RU2578053C1 - Method for evaluating resistance of digital electronic equipment to ionising radiation (versions) - Google Patents
Method for evaluating resistance of digital electronic equipment to ionising radiation (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2578053C1 RU2578053C1 RU2014138221/28A RU2014138221A RU2578053C1 RU 2578053 C1 RU2578053 C1 RU 2578053C1 RU 2014138221/28 A RU2014138221/28 A RU 2014138221/28A RU 2014138221 A RU2014138221 A RU 2014138221A RU 2578053 C1 RU2578053 C1 RU 2578053C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- value
- equivalent
- effects
- section
- cross
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области исследования радиационной стойкости полупроводниковых приборов (ППП) и интегральных схем, и в большей степени интегральных микросхем (ИМС) с последовательной и комбинационной обработкой логических сигналов. Оно относится к экспериментальным исследованиям, выполняемым как на моделирующих условия воздействия ионизирующих излучений (ИИ) установках, непосредственно воспроизводящих их виды, называемыми моделирующими установками (МУ), так и на установках, количественно воспроизводящих сходные радиационным эффекты, называемыми имитирующими установками (ИУ). К числу последних, например, относят импульсные лазерные источники.The invention relates to the field of radiation resistance research of semiconductor devices (IFP) and integrated circuits, and to a greater extent integrated circuits (ICs) with sequential and combinational processing of logical signals. It refers to experimental studies carried out both on simulations of the conditions of exposure to ionizing radiation (II) installations that directly reproduce their types, called simulator installations (MI), and on installations that quantitatively reproduce similar radiation effects, called simulator installations (IE). Among the latter, for example, include pulsed laser sources.
В современной электронной промышленности разработчики ИМС имеют драматический опыт увеличения как плотности транзисторных структур, так и рабочей частоты. Одной из существенных причин такого роста является уменьшение топологического размера приборов, входящих в состав ИМС. Топологический размер относится к длине затвора транзисторов технологии «Комплементарной Металл-Оксид-Полупроводник» (КМОП).In the modern electronics industry, IC developers have dramatic experience of increasing both the density of transistor structures and the operating frequency. One of the significant reasons for this growth is a decrease in the topological size of the devices included in the IC. Topological size refers to the transistor gate length of the Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS) technology.
Изобретение относится, в том числе и к ИМС, пригодным для применения в условиях космического пространства (КП), таких, как спутники, межпланетные полеты или рабочий космический челнок. Предметом обсуждения является неблагоприятное воздействие факторов КП на чипы ИМС, проявляющееся, во-первых, в эффектах от полной поглощенной дозы от воздействия ИИ (Total Ionizing Doze = TID) вследствие торможения электронов и протонов, а, во-вторых, в эффектах единичных сбоев, или сбоев от единичных частиц, (Single Event Upset = SEU) вследствие взаимодействия с космическими лучами (тяжелые заряженные частицы (ТЗЧ) высокой энергии), протоны и нейтроны высоких энергий. Из всех этих эффектов SEUs представляют наибольшую вызванную радиацией опасность, которую надо избегать для объектов микроэлектроники в КП. Рассматривают эффекты, касающиеся потерь энергии, сбора заряда и сбоев из-за прохождения космическими лучами полупроводниковых структур в ИМС. Если ион высоких энергий проходит через все материалы, он теряет энергию из-за взаимодействия с материалами. Энергия иона теряется, во-первых, из-за взаимодействия иона с орбитальными электронами материала, на ионизацию материала и формирование трека электронно-дырочных пар (ehp). Скорость, с которой ион теряет энергию, исторически называется «мощностью торможения» (dE/dx). Дифференциальная энергия dE измеряется в единицах [МэВ], тогда как толщина материала измеряется в единицах массовой толщины [мг/см2]. Термин LET (линейная передача энергии) чаще используется вместо «мощности торможения». В кремнии для создания одной eph требуется энергия 3,6 эВ. При плотности кремния 2,42 г/см3 один микрон линейной толщины преобразуется в 0,242 мг/см2 массовой. Также заряд электрона равен 1,6.10-7 пКл. Отсюда для образования заряда dQ в кремнии в треке длиной L при торможении заряженной частицы «мощность торможения» LET образует заряд:The invention relates, inter alia, to ICs suitable for use in outer space (KP) conditions, such as satellites, interplanetary flights or a working space shuttle. The subject of discussion is the adverse effect of KP factors on IC chips, which is manifested, firstly, in the effects of the total absorbed dose from the action of AI (Total Ionizing Doze = TID) due to the inhibition of electrons and protons, and, secondly, in the effects of single failures, or failures from single particles, (Single Event Upset = SEU) due to interaction with cosmic rays (heavy charged particles (TZZ) high energy), protons and high-energy neutrons. Of all these effects, SEUs present the greatest radiation-induced hazard that must be avoided for microelectronic objects in the control room. The effects of energy loss, charge collection, and failures due to the passage of cosmic rays of semiconductor structures in the IC are considered. If a high-energy ion passes through all materials, it loses energy due to interaction with materials. The ion energy is lost, firstly, due to the interaction of the ion with the orbital electrons of the material, on the ionization of the material and the formation of the track of electron-hole pairs (ehp). The speed at which an ion loses energy is historically called the “braking power” (dE / dx). The differential energy dE is measured in units of [MeV], while the thickness of the material is measured in units of mass thickness [mg / cm 2 ]. The term LET (linear energy transfer) is more often used instead of “braking power”. In silicon, an energy of 3.6 eV is required to create one eph. At a silicon density of 2.42 g / cm 3, one micron of linear thickness is converted to 0.242 mg / cm 2 mass. Also, the electron charge is 1.6.10 -7 pC. Hence, for the formation of a charge dQ in silicon in a track of length L, when the particle is decelerated, the "deceleration power" LET forms a charge:
Таким образом, ион с LET порядка 100 MeV-cm2/mg создает заряд примерно 1 пКл вдоль его трека.Thus, an ion with a LET of the order of 100 MeV-cm 2 / mg creates a charge of about 1 pC along its track.
В объемном кремнии eph не являются значимыми, т.к. они, в конце концов, рекомбинируют. При наличии электрического поля, однако, eph достаточно быстро разделяются посредством дрейфа в направлении, противоположном направлению поля и могут быть достаточно быстро собраны каким-нибудь источником напряжения, создающим поле. В ИМС на объемном кремнии такое электрическое поле приложено вдоль p-n-перехода в приборах. Каждый и любой из сигналов на выводе ИМС обычно изолирован от источника VDD одним или большим числом таких переходов (сток транзистора р-МОП) и изолирован от общей точки («земли») VSS одним или большим числом таких переходов (сток транзистора n-МОП).In bulk silicon, eph are not significant because they recombine after all. In the presence of an electric field, however, the ephs are fairly quickly separated by drift in the opposite direction to the field and can be quickly collected by some voltage source that creates the field. In bulk silicon ICs, such an electric field is applied along the pn junction in devices. Each and any of the signals at the output of the IC is usually isolated from the source V DD by one or more such transitions (drain of the p-MOS transistor) and isolated from the common point (“ground”) V SS by one or more such transitions (drain of the transistor n- MOS).
Фиг. 1 иллюстрирует эффект прохождения иона через переход стока в транзисторе n-МОП. Фиг. 1 демонстрирует поперечное сечение перехода стока (10), имеющего n+-сток n-МОП (12), диффундирующий в p- (epi) пленку (14) p+-подложки ((16) n-МОП). Переход (20) изолирует вывод схемы для положительного источника питания (+V) от напряжения подложки (VSS). Ион пролетает через переход (10) и создает трек (20) электронно-дырочных пар, которым соответствует символ «-» для электронов и «+» для дырок. Электронно-дырочные пары, в свою очередь, создают плазму, контур которой напоминает воронку заряда (22).FIG. 1 illustrates the effect of an ion passing through a drain transition in an n-MOS transistor. FIG. 1 shows a cross section of a drain transition (10) having an n + drain of n-MOS (12) diffusing into a p - (epi) film (14) of a p + substrate ((16) n-MOS). Transition (20) isolates the circuit output for a positive power supply (+ V) from the substrate voltage (V SS ). An ion flies through transition (10) and creates a track (20) of electron – hole pairs, which correspond to the “-” symbol for electrons and “+” for holes. Electron-hole pairs, in turn, create a plasma whose contour resembles a charge funnel (22).
Указанные компоненты тока наблюдаются в качестве сигналов на выводах ИМС при наличии электрического поля на переходе и воронки разделенных свободных зарядов электронов и дырок. Исходя из конструкции на Фиг. 1 электроны собираются на узле схемы, а дырки на узле подложки, в результате протекает отрицательный импульс тока в диффузионном узле n-МОП, который приводит к «разряду» (уменьшению) напряжения сигнала.The indicated current components are observed as signals at the IC terminals in the presence of an electric field at the junction and funnels of separated free charges of electrons and holes. Based on the design of FIG. 1, the electrons are collected on the circuit node, and the holes on the substrate node, as a result, a negative current pulse flows in the diffusion node of the n-MOSFET, which leads to a “discharge” (decrease) in the signal voltage.
Этот дополнительный ток является короткоживущим, завершающимся примерно через 100-200 пс.This additional current is short-lived, ending in about 100-200 ps.
Запаздывающая компонента тока генерируется вследствие диффузии электронов и дырок из области, где электрическое поле равно нулю. Эти заряды могли бы в отсутствии рекомбинации достичь области, где существует поле, и где они могут рекомбинировать. Эта запаздывающая компонента могла бы достигать длительности нескольких сотен наносекунд.The delayed component of the current is generated due to the diffusion of electrons and holes from the region where the electric field is equal to zero. These charges could, in the absence of recombination, reach the region where the field exists and where they can recombine. This delayed component could reach a duration of several hundred nanoseconds.
