АО "ЭНПО СПЭЛС"

Научно-технический комплекс «Радиационная стойкость ЭКБ и РЭА к воздействию ОЯЧ» (НТК-4)

E-mail Печать PDF

Применение в аппаратуре современной электронной компонентной базы с высокой степенью интеграции и малыми технологическими проектными нормами повышает риск отказов аппаратуры в результате воздействия отдельных ядерных частиц и требует обязательного определения чувствительности применяемой электронной компонентной базы к воздействию отдельных ядерных частиц по одиночным отказам (тиристорным эффектам, пробоям в мощных полевых транзисторов) и одиночным сбоям.

Основные научно-технические направления работы НТК-4:

• Исследование локальных радиационных эффектов (одиночных эффектов от отдельных ядерных частиц в электронной компонентной базе), развитие методов и средств исследований.

• Экспериментальные оценка параметров чувствительности и показателей стойкости полупроводниковых приборов и интегральных схем к одиночным радиационным эффектам при воздействии отдельных ядерных частиц - высокоэнергетичных ионов, протонов и нейтронов.

• Разработка, изготовление, аттестация и техническое обслуживание лазерных источников ионизирующего излучения.

 

Исследование локальных радиационных эффектов и экспериментальная оценка параметров чувствительности и показателей стойкости изделий электронной компонентной базы к одиночным эффектам при воздействии отдельных ядерных частиц

Методы исследования локальных радиационных эффектов можно разделить на два направления, которые взаимно дополняют друг друга: с использованием моделирующих установок (ускорителей заряженных частиц) и лазерных источников ионизирующего излучения.

Использование лазерных источников ионизирующего излучения позволяют детально изучить объект исследований, выявить его наиболее чувствительные узлы, критичные режимы работы, отработать методы «парирования» тиристорных эффектов и одиночных сбоев. Это преимущество лазерных источников ионизирующего излучения наиболее проявляется для современных сложнофункциональных СБИС.

Исследования одиночных эффектов на лазерных источников ионизирующего излучения проводится на собственной экспериментальной базе. Лазерные комплексы ПИКО-3, ПИКО-4, Фемто-Т и РАДОН-9Ф, используемые в НТК-4, являются уникальными лабораторными установками для моделирования и исследования одиночных эффектов, с помощью сфокусированного и локального лазерного излучения.

Локальное (не сфокусированное) лазерное излучение с переменным диаметром лазерного «пятна» (10...1000 мкм) позволяет резко снизить экранирующий эффект металлизации, которая в современных схемах может составлять более 95% поверхности БИС и располагаться в нескольких слоях. Наличие возможности воздействия лазерным излучением с двумя длинами волн в лазерном источников ионизирующего излучения ПИКО-3 позволяет проводить исследования интегральных микросхем, изготовленных как по объемной КМОП технологии, так и по технологиям КНС/КНИ. Возможность непрерывного изменения длины волны лазерного источника ионизирующего излучения ПИКО-4 в диапазоне от 700 до 1000 нм позволяет проводить исследование интегральных микросхем с большим числом слоев металлизации (7 и более).

Автоматизация исследований на лазерных источниках ионизирующего излучения

Постоянное совершенствование аппаратного и программного обеспечения комплексов лазерных источников ионизирующего излучения позволяет повышать производительность этих установок. Для регистрации одиночных эффектов разработаны специальные алгоритмы функционального контроля для микросхем памяти (ФЛЭШ, ОЗУ), микропроцессоров с учетом специфики их внутренней структуры.

Адаптация контрольно-измерительного оборудования для исследования параметров интегральных микросхем позволяет:

• регистрировать тиристорные эффекты и «парировать» их развитие;

• получать переходные и вольт-амперные характеристики отдельных тиристорных структур интегральной микросхемы;

• проверять «живучесть» интегральной микросхемы в состоянии тиристорного эффекта;

• проверять эффективность мер парирования тиристорного эффекта в составе аппаратуры.

Для синхронизации с контрольно-измерительным оборудованием интегральных микросхем развита аппаратно-программная часть установок ПИКО-3, ПИКО-4, ФЕМТО-Т и РАДОН-9Ф, которая позволяет указать место возникновения одиночного эффекта на кристалле, а также проводить панорамное фотографирование кристаллов с высоким разрешением.

В основе методик исследований лежит принцип последовательной детализации при сканировании кристалла интегральной микросхемы и методика определения параметров чувствительности с использованием зависимости пороговой энергии эффекта от площади локального лазерного воздействия (диаметра лазерного пятна). При проведении исследований применяются специальные процедуры дозиметрии, использующие методы калибровки по параметрам ионизационной реакции, полученным на ускорителе «АРСА» и лазерном источнике ионизирующего излучения, либо по результатам, получаемым на ускорителях ионов.

Исследования с применением моделирующих установок

Экспериментальные исследования на моделирующих установках - ускорителях заряженных частиц и источниках нейтронов - являются важной частью комплекса исследований электроннной компонетной базы на стойкость к воздействию отдельных ядерных частиц и позволяют получить данные, дополняющие и верифицирующие результаты, полученные на лазерных источниках ионизирующего излучения.

Опыт работы специалистов НТК-4 на моделирующих установках составляет более 20 лет. Первые работы проводились ИРТ-2000, генераторе нейтронов, ускорителях электронов (МИФИ), на ускорителях протонов (И-100, ИФВЭ, г. Протвино; ММФ, ИЯИ РАН, г. Троицк; синхротрон, ПИЯФ, 
г. Гатчина), ИЦ-100 (ОИЯИ, г. Дубна) и в ряде других организаций.

Испытательная база сегодня: циклотроны У-400, У-400М (ОИЯИ, г. Дубна; ионы Ne, Ar, Fe, Kr, Xe, Bi) и синхроциклотрон ПИЯФ РАН г. Гатчина (протоны 1ГэВ), генератор нейтронов НИЯУ МИФИ (нейтроны 14 МэВ), ускоритель "АРСА" (НИЯУ МИФИ / ОАО «ЭНПО СПЭЛС», г. Москва), НИИЯФ МГУ г. Москва (изотопные источники:
Cf-252, PuBe: нейтроны 1...5 МэВ).

 

Лазерный источник ионизирующего излучения ПИКО-3

Лазерный источник ионизирующего излучения РАДОН-9Ф

Свечение тиристорной структуры в ИК диапазоне

Визуализация тиристорного эффекта с помощью тепловизора

Воздействие на образец со стороны подложки

Зал циклотрона У-400М (ОИЯИ, г. Дубна)

Размещение образцов в вакуумной камере ускорителя ионов (У-400М)

Зал ускорителя протонов (ПИЯФ, г. Гатчина)

 
Навигация по сайту: Главная страница