для удобства через n) было вычислено по формуле: n(I) = [IP2(D) – IP2(0) ] / [IP1(D) – IP1(0)], где IP1(D), IP2(D) – значение модуля контролируемого параметра ИМС, для заданной D, при воздействии высокой P1 и низкой P2 мощностью дозы; IP1(0), IP2(0) – значение модуля контролируемого параметра ИМС до воздействия излучения. Проверим наличие ELDRS эффекта в исследуемых ОУ. Ниже в таблице 2 приведены значения по модулю наиболее чувствительных параметров ИМС к воздейстию ИИ для различных величин накопленных доз при двух мощностях дозы (P1= 36 рад/с, P2= 0,045 рад/с): 37 38 Таблица 2. D, крад IПОТ., мА -IВХ., мкА +IВХ., мкА P1 P2 P1 P2 P1 P2 0 6,44 6,47 0,48 0,50 0,23 0,25 100 5,46 4,75 0,99 2,18 0,79 1,87 150 5,18 4,42 1,39 3,13 1,17 2,79 200 4,91 4,16 1,82 3,97 1,55 3,58 250 4,69 4,02 2,2 4,54 1,93 4,13 300 4,53 3,88 2,54 5,17 2,26 4,73 Таблица 2 (продолжение). D, Крад КY.U. ∙10-3 IВЫХ.МАКС., мА P1 P2 P1 P2 0 90,00 89,50 40,13 41,10 100 70,40 52,89 25,70 17,75 150 62,19 40,49 21,78 14,10 200 55,33 37,23 19,13 11,83 250 49,82 30,45 16,65 10,70 300 46,95 27,87 15,23 9,08 В таблице 3 приведены отношения изменения параметров ИМС при низкой и высокой интенсивности облучения для некоторых значений поглощенных доз. Значения параметров взяты из таблицы 2. 38 39 Таблица 3. D, крад n(+IВХ) n(-IВХ) n(IПОТ.) n(KY.U.) n(IВЫХ.МАКС.) 100 2,89 3,29 1,76 1,87 1,62 150 2,70 2,89 1,63 1,76 1,47 200 2,52 2,59 1,51 1,51 1,39 250 2,28 2,35 1,40 1,47 1,29 300 2,21 2,27 1,36 1,43 1,29 Как видно из таблицы 3, в исследуемых ОУ отношения скорости изменения рассматриваемых параметров при низкой и высокой интенсивности облучения превышает 1,5. Т.е. данные ОУ чувствительны к ELDRS эффекту, что в наибольшей степени проявляется в изменении входных токов. Апробация расчетного метода оценки стойкости ИМС к воздействию ИИ КП В данной работе была проведена апробация расчетного метода, приведенного в РДВ 319.03.37-2000. Метод описан в руководящем документе РД 319.03.37 – 2000 [1], посвященном методам ускоренных испытаний полупроводниковой электроники на стойкость к воздействию НИ ИИ. Основным достоинством этого метода является его простота. Дозу отказа при воздействии НИИ оценивают по соотношению: DНИИ. = DИСП.· (PНИИ ./ PИСП.)m (1) где DИСП. – доза отказа при испытаниях с PИСП.; PИСП. – мощность дозы излучения, соответствующая испытаниям; PНИИ. – мощность дозы излучения, для которой требуется провести оценку стойкости изделия; m – коэффициент аппроксимации. 39 40 В РВД 319.03.37 – 2000 для биполярных ИМС предложено использовать коэффициент m, равный 0,26. Используя выражение (1) для наиболее чувствительных к воздействию ИИ параметров ИМС для разных значений DНИИ. были получены коэффициенты m, приведенные в таблицах 4-8. Таблица 4. +IВХ., мкА DНИИ, крад DИСП, крад 𝐷нии 𝐷исп m -1,59 -3,13 -3,97 -5,01 69,11 150,3 200,3 300 200 425 585 800 0,35 0,35 0,34 0,38 0,16 0,16 0,16 0,15 DНИИ, крад 69,11 100 150,3 250 DИСП, крад 230 250 400 615 𝐷нии 𝐷исп m 0,30 0,40 0,38 0,41 0,18 0,14 0,15 0,13 КY.U. ∙10-3 DНИИ, крад DИСП, крад 𝐷нии 𝐷исп m 59,877 69,11 160 0,43 0,13 49,794 120 250 0,48 0,11 37,234 200,3 400 0,50 0,10 30,449 250 500 0,50 0,10 Таблица 5. -IВХ., мкА -1,59 -2,18 -3,13 -4,54 Таблица 6. 