Небольшой заряд собирается в области p+-подложки, т.к. скорость рекомбинации здесь выше из-за более высокой концентрации примеси. Если напряжение питания на стоке n-МОП равно нулю, электрическое поле, по сути, равно нулю и не наблюдается существенного увеличения собранного заряда.A small charge is collected in the region of the p + substrate, since the recombination rate is higher here due to the higher concentration of the impurity. If the supply voltage at the drain of the n-MOSFET is zero, the electric field is essentially zero and there is no significant increase in the collected charge.
Сходные процессы наблюдаются в окрестностях стока p-МОП, сформированного диффузией примеси в n-карман и смещенного источником VDD. В этом случае присутствует электрическое поле, даже если напряжение источника смещения равно нулю. Толщина области сбора в этом случае много меньше (в лучшем случае половина толщины кармана), т.к. переход «карман-подложка» постоянно смещен в обратном направлении и также может собирать индуцированный заряд.Similar processes are observed in the vicinity of the p-MOS drain formed by diffusion of the impurity into the n-pocket and shifted by the V DD source. In this case, an electric field is present, even if the voltage of the bias source is zero. The thickness of the collection area in this case is much smaller (at best half the thickness of the pocket), because the pocket-substrate transition is constantly biased in the opposite direction and can also collect an induced charge.
Нейтроны и протоны высоких энергий, как известно, вызывают схожие эффекты непосредственно непрямым способом через ядерные реакции с кремнием. В этом случае, тяжелые ионы отдачи сопутствующих продуктов пролетают через переходы и формируют импульс тока из собранного заряда. В КП протоны высоких энергий порождаются, главным образом, из захваченных радиационными поясами протонов и из солнечных вспышек. Для высотной авиации и нейтроны и протоны высоких энергий связаны с продуктами реакций, сформированных в космических ливнях, когда космические ТЗЧ подвергаются ядерным реакциям в атмосфере.High-energy neutrons and protons are known to cause similar effects directly in an indirect way through nuclear reactions with silicon. In this case, heavy recoil ions of the accompanying products fly through the transitions and form a current pulse from the collected charge. In the CP, high-energy protons are generated mainly from protons captured by radiation belts and from solar flares. For high-altitude aviation, both high-energy neutrons and protons are associated with the products of reactions formed in space showers, when space TZZ undergo nuclear reactions in the atmosphere.
Компоненты добавочного стороннего тока, описанные выше, ответственные за эффекты SEUs, наблюдались в схемах на космических орбитах в течение последних 10-15 лет. Более замечательно то, что SEUs обнаруживают в статических триггерах (latchs) и SRAM (Static Random Acces Memory). Эффект появления квазистационарного тока определяется зависимостью реакции от схемы, которая, в свою очередь, определяется величиной заряда, собранного в узле сигнала. По существу, величина емкости узла сигнала определяет (в первом случае), насколько велико падение напряжения dV, которое является результатом собранного заряда dQ в соответствии с равенством . Это является верным только в предположении, что схема очень слабо рассеивает заряд в течение последующих сотен пикосекунд). Высокая проводимость транзисторов смягчает этот эффект, так как они рассеивают этот заряд более быстро. Более важная для триггеров и SRAM положительная петля обратной связи по усилению обуславливает «опрокидывание» данных () в том случае, когда собранный заряд достигает критического значения QCRIT, а напряжение на узле питания возрастает до критического значения. Более детальное обсуждение этих эффектов и, в частности, откликов схем SRAM, можно найти в [1].The components of the additional external current described above, responsible for the effects of SEUs, have been observed in space orbit circuits over the past 10-15 years. More remarkable is that SEUs are found in static triggers (latchs) and SRAM (Static Random Acces Memory). The effect of the appearance of a quasi-stationary current is determined by the dependence of the reaction on the circuit, which, in turn, is determined by the amount of charge collected in the signal node. Essentially, the value of the signal node capacitance determines (in the first case) how large the voltage drop dV is, which is the result of the collected charge dQ in accordance with the equality . This is true only under the assumption that the circuit dissipates the charge very weakly over the next hundreds of picoseconds). The high conductivity of the transistors mitigates this effect, since they dissipate this charge more quickly. The gain feedback loop, which is more important for triggers and SRAM, causes data to tip over ( ) in the case when the collected charge reaches a critical value of Q CRIT , and the voltage at the power node rises to a critical value. A more detailed discussion of these effects and, in particular, the responses of SRAM schemes can be found in [1].
SEUs становятся более проблематичными при дальнейшим уменьшением топологического размера. Топологичекий размер следующих поколений не радиационно-стойких коммерческих ИМС уменьшился за последние годы от 1 мкм до 0,13 мкм (в настоящее время) и непрерывно уменьшается до перспективных 0,05 мкм. Для получения этого сокращения в промышленности было использовано несколько моделей масштабирования, включая латеральное (боковое) масштабирование, где масштабируется только длина затвора, масштабировании постоянного напряжения питания, когда VDD остается константой, и масштабирование постоянного электрического поля, где VDD уменьшается с уменьшением толщины подзатворного оксида для поддержания постоянной величины электрического поля в транзисторе. Модель масштабирования электрического поля является доказанным фактом для большинства практических применений, поскольку она пригодна для описания большинства отрицательных эффектов большого электрического поля (пробой подзатворного диэлектрика и «горячие» электроны).SEUs become more problematic with a further decrease in topological size. The topological size of the next generations of non-radiation-resistant commercial IMS has decreased in recent years from 1 μm to 0.13 μm (at present) and is continuously decreasing to promising 0.05 μm. To achieve this reduction, several scaling models were used in industry, including lateral (side) scaling, where only the shutter length is scaled, scaling of the DC supply voltage when V DD remains constant, and scaling of the constant electric field, where V DD decreases with decreasing thickness of the gate oxide to maintain a constant electric field in the transistor. The electric field scaling model is a proven fact for most practical applications, since it is suitable for describing most of the negative effects of a large electric field (breakdown of a gate insulator and “hot” electrons).
По данным [2] длительности переходных импульсов SET (Single Event Transient) и поперечные сечения ошибок как функции технологических решений (0,25, 0,18 и 0,13 µm) и как функции рабочего напряжения (2,00, 1,50, 1,25 и 1,00 В) при фиксированном значении LET=60 MeV·cm2/mg показывают существенное увеличение длительности импульса SET с сокращением топологического размера и сопутствующим уменьшением номинального рабочего напряжения и значимого увеличения длительности импульса SET, если приборы функционируют при напряжении, которое ниже нижней допустимой границы рабочих напряжений по спецификации на каждую из рассмотренных технологий. Там же содержатся результаты исследований традиционных ячеек памяти DICE (Dual Interlocked Storage Cell = двойная взаимоблокирующая ячейка памяти) для проверки соответствия с результатами измерений по методу PDTL (Programmable Delay Temporal Latch = PDTL, или программируемой задержки, или временнОй «защелки») зависимости поперечных сечений SET от напряжения функционирования. Результаты измерений по цепям DICE, в общем, соответствуют данным по методу PDTL, т.е. большинство переходных процессов фиксируются при уменьшении номинального напряжения, что трактуется, таким образом, что эффективность фиксации эффектов SETs в ячейках DICE «улучшается» вследствие более длинных импульсов SET. Основываясь на результатах [2] определено, что длительности импульсов SET являются прямой пропорциональной функцией номинального рабочего напряжения и могут потенциально непрерывно увеличиваться с уменьшением топологических размеров вследствие соответствующего уменьшения номинального рабочего напряжения. Это приводит к потенциальной «двойной борьбе фронтов» в соответствующих технологиях, так что, высокие рабочие частоты комбинируются с длительностью протяженных импульсов SET. Прогресс в будущих приборах в сторону подавления SET связан с использованием таких технологий как временная «защелка» [2] для технологий объемного кремния (bulk/epi Si), «кремния-на-изоляторе» (Silicon-On-Insulator = SOI) и/или необходимости разрабатывать основы для серьезного рассмотрения возможности изготовления приборов с низкой интенсивностью SET, пригодных для прикладных специальных интегральных схем (Application Specific Integrated Circuit = ASIC).According to [2], the duration of transition pulses SET (Single Event Transient) and the cross sections of errors as a function of technological solutions (0.25, 0.18 and 0.13 μm) and as a function of operating voltage (2.00, 1.50, 1.25 and 1.00 V) at a fixed value of LET = 60 MeV cm 2 / mg show a significant increase in the SET pulse duration with a reduction in the topological size and a concomitant decrease in the rated operating voltage and a significant increase in the SET pulse duration, if the devices operate at voltage which is lower than the lower permissible boundary of the workers s specifications for each of the considered technologies. It also contains the results of studies of traditional DICE memory cells (Dual Interlocked Storage Cell = double interlocking memory cell) for checking compliance with the results of measurements according to the PDTL method (Programmable Delay Temporal Latch = PDTL, or programmable delay, or time “latch”) dependence of cross sections SET from voltage functioning. The results of measurements on DICE circuits, in general, correspond to the data according to the PDTL method, i.e. most transients are fixed when the nominal voltage decreases, which is interpreted in such a way that the efficiency of fixing the effects of SETs in DICE cells “improves” due to longer SET pulses. Based on the results of [2], it was determined that the SET pulse durations are a direct proportional function of the rated operating voltage and can potentially continuously increase with a decrease in topological dimensions due to a corresponding decrease in the rated operating voltage. This leads to a potential “double frontal battle” in the respective technologies, so that high operating frequencies are combined with the duration of the extended SET pulses. The progress in future devices towards SET suppression is associated with the use of technologies such as temporary “latch” [2] for bulk silicon (bulk / epi Si), silicon-on-insulator (Silicon-on-insulator = SOI) and / or the need to develop a framework for seriously considering the possibility of manufacturing low-intensity SET instruments suitable for application specific integrated circuits (Application Specific Integrated Circuit = ASIC).
