Материалтану
Микроэлектроника элементтеріндегі радиациялық әсерлер
жүктеу/скачать 5,17 Mb.
|
Микроэлектроника элементтеріндегі радиациялық әсерлерРадиациялық әсерге байланысты ҒА борттық электрондық жабдығының жұмысындағы істен шығулар мен іркілістер екі топқа бөлінеді: радиациялық ақаулардың жинақталуы нәтижесінде микроэлектроника элементтері сипаттамаларының біртіндеп нашарлауынан туындайтын істен шығулар және жекелеген ядролық бөлшектердің әсеріне байланысты кенеттен шығатын ақаулар мен істен шығулар. Ақаулардың бірінші түрі аналогтық биполярлы интегралды схемаларға (ИС) тән. Мұндай ИС параметрлерінің нашарлау критерийлері ретінде өмір сүру уақыты мен негізгі емес заряд тасымалдаушыларының диффузиялық ұзындығына әсер ететін бөлшектердің флюенсіне тәуелділігін сипаттайтын ФЭТ коэффициенттерін қолдануға болады. ИС жасалған жартылай өткізгіш материалдар сипаттамаларының нашарлауы ИС-ны пайдалану параметрлерінің тозуына, мысалы, токтың берілу коэффициентінің (пайда коэффициентінің) төмендеуіне алып келеді. Сур. 4.57 сіңірілген дозаның өсуімен ИС құрамына кіретін биполярлы транзистордың пайда болу коэффициентінің төмендеуін көрсетеді. Сур. 4.57. Биполярлы транзистордың d сәулеленудің әртүрлі дозалары үшін V BE базалық эмитентінің ауысуындағы ығысу кернеуінен күшейту коэффициенті, [Гр]: 1 – 0; 2 – 100; 3 – 200; 4 – 500; 5 – 1000; 6– 2000; 7 – 5000 Аналогты биполярлы ИС-ға радиациялық әсер етудің қызықты ерекшелігі 1990-шы жылдардың басында табылған "сәулеленудің төмен қарқындылығының әсері" болып табылады, ол өзгермейтін жалпы сіңірілген доза сақталған жағдайда сәулелену қарқындылығы төмендеген сайын микросхема параметрлерінің тозуын күшейтуден тұрады. Бұл әсердің пайда болуы биполярлы ИС-да бар қалың оксид қабаттарындағы процестермен байланысты. Қазіргі заманғы цифрлық ИС зарядтың негізгі тасымалдаушыларында жұмыс істейтін металл-оксид-жартылай өткізгіш (МОЖӨ) құрылымдары негізінде құрылады, нәтижесінде радиациялық ақаулар оларға аз әсер етеді. Алайда, мұндай ИС үшін ГҒС, ҒКС немесе ЖРБ жеке зарядталған бөлшектерінен туындаған әсерлер өте маңызды. Мұндай әсерлердің бірнеше түрі бар, бірақ көбінесе қайтымды жалғыз сәтсіздіктер пайда болады. Радиациялық ақаулардың жинақталуына байланысты, яғни толық сіңірілген дозаның шамасына байланысты ИС параметрлік радиациялық істен шығулары жеткілікті түрде жақсы зерттелген. Радиациялық төзімді ИС дайындау технологиялары және қорғаныс экрандарының көмегімен сіңірілген дозаны төмендетудің тиімді әдістері әзірленді. Микроэлектроника элементтеріндегі жалғыз ақаулардың пайда болуымен күресу әлдеқайда қиын. Экрандарды қолдану жоғарыда талқыланған қайталама бөлшектердің материалында туылу процесінің нәтижесінде жағдайды одан сайын ушықтыруы мүмкін. Сондықтан ҒА электронды жабдықтарының бір ақауларға тұрақтылығын арттыру үшін әртүрлі схемалық шешімдер қолданылады, мысалы, жүйелердің қайталануы. Соған қарамастан, ҒА электронды жабдықтарын істен шығулардан қорғау мәселесі өте өзекті болып қала береді. Бұл мәселенің пайда болуы микроэлектроникадағы технологиялық прогрестің нәтижесі болды. Қазіргі заманғы ИС-да интеграцияның жоғары дәрежесі бар, олардың жұмысын басқаратын электр зарядтары ауыр ГҒС ядролары немесе жоғары энергиялы ЖРБ протондарының өтуі кезінде микросхема материалында пайда болған зарядтармен салыстырылды. Бұл енгізілген электр зарядтары оларды микросхеманың ішіндегі электр өрістеріне жылжытқанда ақауларға әкеледі. Бір