40 41 Таблица 7. IПОТ., мА DНИИ, крад DИСП, крад 𝐷нии 𝐷исп m -5,98 19,11 50 0,38 0,14 -5,03 69,11 175 0,38 0,14 -4,59 120 300 0,40 0,14 -4,02 250 600 0,42 0,13 Таблица 8. IВЫХ.МАКС., мА DНИИ, крад DИСП, крад 𝐷нии 𝐷исп m -33,15 19,11 40 0,48 0,11 -20,83 69,11 170 0,41 0,13 -15,85 120 275 0,44 0,12 -10,70 250 500 0,50 0,10 Как видно из таблицы 5, максимальное полученное значение коэффициента m, равное 0,18, меньше аналогичной величины (равной 0,26), полученной в РДВ 319.03.37-2000 для цифровых интегральных схем, что скорее всего связано с наличием внутренних отрицательных обратных связей, присущих ОУ, которые могут нивелировать зависимость изменения параметров от интенсивности облучения. Поэтому считаем целесообразным использовать разные значения коэффициента m для аналоговых и цифровых биполярных интегральных схем. К тому же, как видно из экспериментальных данных, коэффициент m зависит и от накопленной дозы, и от измеряемого параметра, что никак не отражено в РДВ 319.03.37-2000 и требует уточнения. 41 42 Заключение 1. Чувствительность интегральных микросхем к эффекту мощности дозы (ELDRS- эффекту) следует оценивать по величине отношения изменения параметров относительно их начального значения при разных интенсивностях. 2. В исследуемых интегральных микросхемах операционных усилителей эффект мощности дозы (ELDRS-эффект) в наибольшей степени проявляется в изменении входных токов (-IВХ., +IВХ.). 3. Максимальные значения коэффициента m в аппроксимации зависимости уровня стойкости микросхем от мощности дозы для исследуемых операционных усилителей не превышают значения 0,18. 4. Коэффициент m зависит от измеряемого параметра и от уровня накопленной дозы при воздействии низкоинтенсивного ионизирующего излучения. 5. Целесообразно применение разных значений коэффициента m для цифровых и аналоговых биполярных микросхем из-за сильного отличия в их значении. 42 43 Список литературы 1. Ионизирующие излучения космического пространства и их воздействие на бортовую аппаратуру космических аппаратов / Г.Г. Райкунов, Н.А. Анфимов, Н.Г. Паничкин и др. - Москва: Изд-во ФИЗМАТЛИТ, 2013 г. – 255 c. 2. РДВ 319.03.37-2000. Инженерные методы ускоренных испытаний на стойкость к воздействию низкоинтенсивного протонного и электронного излучений космического пространства. 2001 г. – 24 c. 3. Таперо, К.И. Радиационные эффекты в кремниевых интегральных схемах космического применения / К.И. Таперо, В.Н. Улимов, А.М.Членов. - Москва: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012 г. – 298 c. 4. А.С. Бакеренков. Конверсионная модель эффекта низкой интенсивности в биполярных интегральных микросхемах космического назначения. Москва: 2013 г. – 30 c. 5. О.Ф. Немец, Ю.В. Гохман. Справочник по ядерной физике. – Киев: Изд-во «Наукова думка» , 1975 г. – 415 с. 43