Для масштабирования постоянного электрического поля, включая все физические размеры прибора (такие, как длина затвора L, ширина затвора W и толщина оксида затвора TOX), когда они сокращаются, приложенное напряжение питания VDD и пороговое напряжение транзистора VTH уменьшаются пропорционально. Это приводит в результате к пропорциональному уменьшению тока стока (ID), емкости нагрузки (C) и пропорциональному уменьшению емкости узла затвора . Самый маленький ток транзистора для постоянного масштабируемого поля требует, чтобы плотность тока металлизации (относительно тока электромигации) уменьшалась с меньшей скоростью, чем масштабирование по постоянному напряжению, при котором ток транзистора остается постоянным. Далее, для систем с малой мощностью, масштабирующих постоянное поле (в которых шкала VDD пропорциональна), это есть только одна рассматриваемая возможность, так как это является, по существу (квадрат масштабирования), результатом малой мощности рассеивания.To scale the constant electric field, including all the physical dimensions of the device (such as gate length L, gate width W and gate oxide thickness T OX ), when they are reduced, the applied supply voltage V DD and the threshold voltage of the transistor V TH are reduced proportionally. This results in a proportional decrease in the drain current (I D ), load capacitance (C) and a proportional decrease in the capacitance of the gate assembly . The smallest transistor current for a constant scalable field requires that the metallization current density (relative to the electromigration current) decrease at a lower rate than constant voltage scaling, at which the transistor current remains constant. Further, for systems with low power scaling a constant field (in which the V DD scale is proportional), this is only one possibility considered, since this is essentially the (squared square) result of low power dissipation.
Орбитальная микроэлектроника обычно отстает от ее наземных коммерческих дубликатов на одно или два поколения, так как большинство шагов технологического процесса требует обеспечения требований по радиационной стойкости к TID от излучений КП. Большинство радиационно-стойких ИМС могут быть изготовлены с технологическим размером 0,8…0,7 мкм. SEU в статических триггерах и SRAM могут проявляться в устройствах с топологическими нормами меньше 10 мкм и для критического заряда для сбоивших схем, величиной ниже 1 пКл (ориентировочно для частиц с LET не ниже, чем 1 MeV-cm2/mg). Так как площадь поперечного сечения попадания ТЗЧ в 20 раз меньше, интегральный флюенс космических лучей с LET>1 MeV-cm2/mg в 1000 раз больше флюенса частиц с LET=20 MeV-cm2/mg для геостационарной орбиты. Это предполагает, что интенсивность ошибок от эффектов SEU (на один бит) увеличивается в 50 раз. Так как технология 0,18 мкм имеет, вероятно, в 20 раз больше триггеров, чем технология 0,8 мкм, интенсивность отказов целой ИМС этом случае в 1000 раз больше.Orbital microelectronics usually lags behind its ground-based commercial duplicates by one or two generations, since most of the steps of the technological process require that the radiation resistance requirements for TID from KP emissions be met. Most radiation-resistant ICs can be made with a technological size of 0.8 ... 0.7 microns. SEUs in static triggers and SRAMs can occur in devices with topological norms less than 10 μm and for critical charge for failed circuits, below 1 pC (approximately for particles with LET no lower than 1 MeV-cm 2 / mg). Since the transverse cross-sectional area of the TCD incident is 20 times smaller, the integrated cosmic ray fluence with LET> 1 MeV-cm 2 / mg is 1000 times greater than the particle fluence with LET = 20 MeV-cm 2 / mg for the geostationary orbit. This suggests that the error rate from the effects of SEU (by one bit) increases by 50 times. Since the 0.18 micron technology has probably 20 times more triggers than the 0.8 micron technology, the failure rate of an entire IC in this case is 1000 times greater.
Для оценки стойкости ППП и ИМС к воздействию ИИ КП используют методы испытаний на ускорителях заряженных частиц, например, протонов, где с помощью подбора мишеней формируют необходимый «коктейль» из ТЗЧ [3].To assess the resistance of SPP and IMS to the effects of AI KP, test methods are used on accelerators of charged particles, for example, protons, where, using the selection of targets, the necessary “cocktail” of TZZ is formed [3].
При использовании имитационных методов (ИМ), как правило, используют пикосекундные импульсные лазеры с длиной волны 800-1500 нм [4].When using simulation methods (IM), picosecond pulsed lasers with a wavelength of 800–1500 nm are usually used [4].
Ограничения, касающиеся применения ИМ на основе облучения импульсным лазером, касаются экранировки поверхности чипа ИМС металлизацией и необходимостью точного подбора энергии лазерного импульса для получения равенства контролируемых выходных электрических характеристик ППП и ИМС.Limitations regarding the use of IM based on pulsed laser irradiation relate to screening the surface of the IC chip by metallization and the need to accurately select the energy of the laser pulse to obtain the equality of the controlled output electrical characteristics of the IFR and IC.
Однако импульсное лазерное воздействие позволяет обнаружить новые эффекты, которые не фиксируются при проведении радиационных экспериментов на МУ: это позиционирование сбоев на поверхности чипа ИМС и задержка развития процесса сбоя во времени, связанная с работой генератора тактовой частоты [5, 6]. В этом смысле лазерные ИМ являются важными дополнительными условиями для построения зависимостей поперечного сечения эффектов SEU как функции величины LET.However, pulsed laser exposure makes it possible to detect new effects that are not recorded during radiation experiments at the MU: this is the positioning of malfunctions on the surface of the IC chip and the delay in the development of the malfunction process in time associated with the operation of the clock generator [5, 6]. In this sense, laser MIs are important additional conditions for constructing the cross section dependences of SEU effects as a function of LET.
На основе кулонометрического способа измерения электрофизических параметров [7] и устройства, его реализующего [8], предложен способ определения коэффициента относительной эффективности и эквивалентной дозы источника рентгеновского излучения получения коэффициента относительной эффективности (КОЭ), или в зарубежной литературе RDEF (Relative Dose Enhancement Factor) [9]. RDEF устанавливает связь между поглощенной эквивалентной дозой рентгеновского (гамма-) излучения с эквивалентной энергией (средняя энергия спектра эталонного нуклида Co60) и величиной порогового значения линейной передачи энергии LETTH. При этом величина индуцированного радиацией критического заряда QC в треке иона и в чувствительном объеме транзисторной гетероструктуры технологии «металл-оксид-полупроводник» (МОП) остается равнойBased on the coulometric method of measuring electrophysical parameters [7] and the device that implements it [8], a method is proposed for determining the coefficient of relative efficiency and the equivalent dose of an x-ray source to obtain the coefficient of relative efficiency (COE), or in the foreign literature RDEF (Relative Dose Enhancement Factor) [9]. RDEF establishes the relationship between the absorbed equivalent dose of x-ray (gamma) radiation with equivalent energy (average energy of the spectrum of the reference nuclide Co 60 ) and the value of the threshold value of the linear energy transfer LET TH . In this case, the value of the critical charge Q C induced by radiation in the ion track and in the sensitive volume of the transistor heterostructure of the metal-oxide-semiconductor (MOS) technology remains equal
При имитации эффектов SEU импульсным лазерным излучением также можно ввести понятие RDEFWhen simulating SEU effects with pulsed laser radiation, the concept of RDEF can also be introduced.
ТогдаThen
Предыдущие решения устранения проблем SEU были сфокусированы на разработках SRAM и статических триггеров. Несмотря на то, что большинство рассмотренных работ было сфокусировано на статических триггерах для использования в ASIC, тем не менее, эти результаты могут быть распространены на разработки SRAM.Previous SEU troubleshooting solutions have focused on the development of SRAM and static triggers. Despite the fact that most of the works reviewed focused on static triggers for use in ASICs, nevertheless, these results can be extended to SRAM developments.
Один из таких триггеров описан в [10]. Эти разработки триггеров используют методы перекрестной изоляции, гарантирующие, что состояние триггеров не изменится при попадании ТЗЧ в любой из критических узлов.One of these triggers is described in [10]. These trigger designs utilize cross-isolation techniques to ensure that the state of the triggers does not change when an SLC hits any critical site.
Другая разработка представлена в [11]. Эта разработка в виде триггера DICE, также не может изменять логическое состояние при попадании частицы в единичный узел.Another development is presented in [11]. This development in the form of a DICE trigger also cannot change the logical state when a particle enters a unit node.
Каждый из этих триггеров может быть переключен, по-видимому, если единичная частица космического излучения проникает в ИМС в узком слое, расположенном в угле параллельно поверхности и вместе с этим пересекает, по крайней мере, два p-n-перехода. Геометрическое поперечное сечение для этого случая, хотя и мало, но может быть весьма существенным для применений на околоземных орбитах.Each of these triggers can be switched, apparently, if a single particle of cosmic radiation penetrates the IC in a narrow layer located at an angle parallel to the surface and at the same time crosses at least two p-n junctions. The geometric cross section for this case, although small, can be very significant for applications in near-earth orbits.
Отдельно от проблемы генерации SEUs в затворе и области подложки, космическое излучение может индуцировать процессы SETs в комбинаторной логике, в системе глобального времени и глобальных линиях контроля на уровне схем. SETs генерирует минимум эффектов в технологиях 0,8 мкм и 0,7 мкм, т.к. скорость распространения сигналов в этих схемах недостаточна для распространения SETs длительностью 100…200 пс на заметном расстоянии в пределах схемы. Однако, чем меньшее значение имеют технологические размеры будущих разработок (и их стойкость) для околоземных применений, тем более незначимыми становятся эффекты SETs для нормальных сигналов.Apart from the problem of generating SEUs in the gate and the substrate region, cosmic radiation can induce SETs processes in combinatorial logic, in the global time system and global control lines at the circuit level. SETs generates a minimum of effects in the technologies of 0.8 microns and 0.7 microns, because the propagation speed of the signals in these circuits is insufficient for propagation of SETs of 100 ... 200 ps duration at a noticeable distance within the circuit. However, the less important the technological dimensions of future developments (and their durability) for near-Earth applications, the more insignificant are the effects of SETs for normal signals.