қызығы, ГҒС ауыр ядроларының әсерінен ғарышкерлердің көзінде жарық жыпылықтауының бірнеше рет байқалған әсеріне байланысты. Қазіргі идеяларға сәйкес, мұндай жыпылықтаудың пайда болуы екі механизмге байланысты: линзадағы ауыр ионды тежеу кезінде жарықтың пайда болуы және иондардың жүйке ұштарына тікелей әсер етуі. Микроэлектроника элементтерінде бір ақаулардың пайда болу критерийі ретінде элемент (транзистор) үшін, тежегіш бөлшектің зат атомдарының иондалуы нәтижесінде пайда болатын Q0 зарядының мәнін қолдануға болады. Бұл заряд энергияның шекті бөліну мәнімен байланысты. E0 = e Q0/e мәні, мұндағы -бір заттың пайда болуына жұмсалған энергия электронды тесік жұбы, e-қарапайым заряд. Бұл жағдайда энергияның бөлінуі және сәйкесінше зарядтың пайда болуы шектеулі сезімтал аймақта жүреді деп болжанады, оның ішінде зарядтың тиімді жиналуы қамтамасыз етіледі. Бір сәтсіздіктердің пайда болуы ғарыштық радиацияның әсерінен ЗМ затында зарядтың пайда болуының екі механизмімен байланысты. Біріншісі ауыр иондармен (Z > 10) ГҒС атомдарын иондаудың тікелей процесіне байланысты, ал екіншісі протондар мен ЖРБ және ҒКС иондарының бірнеше ондаған мегаэлектронвольттан жоғары әсер ететін бөлшектердің энергиясында болатын ИС затымен ядролық өзара әрекеттесуі кезінде пайда болатын кері ядролар мен қайталама фрагменттердің иондануы. ИС құрамына кіретін элементар транзистордың затында электронды тесік жұптарының пайда болуы суретте көрсетілген. 5.58. Бұл суретте сонымен қатар, зертханалық жағдайда жалғыз ақаулардың пайда болу механизмдерін зерттеу үшін қолданылатын лазерлік сәуле арқылы жұптардың пайда болу процесі көрсетілген. Сур. 4.58. Fe (1) ядросы, ядролық реакция тудыратын ЖРБ протоны (2) және лазер сәулесі (3) арқылы микросхема материалында электронды тесік жұптарының түзілуі Әдетте, ГҒС бөлшектерімен тікелей иондану механизмін қарастыру кезінде әр түрлі бөлшектерге тән сызықтық энергия беру (СЭБ) шамалары қолданылады, ал екінші жағдайда E0 шекті энергия шығару мәні қолданылады. Белсенді элементтердің сызықтық өлшемдері 0,1 мкм–ге жақын қазіргі заманғы ИС үшін ақаулық тудыратын, енгізілген зарядтың критикалық мәні шамамен 10-13 Кл, ал СЭБ-тің шекті мәні ~10 МэВ·см 2·мг– 1. Әр түрлі элементтер үшін E0 мәні 5-30 МэВ құрайды. Бір ақаулардың пайда болу механизмдерінің тиімділігінің арақатынасы нақты орбиталардағы радиациялық жағдайларға байланысты. Жоғары орбиталар үшін, мысалы, ГСО үшін, жалғыз сәтсіздіктер көбінесе ауыр ГҒС ядроларынан, ал қарқынды күн сәулесі кезінде – және ҒКС протондарынан болады. Төмен орбиталарда сәтсіздіктердің пайда болуы негізінен ЖРБ протондарының әсерінен болады. Кестеде. 5.6 ГҒС, ҒКС және ЖРБ бөлшектерінің әсер етуі есебінен әртүрлі орбиталарда сыйымдылығы 128 Мбит жад ИС үшін істен шығу жиілігін есептеу нәтижелері келтірілген. Бұл жағдайда төмен орбиталар үшін параметрлер қарастырылған (биіктігі h және көлбеу i) кестеде келтірілген типтік орбиталардың жұп метрлерінен біршама ерекшеленеді. 1.6. Кестеде 4.6 полярлық орбиталарды қоса алғанда, төмен жер орбиталарында жалғыз ақаулар негізінен ЖРБ протондарының әсерінен, ал ГҒС және ҒКС бөлшектерінің әсерінен пайда болатындығын көруге болады. Соққы әсерінен Жердің төмен орбиталарында үзілістердің басым болуы туралы жарқын иллюстрация ҒА-ның әсерінен болады. Кесте 4.6. Әр түрлі орбиталардағы динамикалық жад ИС-дағы бір тәуліктегі іркілістер саны
жүктеу/скачать 5,17 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|