На Фиг. 2 приведен график зависимости критической длительности переходного импульса, необходимого для распространения SET без затухания через бесконечно длинную цепочку инверторов от технологического размера. Если длина импульса меньше, чем критическая длительность импульса, присущая инерциальная задержка вентиля вызывает затухание переходного единичного события. Эффект SET завершается в кристалле после прохождения пяти вентилей. Если длительность импульса равна или больше критической длительности, SET однозначно распространяется в вентилях как нормальный рабочий сигнал. Эффекты SETs, длительностью больше, чем критическая длительность, распространяется через все вентили без затухания; SETs, длительность которых равна половине критической длительности, затухает в первом вентиле; SETs с промежуточной длительностью распространяется через переменное число ступеней.In FIG. Figure 2 shows a graph of the dependence of the critical duration of the transition pulse required for propagation of SET without attenuation through an infinitely long chain of inverters on the technological size. If the pulse length is shorter than the critical pulse duration, the inertial inertial delay of the valve causes the transient single event to decay. The SET effect ends in the crystal after passing through five gates. If the pulse duration is equal to or greater than the critical duration, SET unambiguously propagates in the valves as a normal working signal. The effects of SETs, lasting longer than the critical duration, propagate through all valves without attenuation; SETs, whose duration is equal to half the critical duration, decay in the first valve; SETs with intermediate duration propagate through a variable number of steps.
График на Фиг. 2 является результатом моделирования с использованием параметров SPICE для различных топологических норм (показанных в виде точек на графике) в диапазоне от 1,2 мкм (1200 нм) и 0,13 мкм (130 нм). Генерированный ряд параметров модели SPICE был получен, исходя из известных параметров модели между 1,2 мкм и 0,7 мкм, включительно. Были использованы правила сохранности электрического поля для генерации модели и размеры транзистора для прогнозирования параметров модели в малых топологических размеров. Масштабированные значения различных критических параметров (VDD, VTH и TOX) были сопоставлены с опубликованными в [12]. Непрерывная кривая содержит смоделированные точки, пунктирная линия экстраполировала точки на 0,05 мкм (50 нм), проектную топологическую норму коммерческих технологий 2012 г. Как обсуждалось выше, длительность процессов SETs составляет 100…200 пс. График на Фиг. 2 подтверждает тот факт, что через одно или два поколения орбитальных систем микроэлектронной аппаратуры, в которой применяются ИМС с топологическими нормами меньше 0,35 мкм, эффекты SETs не будут затухать в пределах вентилей схем, а будут распространяться как обычные рабочие сигналы схемы. Это будет иметь серьезные, если не катастрофические последствия для схем последовательного доступа.The graph in FIG. 2 is the result of modeling using SPICE parameters for various topological norms (shown as dots on the graph) in the range from 1.2 μm (1200 nm) and 0.13 μm (130 nm). The generated series of parameters of the SPICE model was obtained based on the known model parameters between 1.2 μm and 0.7 μm, inclusive. The rules of conservation of the electric field were used to generate the model and the dimensions of the transistor to predict the parameters of the model in small topological dimensions. The scaled values of various critical parameters (V DD , V TH, and T OX ) were compared with those published in [12]. The continuous curve contains simulated points, the dashed line extrapolated points to 0.05 μm (50 nm), the design topological norm of commercial technologies in 2012. As discussed above, the duration of SETs processes is 100 ... 200 ps. The graph in FIG. 2 confirms the fact that through one or two generations of orbital systems of microelectronic equipment, which use ICs with topological norms less than 0.35 μm, the effects of SETs will not attenuate within the circuit gates, but will propagate as normal working signals of the circuit. This will have serious, if not catastrophic, consequences for sequential access schemes.
На Фиг. 3 приведена топология компоновки для схемы последовательного доступа (30). Схема (30) имеет первичный триггер (32), блок комбинационной логики (34) и вторичный триггер (36). На этой иллюстрации триггеры (32) и (36) реализуют функции D-триггеров. Данные первого триггера (32) обычно поступают на вход комбинационной логики по заднему фронту синхроимпульса, который вырабатывает схема синхронизации времени. С выхода комбинаторной логики (34) сигнал поддерживает вход второго триггера (36) в течение всего времени, пока не придет следующий задний фронт импульса синхронизации. По заднему фронту этого импульса второй триггер запоминает любые данные, поступившие к этому времени на его вход и выполняет изменение состояния с переходом в режим ожидания.In FIG. Figure 3 shows the layout topology for the sequential access scheme (30). Scheme (30) has a primary trigger (32), a combinational logic block (34), and a secondary trigger (36). In this illustration, triggers (32) and (36) implement the functions of D-triggers. The data of the first trigger (32) is usually fed to the input of the combinational logic along the trailing edge of the clock pulse, which is generated by the time synchronization circuit. From the output of combinatorial logic (34), the signal supports the input of the second trigger (36) for the entire time until the next falling edge of the synchronization pulse arrives. On the trailing edge of this pulse, the second trigger remembers any data received by this time at its input and performs a state change with the transition to standby mode.
Если в это время в комбинаторную логику (34) попадает ТЗЧ и логика является пригодной для распространения переходного процесса, то в конечном итоге SET появляется на входе второго триггера (36), что может быть воспринято как полезный (истинный) сигнал. Который из этих двух, полезный или SET, будет запомнен, зависит от времени их поступления и заднего фронта синхросигнала.If at this time TZC falls into combinatorial logic (34) and the logic is suitable for the propagation of the transient, then eventually SET appears at the input of the second trigger (36), which can be perceived as a useful (true) signal. Which of these two, useful or SET, will be remembered, depends on the time of their arrival and the trailing edge of the clock signal.
Фиг. 4 демонстрирует временную диаграмму, иллюстрирующую соотношение во времени для случая, когда истинные данные игнорируются, а позитивные SET ошибочно поступают на вход второго триггера. На Фиг. 5 синхросигнал (50) и четыре различных сигнала SET (52-58) иллюстрируют четыре разных случая, когда сигнал SET может совпасть с задним фронтом сигнала времени (50).FIG. 4 is a timing chart illustrating a time relationship for the case where true data is ignored and positive SETs erroneously arrive at the input of the second trigger. In FIG. 5, the clock signal (50) and four different SET signals (52-58) illustrate four different cases where the SET signal may coincide with the trailing edge of the time signal (50).
Переходный процесс может быть некорректно интерпретирован как полезный сигнал и впоследствии запомнен в триггере, если он длиннее периода времени, установленного для времени переключения перед задним фронтом синхросигнала и времени удержания после заднего фронта импульса синхросигнала. На Фиг. 5 первый из серии сигналов SET (52) наблюдается до указанного интервала, и поэтому не может быть переключен во второй триггер. Следующий сигнал SET (58) наблюдается после этого интервала, и поэтому опять не дает результата в изменение состояния триггера. Однако, второй и третий сигналы SET (54) и (56) приходят с некоторым опережением или запаздыванием, соответственно, по отношению к сигналу переключения, что приводит к ошибочному запоминанию сигнала SET во втором триггере.The transient can be incorrectly interpreted as a useful signal and subsequently stored in the trigger if it is longer than the time period set for the switching time in front of the falling edge of the clock signal and the holding time after the falling edge of the clock pulse. In FIG. 5, the first of a series of SET signals (52) is observed before the indicated interval, and therefore cannot be switched to the second trigger. The next SET signal (58) is observed after this interval, and therefore again does not give a result in a change in the trigger state. However, the second and third signals SET (54) and (56) come with a certain lead or delay, respectively, with respect to the switching signal, which leads to erroneous storage of the SET signal in the second trigger.
Рисунок Фиг. 6 показывает еще одну временную диаграмму, иллюстрирующую временное соотношение для других типов SET, которые вызывают запись неправильных данных в триггер. В этом случае SET наблюдаются в пределах синхросигнала. Рисунок Фиг. 6 демонстрирует сигнал данных (60), нормальный синхросигнал (62), и три различных синхросигнала (64-68), которые искажены SET (обозначены пунктирной линией для каждого случая).Figure FIG. 6 shows another timing diagram illustrating a timing relationship for other types of SETs that cause incorrect data to be written to a trigger. In this case, SETs are observed within the clock. Figure FIG. 6 shows a data signal (60), a normal clock signal (62), and three different clock signals (64-68), which are distorted by SET (indicated by a dashed line for each case).
Истинные данные (60) удовлетворяют временам установки и поддержания вблизи заднего фронта синхроимпульса в случае его корректной работы, как это соответствует сигналу (62). Синхросигнал (64) содержит отрицательный вклад от SET по линии тактового сигнала, которая смещает задний фронт синхросигнала в сторону опережения сигнала данных. В результате будет запомнено низкое значение «0» сигнала данных (60). Синхросигнал (66) демонстрирует промежуточное расположение сигнала «1» SET относительно сигнала «1» данных. Синхросигнал не вызывает проблем, так как он поступил и действует после данных высокого уровня и может быть запомнен, пока сигнал данных остается на уровне «1». Синхросигнал (68) содержит положительный SET вблизи заднего фронта сигнала данных (60). Синхросигнал (68) вызывает в триггере сохранение ошибочного сигнала низкого уровня в противоположность предварительно запомненному сигналу высокого уровня. Отметим, что не является проблемой совмещение SET с задним фронтом сигнала данных. Данные триггера могут быть искажены при любом состоянии сигнала на линии синхронизации, когда задний фронт импульса SET следует после заднего фронта сигнала данных.True data (60) satisfy the installation and maintenance times near the trailing edge of the clock pulse in case of its correct operation, as corresponds to signal (62). The clock signal (64) contains the negative contribution from the SET along the clock line, which shifts the trailing edge of the clock signal to the lead of the data signal. As a result, the low value “0” of the data signal (60) will be stored. The clock signal (66) shows an intermediate location of the “1” SET signal relative to the “1” data signal. The clock signal does not cause problems, since it arrived and acts after high-level data and can be remembered as long as the data signal remains at level “1”. The clock signal (68) contains a positive SET near the trailing edge of the data signal (60). The clock signal (68) causes the trigger to store a low level error signal as opposed to a previously stored high level signal. Note that combining SET with the trailing edge of the data signal is not a problem. The trigger data can be distorted in any state of the signal on the synchronization line when the trailing edge of the SET pulse follows the trailing edge of the data signal.
Различные интенсивности отказов в схемах прямого доступа (т.е. SEU в триггерах и SET в комбинаторной логике) зависят от частоты синхросигналов [3]. Изменение состояния наблюдается в триггерах только тогда, когда частота низкая, и триггер находится в состоянии удержания. Т.к. синхросигнал соответствует менее 50% всего времени, то интенсивность SEU не зависит от частоты. Напротив, SET, которые создаются в комбинаторной логике, могут быть накоплены, если они по какому-нибудь входу триггера совпадут с задним фронтом синхросигнала, а число таких совпадений будет расти линейно с ростом частоты синхросигнала. Таким образом, интенсивность SEU не зависит от частоты синхросигнала, в то время, как интенсивность SET прямо пропорциональна частоте синхросигнала. Это соотношение в интенсивности ошибок может быть проиллюстрировано экспериментально с использованием импульсного лазерного облучения тестовых структур, когда измеряются различные интенсивности ошибок в зависимости от частоты синхросигналов [13].Different failure rates in direct access circuits (ie, SEUs in triggers and SETs in combinatorial logic) depend on the clock frequency [3]. A change in state is observed in triggers only when the frequency is low and the trigger is in a hold state. Because Since the clock signal corresponds to less than 50% of the total time, the intensity of the SEU is frequency independent. On the contrary, SETs that are created in combinatorial logic can be accumulated if they coincide with the trailing edge of the clock signal at some input of the trigger, and the number of such coincidences grows linearly with increasing clock frequency. Thus, the intensity of the SEU is independent of the frequency of the clock, while the intensity of the SET is directly proportional to the frequency of the clock. This correlation in error intensity can be illustrated experimentally using pulsed laser irradiation of test structures, when various error intensities are measured depending on the frequency of the clock signals [13].
Это соотношение интенсивности ошибок смешивает проблемы SET с проблемой сжатия топологического размера в технологии ИМС. Результат сжатия топологического размера и уменьшения времени задержки в затворе позволяет схемам работать с большими частотами синхросигналов. Поставляет вклад переходных ошибок в целую схему не только каждый комбинаторный вентиль (до тех пор, пока переходные процессы не затухают), но и увеличивается так же вероятность накопления (вследствие большей частоты синхросигнала).This correlation of error intensity mixes SET problems with the problem of topological size compression in the IC technology. The result of compression of the topological size and reduction of the delay time in the gate allows the circuits to work with high frequencies of the clock signals. Not only does each combinatorial valve supply the contribution of transient errors to the whole circuit (as long as the transients do not die out), but the likelihood of accumulation also increases (due to the higher clock frequency).
Для данных, обрабатываемых в условиях воздействия SETs, необходимо ввести ограничения на механизмы моделирования процессов распространения электрического заряда [14] и разработки аналитических способов определения интенсивности ошибок в приборах с различным топологическим размером.For data processed under the influence of SETs, it is necessary to introduce restrictions on the mechanisms for modeling the processes of electric charge propagation [14] and the development of analytical methods for determining the error intensity in devices with different topological sizes.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению (прототипом) является способ прогнозирования интенсивности сбоев от эффектов SEU/SEE в цифровой аппаратуре, основанный на принятии «концепции эффективности заряда» как меры эффективности радиационно-индуцированного заряда (РИЗ) [15]. Этот способ позволяет получить уточненные статистическими методами обработки экспериментальных данных отклонения от аппроксимирующей ступенчатой функции зависимости поперечного сечения сбоев от величины LET в области малых значений и получить оценки величины порогового значения LETTH с использованием цифрового представления о характеристиках (figure merit = FOM) и значений, определенных из данных по поперечным сечениям или из симуляции в смешанном режиме: экспериментально полученной зависимости σ=f(LET) для ТЗЧ и данных по облучению импульсным лазерным излучением. Величину LETTH используют для оценок значения сечения насыщения σSAT, критического флюенса ионов FCRIT и интенсивности сбоев R.Closest to the proposed technical solution (prototype) is a method for predicting the intensity of failures from the effects of SEU / SEE in digital equipment, based on the adoption of the "concept of charge efficiency" as a measure of the effectiveness of radiation-induced charge (RIS) [15]. This method makes it possible to obtain deviations from the approximating step function of the dependence of the fault cross section on the LET value in the region of small values refined by statistical methods of processing experimental data, and to obtain estimates of the threshold value of LET TH using the digital representation of the characteristics (figure merit = FOM) and the values determined from data on cross sections or from a simulation in a mixed mode: experimentally obtained dependence σ = f (LET) for the TZZ and data on pulsed irradiation azernym radiation. The value of LET TH is used to estimate the saturation cross section σ SAT , the critical ion fluence F CRIT, and the failure rate R.
Недостатком способа является то обстоятельство, что эффективность измерена для чувствительности к эффектам SEU в пределах одной ячейки структуры МОП. Кроме того, способ не предусматривает определение эквивалентных уровней ИИ импульсного источника гамма-рентгеновского излучения, что не позволяет использовать его для моделирования эффектов SEU/SEE на импульсных источниках гамма-нейтронного излучения, определения уровня бессбойной работы (УБР) и установления взаимнооднозначного соответствия между УБР и LETTH.The disadvantage of this method is the fact that the efficiency is measured for sensitivity to SEU effects within one cell of the MOS structure. In addition, the method does not provide for the determination of equivalent AI levels of a pulsed source of gamma-ray radiation, which does not allow it to be used to simulate the effects of SEU / SEE on pulsed sources of gamma-neutron radiation, to determine the level of smooth operation (UBR) and to establish a one-to-one correspondence between UBR and Let th .
Предложенное техническое решение основано на концепции сохранения уровня критического заряда, вызывающего эффекты SEU и SET, что позволяет распространить эту идеологию и на данные из спецификации полупроводниковых приборов и ИМС. Так для импульсных диодов и диодов СВЧ в спецификации на прибор прямо указана величина заряда переключения из одного логического состояния в другое. В спецификации на полупроводниковые приборы и ИМС приводят данные о временах переключения , токи переключения , напряжения в состоянии логических «0» и «1», V0L и V0H, соответственно. Эти данные могут быть использованы для вычисления величины критического заряда QC.The proposed technical solution is based on the concept of preserving the critical charge level that causes SEU and SET effects, which allows us to extend this ideology to the data from the specification of semiconductor devices and ICs. So for pulsed diodes and microwave diodes, the specification of the device directly indicates the amount of charge switching from one logical state to another. Semiconductor and IC specifications include switching times switching currents , voltages in the state of logical “0” and “1”, V 0L and V 0H , respectively. These data can be used to calculate the critical charge Q C.
При пренебрежении этими процессами формирования критического заряда, возникает безусловная необходимость применения технологии подавления ошибок, вызванных SEU и SET.If these processes of critical charge formation are neglected, there is an unconditional need to apply the technology for suppressing errors caused by SEU and SET.
Предложенное техническое решение имеет отношение к ИМС, в частности, как к схемам последовательной логики (SL), так и к схемам комбинаторной (комбинационной) логики (CL).The proposed technical solution relates to ICs, in particular, to both sequential logic (SL) circuits and combinatorial (combinational) logic (CL) circuits.
Техническим результатом изобретений является повышение достоверности оценки стойкости цифровой электронной аппаратуры к воздействию ИИ, в частности, оценки уровня бессбойной работы (УБР) и соответствующей ему величины TID, путем обеспечения независимо от условий облучения однозначной связи между результатами испытаний на моделирующих импульсные ИИ установках, результатами имитационного моделирования, в том числе с использованием импульсного лазерного излучения, и данных спецификаций на ППП и ИМС о динамических параметрах.The technical result of the inventions is to increase the reliability of assessing the resistance of digital electronic equipment to the effects of AI, in particular, assessing the level of trouble-free operation (UBR) and the corresponding TID value, by ensuring, regardless of the irradiation conditions, an unambiguous relationship between the results of tests on simulated pulsed AI installations, the results of simulation modeling, including using pulsed laser radiation, and these specifications on the IFR and IC on dynamic parameters.
Технический результат достигается путем сопоставления и конверсии различных данных по стойкости к дозовым эффектам при статическом или импульсном облучении на МУ, по стойкости к эффектам мощности дозы при импульсном облучении на МУ, по стойкости к воздействию импульсного лазерного излучения при ИМ эффектов мощности дозы, по стойкости к низкоинтенсивному излучению факторов КП и по данным спецификаций о динамических параметрах ППП и ИМС на основе общей концепции, основанной на представлении о равенстве величин критического заряда QC, который вызывает в чувствительном объеме νS возникновение сторонних токов, вызывающих эффекты SEU и SET в цифровых электронных схемах.The technical result is achieved by comparing and converting various data on the resistance to dose effects during static or pulsed irradiation at the MU, on the resistance to the effects of dose rate during pulsed irradiation at the MU, on the resistance to pulsed laser radiation at the IM effects of dose rate, on the resistance to low-intensity radiation factors KP and according to specifications of the dynamic parameters of the SPT and the IC on the basis of the general concept, based on the concept of equal quantities critical charge Q C, to tory causes in the sensitive volume ν S occurrence of external currents causing SEU and SET effects in digital electronic circuits.
Данная задача решается созданием вариантов способа оценки стойкости цифровой электронной аппаратуры к воздействию ионизирующих излучений на основе предложенной концепции.This problem is solved by creating variants of a method for assessing the resistance of digital electronic equipment to the effects of ionizing radiation based on the proposed concept.
Поставленная задача (вариант 1) решается тем, что для определения уровня бессбойной работы (УБР) блока или всего устройства радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), в целом, содержащей в своем составе цифровые интегральные микросхемы (ИМС), по результатам экспериментальных исследований на моделирующих установках (МУ), в известном способе оценки стойкости цифровой электронной аппаратуры к воздействию ИИ путем использования экспериментально полученных данных при моделировании РИЗ в БИС/СБИС технологии КМОП/КНД с использованием генерации сторонних токов от импульсных источников ионизирующего излучения (ИИИ), в качестве которых используют сопутствующее гамма-излучение импульсного ядерного ректора (ИЯР) или гамма-рентгеновское излучение электрофизических установок (ЭФУ) (линейных импульсных ускорителей и/или рентгеновских установок) и от воздействия ТЗЧ космического пространства, затем с использованием соответствующих значений коэффициентов относительной эффективности между эквивалентной дозой DRS гамма-рентгеновского излучения со спектром RS (Radiation Stress) и ионов (ТЗЧ), определяют величину эквивалентной дозы DRS и по известной длительности импульса ИИ τP определяют УБР.The task (option 1) is solved by the fact that to determine the level of trouble-free operation (UBR) of the unit or the entire device of electronic equipment (CEA), in general, containing digital integrated circuits (ICs), according to the results of experimental studies on modeling plants ( MU), in a known method for assessing the resistance of digital electronic equipment to the effects of AI by using experimentally obtained data when modeling RIZ in LSI / VLSI technology CMOS / KND using side generation they are currents from pulsed sources of ionizing radiation (III), which use the accompanying gamma radiation from a pulsed nuclear reactor (INR) or gamma-ray radiation from electrophysical installations (EFs) (linear pulsed accelerators and / or X-ray installations) and from the effects of spaceborne cosmic rays space, then using the corresponding values of the coefficients of relative efficiency between the equivalent dose D RS of gamma-ray radiation with spectrum RS (Radiation Stress) and ions (TZZ), determine the value of the equivalent dose D RS and the known pulse duration of the AI τ P determine the UBR.
Кроме того, для определения поперечного сечения сбоев цифрового устройства, анализируют структурную схему радиоэлектронного устройства, определяют величины отдельных парциальных поперечных сечений сбоев для каждого цифрового элемента схемы, суммарное поперечное сечение σΣ для однотипных элементов последовательной и комбинационной логики, усредненное поперечное сечение σD для элементов последовательной и комбинационной логики, полное сечение σTOT для всего цифрового устройства.In addition, to determine the cross-section of the failures of the digital device, analyze the structural diagram of the electronic device, determine the values of individual partial cross-sections of failures for each digital element of the circuit, the total cross section σ Σ for the same elements of sequential and combinational logic, the average cross section σ D for elements of sequential and combinational logic, the total cross section σ TOT for the entire digital device.
Кроме того, для сокращения числа испытаний, величину полного поперечного сечения сбоев вводят с учетом числа цифровых бистабильных триггеров DFF.In addition, to reduce the number of trials, the total failure cross-sectional value is introduced taking into account the number of digital bistable DFF triggers.
Кроме того, для сокращения числа испытаний на установках, моделирующих воздействие ТЗЧ, для определения единичного сечения сбоев σe для однотипных элементов схемы, для большинства практических случаев интенсивность сбоев определяют с использованием аппроксимирующего выражения для поперечного сечения насыщения σSAT=ab, (a, b>с) и критического порогового значения линейной передачи энергии (массовых потерь)
Кроме того, для учета частотной зависимости эффектов SEU в комбинационной логике, величину парциального сечения сбоев однотипных элементов комбинационной логики вводят с учетом тактовой частоты (частоты синхронизации).In addition, to take into account the frequency dependence of the SEU effects in combinational logic, the value of the partial cross section of failures the same elements of combinational logic are introduced taking into account the clock frequency (synchronization frequency).
Кроме того, для учета частотной зависимости эффектов SEU в элементах комбинационной и последовательной логики, для учета зависимости поперечного сечения сбоев для однотипных элементов комбинационной логики от частоты синхронизации на аппроксимирующей зависимости поперечного сечения сбоев для однотипных элементов комбинационной логики определяют по заданной частоте синхроимпульсов и , в , величину сечения сбоев для однотипных элементов последовательной логики определяют с использованием соотношенияIn addition, to take into account the frequency dependence of the SEU effects in the elements of combinational and sequential logic, to take into account the dependence of the fault cross section for the same elements of the combinational logic on the synchronization frequency, on the approximating dependence of the fault cross section for the same elements of the combinational logic determined by a given frequency of the clock pulses and , at , the magnitude of the cross section of failures for the same type of elements of sequential logic is determined using the relation
Кроме того, для унификации результатов оценки чувствительности к эффектам SEU элементов комбинационной и последовательной логики, для определения суммарного поперечного сечения сбоев для элементов последовательной и комбинационной логик поперечное сечение сбоев σSL для элементов последовательной логики определяют из , где - парциальное поперечное сечение ошибок i-го элемента, и поперечное сечение сбоев σCL для элементов комбинационной логики определяют , где - парциальное поперечное сечение ошибок j-го элемента, суммарное сечение ошибок схемы последовательной логики σΣ находят с использованием соотношенияIn addition, to unify the results of evaluating the sensitivity to SEU effects of elements of combinational and sequential logic, to determine the total cross-section of faults for elements of serial and combinational logic, the cross-section of faults σ SL for elements of sequential logic is determined from where - the partial cross-section of errors of the ith element, and the cross-section of failures σ CL for elements of combinational logic determine where - the partial cross section of errors of the jth element, the total error cross section of the serial logic circuit σ Σ is found using the relation
где: a CL - процентный состав схем комбинаторной логики; DFF - число фиксирующих элементов (триггеров) в схеме, а полное сечение сбоев в схеме определяют с использованием соотношенияwhere: a CL is the percentage of combinatorial logic circuits; DFF is the number of fixing elements (triggers) in the circuit, and the total cross section of failures in the circuit is determined using the relation
Кроме того, что для получения результата оценки эквивалентной дозы для эталонного спектра нуклидного источника Co60, исходя из спектра линейной передачи энергии , чувствительного объема νS типовой транзисторной структуры отдельного цифрового элемента и максимального значения величины пространственной диагонали sMAX (хорды) чувствительного объема, определяют пороговое значение линейной передачи энергии LETTH и величину интенсивности сбоев , определяют КОЭ
Кроме того, для оценки интенсивности сбоев от эффектов SEU, для получения экспериментальной зависимости поперечного сечения сбоев блоков РЭА или ИМС от LET вида , на соответствующей МУ, воспроизводящей пучки ионов (ТЗЧ), выполняют облучение объектов исследования в диапазоне заданных флюенсов ТЗЧ из спектра LET вида , где dN/dE - распределение числа ТЗЧ по энергиям, определяют чувствительный объем νS транзисторной гетероструктуры, в котором формируется критический заряд QC, определяют максимальный размер хорды sMAX (пространственной диагонали) в модели чувствительного объема (ЧО) в виде параллелепипеда (Rectangular Parallel Piped = RPF) из s2=a 2+b2+с2, где a=b=L - топологический размер ЧО элемента, с=t - толщина гетероструктуры в ЧО, определяют пороговое значение LETTH на зависимости для полного телесного угла, интенсивность сбоев определяют с использованием соотношенияIn addition, to assess the intensity of failures from SEU effects, to obtain the experimental dependence of the cross-section of failures of REA or IC units on LET of the form , on the corresponding MU reproducing ion beams (TZCH), irradiate the objects under study in the range of specified fluences of TZCh from the LET spectrum of the form , where dN / dE is the energy distribution of the TCD number, determine the sensitive volume ν S of the transistor heterostructure in which the critical charge Q C is formed , determine the maximum size of the chord s MAX (spatial diagonal) in the model of sensitive volume (PR) in the form of a parallelepiped (Rectangular Parallel Piped = RPF) from s 2 = a 2 + b 2 + c 2 , where a = b = L is the topological size of the HO element, c = t is the thickness of the heterostructure in the HO, determine the threshold value LET TH on the dependence for a full solid angle, the failure rate is determined using the ratio
Кроме того, для конверсии результатов экспериментальной оценки чувствительности к эффектам SEU цифровой аппаратуры при испытаниях на установках ИЯР и ЭФУ, моделирующих воздействие ТЗЧ по эффекту идентичности критического заряда QC, определяют величину коэффициента относительной эффективности в единицах , где M - полупроводниковый материал в ЧО транзисторной структуры, а величину эквивалентной дозы гамма-излучения DRS(γ-кв.RS-экв.-(M)) определяют из соотношенияIn addition, to convert the results of an experimental assessment of the sensitivity to SEU effects of digital equipment when tested at INR and EFU installations simulating the effect of a TCD based on the critical charge identity effect Q C , the value of the coefficient of relative efficiency is determined in units , where M is the semiconductor material in the BH transistor structure, and the equivalent dose of gamma radiation D RS (γ-square RS-equiv .- (M)) is determined from the relation
Кроме того, для реализации эксперимента на импульсном ядерном реакторе (ИЯР) или электрофизической установке (ЭФУ), генерирующих импульсное гамма-рентгеновское излучение, при известной длительности импульса гамма-рентгеновских квантов источника эталонного ИИ τP, для цифровой аппаратуры определяют мощность дозы ИИ из отношения эквивалентной поглощенной дозы к длительности этого импульсаIn addition, to implement an experiment on a pulsed nuclear reactor (INR) or an electrophysical installation (EFU) generating pulsed gamma-ray radiation, for a known pulse duration of gamma-ray quanta of the reference AI source τ P , the dose rate is determined for digital equipment AI from the ratio of the equivalent absorbed dose to the duration of this pulse
которую принимают равной УБР.which is taken equal to UBR.
Данная задача также решается по варианту 2, в котором декорпусированный кристалл (чип) гетероэпитаксиальной структуры полупроводникового прибора (ППП) или ИМС облучают импульсным лазерным источником, определяют критическую пороговую энергию сбоев, для определения величины УБР ППП или ИМС при эквивалентном по величине критического заряда QC воздействии импульсного ИИ с энергией квантов ~1 МэВ-экв.(М), оценку порогового значения производят при воздействии импульсного лазерного излучения (ИЛИ), затем с использованием соответствующих значений коэффициентов относительной эффективности между эффективной дозой DRS гамма-рентгеновского излучения со спектром RS и ТЗЧ (ионов), между энергией сбоев от лазерного импульса и эффективной дозой DRS гамма-рентгеновского излучения, определяют величину эквивалентного критического заряда QC, величину интенсивности сбоев R, величину эффективной дозы DRS и по известной длительности импульса ИИ τP определяют УБР.This problem is also solved according to
Кроме того, для получения адекватных с воздействием ТЗЧ условий, при использовании имитационных методов (ИМ) с помощью ИЛИ гетероструктуру чипа ППП или ИМС облучают пикосекундным импульсом лазерного источника с длительностью не более 350 пс и длиной волны в диапазоне 800-1500 нм.In addition, to obtain adequate conditions with the use of TZZ conditions, when using simulation methods (IM) using OR, the heterostructure of the IFR or IC chip is irradiated with a picosecond laser source pulse with a duration of not more than 350 ps and a wavelength in the range of 800-1500 nm.
Кроме того, для получения эквивалентной величины критического заряда QC, который вызывает в критическом объеме νS возникновение сторонних токов, вызывающих эффекты SEU и SET, для реализации фотоионизации ЧО транзисторных структур, используют значение , устанавливающего связь между результатом облучения объекта с использованием ТЗЧ и ИЛИ, и , устанавливающего связь между результатом облучения объекта с использованием импульсного ионизирующего излучения (ИИИ) и ТЗЧ, получают значение , с использованием которого, в свою очередь, определяют величину эффективной поглощенной дозы гамма-рентгеновского излучения DRS(γ - кв.RS-экв.-(М)) эталонного источника Co60 для материала (М) (например, в качестве M=Si, SiO2) и при известной длительности импульса гамма-квантов источника эталонного ИИ τP УБР цифровой аппаратуры определяют из отношения эквивалентной поглощенной дозы к длительности этого импульсаIn addition, to obtain the equivalent value of the critical charge Q C , which causes the emergence of external currents in the critical volume ν S , which cause SEU and SET effects, to realize photoionization of the frequency response of transistor structures, use the value that establishes a relationship between the result of irradiating an object using a PLC and OR, and , which establishes the relationship between the result of irradiation of an object using pulsed ionizing radiation (III) and TZCh, get the value , which, in turn, is used to determine the effective absorbed dose of gamma-ray radiation D RS (γ - sq. RS-eq. (M)) of the reference source Co 60 for material (M) (for example, as M = Si, SiO 2 ) and for a known pulse duration of gamma rays of the source of the reference AI τ P UBR digital equipment is determined from the ratio of the equivalent absorbed dose to the duration of this pulse
Кроме того, для фиксации эффективности ИМ, при использовании ИМ с помощью импульсного лазерного источника фиксируют критическую пороговую энергию сбоев в единицах [pJ].In addition, to fix the efficiency of the MI, when using the MI using a pulsed laser source, the critical threshold energy is recorded failures in units [pJ].
Кроме того, для конверсии результатов ИМ, значение величины определяют с использованием соотношенияIn addition, for the conversion of MI results, the value of determined using the ratio
Кроме того, для фиксации эффективности ИМ, величину для длины волны лазерного излучения λLASER=800-1500 nm принимают равнойIn addition, to fix the effectiveness of the MI, the value for the wavelength of laser radiation λ LASER = 800-1500 nm is taken equal
Кроме того, для преобразования результатов ИМ в эвивалентное воздействие ТЗЧ, величину эквивалентного значения определяют изIn addition, to convert the results of myocardial infarction into the equivalent effect of TZCh, the value of the equivalent value determined from
Кроме того, для определения УБР при ИМ, в единицах, эквивалентных воздействию источников импульсного ИИ, с использованиемIn addition, to determine the UBR for MI, in units equivalent to the effects of pulsed AI sources, using
определяют величину эквивалентной полной поглощенной дозы гамма-квантов DRS(γ-кв.RS-экв.-(M)) и при известной длительности импульса гамма-квантов источника эталонного ионизирующего излучения τP УБР цифровой аппаратуры определяют (11) Pγ[rad(Si)·c-1].determine the equivalent total absorbed dose of gamma rays D RS (γ-square RS-equiv. (M)) and for a known pulse duration of gamma rays of the reference ionizing radiation source τ P UBR digital equipment determine (11) P γ [rad (Si) · s -1 ].
Кроме того, для использования инженерных методов оценки интенсивности сбоев от эффектов ТЗЧ, преобразуют в .In addition, to use engineering methods for assessing the intensity of failures from the effects of TZZ, transform at .
Данная задача решается также по варианту 3 тем, что определяют уровень бессбойной работы (УБР) по результатам использования динамических электрических параметров спецификации на элементы ЭКБ, для получения эквивалентной величины критического заряда , который вызывает в ЧО νS возникновение сторонних токов, генерирующих эффекты SEU и SET в цифровых электронных схемах, в способе оценки стойкости цифровой аппаратуры к воздействию ИИ используют данные о значении динамических электрических параметров спецификаций на элементы ЭКБ.This problem is also solved according to
Кроме того, для определения эквивалентного значения по величине эквивалентного критического заряда , в качестве динамического параметра используют времена переключения из одного логического состояния в другое и соответствующее значение напряжения питания ИМС.In addition, to determine the equivalent value by value of equivalent critical charge , as a dynamic parameter, the switching times from one logical state to another are used and the corresponding value of the supply voltage of the IC.
Кроме того, для определения эквивалентного значения по величине эквивалентного критического заряда , соответствующего воздействию «ионного коктейля», в качестве динамического параметра используют так же уровни выходных напряжений логических состояний V0L и V0H и соответствующее значение емкости на выходе контролируемого сигнала.In addition, to determine the equivalent value by value of equivalent critical charge corresponding to the effect of the “ion cocktail”, the levels of the output voltages of logical states V 0L and V 0H and the corresponding value of the capacitance at the output of the controlled signal are also used as a dynamic parameter.
Кроме того, для определения эквивалентного значения по величине эквивалентного критического заряда , соответствующего воздействию «ионного коктейля», в качестве динамического параметра используют прямые данные о заряде переключения QПЕР между этими логическими состояниями.In addition, to determine the equivalent value by value of equivalent critical charge corresponding to the effect of the “ion cocktail”, direct data on the charge switching Q PER between these logical states are used as a dynamic parameter.
Кроме того, для определения эквивалентного значения по величине эквивалентного критического заряда , соответствующего воздействию «ионного коктейля», используют соотношениеIn addition, to determine the equivalent value by value of equivalent critical charge corresponding to the effects of "ion cocktail", use the ratio
или , и затем определяют эквивалентное значение .or , and then determine the equivalent value .
Кроме того, для конверсии величин динамических параметров переключений в эффективное значение УБР от воздействия ИИ со спектром RS, с использованием соответствующих значений коэффициентов относительной эффективности между эквивалентной дозой DRS гамма-рентгеновского излучения со спектром RS и , соответствующей генерации эквивалентного заряда от параметров динамических переключений логических состояний определяют величину эквивалентной дозы DRS и по известной длительности τP импульса ИИ эквивалентного источника определяют УБР.In addition, for the conversion of the values of the dynamic switching parameters into the effective value of the UBR from the action of AI with the RS spectrum, using the corresponding values of the relative efficiency coefficients between the equivalent dose D RS of gamma-ray radiation with an RS spectrum and corresponding to the generation of the equivalent charge from the parameters of dynamic switching of logical states, the equivalent dose value D RS is determined and the UBR is determined from the known pulse duration AI P of the equivalent source pulse.
Данная задача решается также по варианту 4 тем, что для определения уровня бессбойной работы (УБР) БИС/СБИС при воздействии эквивалентного импульсного источника ионизирующего излучения с энергией квантов 1,25 МэВ-экв.(М), производят выборочно оценку порогового значения линейной передачи энергии (LETTH) либо из прямых измерений зависимости поперечного сечения сбоев от величины LET, либо при воздействии импульсного лазерного излучения, либо из данных о значении таких электрических параметров спецификации на элементы ЭКБ, как времена переключения из одного логического состояния в другое , или уровни выходных напряжений логических состояний VOL и V0H, либо из данных о заряде переключения QПЕР. между этими состояниями, затем с использованием соответствующих значений коэффициентов относительной эффективности между эквивалентной дозой гамма-рентгеновского излучения DRS и , между энергией сбоев от лазерного импульса и , между эффективной дозой гамма-рентгеновского излучения DRS и , между энергией сбоев от лазерного импульса и эффективной дозой гамма-рентгеновского излучения DRS, определяют величину эквивалентной дозы DRS и по известной величине длительности импульса ИИ τP определяют УБР.This problem is also solved according to
Заявляемые изобретения связаны единым изобретательским замыслом и представляют собой способ оценки стойкости цифровой электронной аппаратуры к воздействию ИИ, в частности, величин УБР и TID.The claimed inventions are connected by a single inventive concept and are a way of assessing the resistance of digital electronic equipment to the effects of AI, in particular, UBR and TID values.
Изобретение проиллюстрировано следующими рисунками:The invention is illustrated by the following figures:
Фиг. 1. Поперечное сечение p-n-перехода, сформированного на кремниевой подложке. Эффект прохождения иона через переход «сток-тело» в транзисторе n-МОПFIG. 1. Cross section of a pn junction formed on a silicon substrate. The effect of the passage of the ion through the transition "drain-body" in the transistor n-MOS
Фиг. 2. График логарифмической зависимости длительности переходного импульса, необходимого для распространения SET без затухания через бесконечно протяженную цепочку инвертеров как функция топологического размера [17].FIG. 2. A graph of the logarithmic dependence of the duration of the transition pulse required for propagation of SET without attenuation through an infinitely long chain of inverters as a function of topological size [17].
Фиг. 3. Блок-схема компоновки последовательной логики [17].FIG. 3. The block diagram of the layout of sequential logic [17].
Фиг. 4. Два процесса сбоя (опрокидывания). (A) прямое попадание в элемент памяти или последовательной логики и (B) при попадании в комбинированную логику создается SET, который попадает при распространении в элемент памяти или последовательной логики.FIG. 4. Two processes of failure (capsizing). (A) a direct hit in an element of memory or sequential logic; and (B) when it enters a combined logic, a SET is created that gets into the element of memory or sequential logic.
Combinational Logick Network - устройство комбинаторной логикиCombinational Logick Network - combinational logic device
PRE - триггер с фиксацией состоянияPRE - stateful trigger
SET - переходный процесс от воздействия единичной частицыSET - transient from a single particle
SEU - эффект переключения (изменения логического состояния) под действием единичной частицыSEU - the effect of switching (changing a logical state) under the action of a single particle
Фиг. 5. Временная диаграмма, иллюстрирующая соотношение во времени для случая, когда истинные данные игнорируются, а позитивные SET ошибочно поступают на вход второго триггера (46).FIG. 5. Timing diagram illustrating the relationship in time for the case when the true data is ignored and the positive SETs erroneously arrive at the input of the second trigger (46).
Фиг. 6. Временная диаграмма, иллюстрирующая ситуацию, когда SET на диаграмме синхросигнала может привести к ошибке запоминания.FIG. 6. Timing diagram illustrating the situation when SET in the clock diagram can lead to a memory error.
Фиг. 7. Зависимость интенсивности сбоев в устройствах последовательной логики (Flip-Flop [17]) и комбинационной логики (тестовые чипы DICE [18]) и их взаимное соответствие.FIG. 7. Dependence of the failure rate in serial logic devices (Flip-Flop [17]) and combinational logic (DICE test chips [18]) and their mutual correspondence.
Фиг. 8. Сравнение данных по воздействию ТЗЧ на две тестовые схемы. Черная линия соответствует поперечному сечению в насыщении для чипа D-триггеров. Более светлая - это линейная аппроксимация данных для DICE. Точка для 1 МГц для D-триггеров совпала точно, хотя чип находился в рабочем состоянии.FIG. 8. Comparison of data on the effects of TZZh on two test schemes. The black line corresponds to the saturation cross section for the D-flip chip. Lighter is a linear data approximation for DICE. The point for 1 MHz for D-flip-flops matched exactly, although the chip was in working condition.
Фиг. 9. Три варианта оценки УБР цифровых ИМСFIG. 9. Three options for evaluating UBR digital IC
Фиг. 10. Исходная структура чувствительного объема транзистора МОП для расчета LET.FIG. 10. The initial structure of the sensitive volume of the MOS transistor for calculating LET.
Фиг. 11. Схематическое представление процедуры оценки интенсивности сбоев и параметрической вероятности сохранения работоспособности электронных устройств КА /6/.FIG. 11. Schematic representation of the procedure for assessing the intensity of failures and the parametric probability of maintaining the health of electronic devices KA / 6 /.
Фиг. 12. Типичная зависимость поперечного сечения SEE от LET для различных ТЗЧ. По оси Y: Поперечное сечение SEE (см2); по оси X: LET (МэВ·см2/мг).FIG. 12. Typical SEE cross-sectional dependence on LET for various PLCs. Y axis: Cross section of SEE (cm 2 ); X-axis: LET (MeV · cm 2 / mg).
Фиг. 13. Типичный спектр ТЗЧ. По оси Y: флюенс частиц [частиц/м2- стеррад·с], по оси X: .FIG. 13. Typical TZCh range. On the Y axis: the fluence of particles [particles / m 2 - sterrad · s], on the X axis: .
Фиг. 14. Поперечное сечение исследовавшихся структур КМОП/КНС. Фиг. 15. Линеаризированная функция распределения Вейбулла в виде зависимости от Y=fln(LET-LETγ)FIG. 14. Cross section of the studied CMOS / SSC structures. FIG. 15. The linearized Weibull distribution function as a function of Y = fln (LET-LET γ )
Фиг. 16. Зависимость сечения насыщения сбоев от линейных потерь энергии.FIG. 16. Dependence of the saturation cross section of failures on linear energy losses.
В соответствии с заявленным должны быть описаны отличительные признаки (specific to structural features) и/или методологические шаги (способ реализации), это следует понимать так, что изобретение, определяемое в дополнительных звеньях (claims = претензии), не является ограниченным отличительными признаками или способом реализации. Напротив, отличительные признаки и способ реализации являются открытыми как предпочтительная форма использования заявляемых звеньев.In accordance with the claimed, specific to structural features and / or methodological steps (implementation method) should be described, it should be understood that the invention defined in additional links (claims = claims) is not limited to distinctive features or method implementation. On the contrary, the hallmarks and method of implementation are open as the preferred form of use of the claimed links.
Предлагаемый способ реализуется по общему алгоритму определения УБР с использованием трех основных вариантов и одного обобщенного (Фиг. 9) в зависимости от объема имеющейся информации:The proposed method is implemented according to the general algorithm for determining UBR using three main options and one generalized (Fig. 9) depending on the amount of information available:
Способ по варианту 1 реализуют следующим образом.The method according to
Поставленная задача (вариант 1) решается тем, что для определения уровня бессбойной работы (УБР) блока или всего устройства радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), в целом, содержащей в своем составе цифровые интегральные микросхемы (ИМС), по результатам экспериментальных исследований на моделирующих установках (МУ), в известном способе оценки стойкости цифровой электронной аппаратуры к воздействию ИИ путем использования экспериментально полученных данных при моделировании РИЗ в БИС/СБИС технологии КМОП/КНД по генерации сторонних токов от импульсных источников ионизирующего излучения (ИИИ). В качестве ИИИ используют сопутствующее гамма-излучение импульсного ядерного ректора (ИЯР) или гамма-рентгеновское излучение электрофизических установок (ЭФУ) (линейных импульсных ускорителей и/или рентгеновских установок) и воздействие ТЗЧ ускорителей заряженных частиц. Затем с использованием соответствующих значений коэффициентов относительной эффективности между эквивалентной дозой DRS гамма-рентгеновского излучения со спектром RS (Radiation Stress) и ионов (ТЗЧ), определяют величину эквивалентной дозы DRS (9) и по известной длительности импульса ИИ τP определяют УБР (10).The task (option 1) is solved by the fact that to determine the level of trouble-free operation (UBR) of the unit or the entire device of electronic equipment (CEA), in general, containing digital integrated circuits (ICs), according to the results of experimental studies on modeling plants ( MU), in the known method for assessing the resistance of digital electronic equipment to the effects of AI by using experimentally obtained data when modeling RIZ in LSI / VLSI CMOS / KND technology for generating external currents from them pulse sources of ionizing radiation (III). As the III use the accompanying gamma radiation of a pulsed nuclear reactor (INR) or gamma-ray radiation of electrophysical installations (EFs) (linear pulse accelerators and / or X-ray installations) and the impact of the TZZ charged particle accelerators. Then, using the corresponding values of the coefficients of relative efficiency between the equivalent dose D RS of gamma-ray radiation with spectrum RS (Radiation Stress) and ions (TZZ), determine the value of the equivalent dose D RS (9) and from the known pulse duration of the AI τ P determine the UBR (10).
Для определения поперечного сечения сбоев цифрового устройства, анализируют структурную схему радиоэлектронного устройства, определяют величины отдельных парциальных поперечных сечений сбоев (5) и для каждого цифрового элемента схемы последовательной и комбинационной логики, суммарное поперечное сечение (6) σΣ для однотипных элементов последовательной и комбинационной логики, усредненное поперечное сечение σD для элементов последовательной и комбинационной логики, полное сечение (7) σTOT для всего цифрового устройства.To determine the cross-section of failures of a digital device, analyze the structural diagram of the electronic device, determine the values of individual partial cross-sections of failures (5) and for each digital element of the serial and combinational logic circuit, the total cross section (6) σ Σ for the same elements of serial and combinational logic, the averaged cross section σ D for elements of sequential and combinational logic, the total cross section (7) σ TOT for the entire digital device.
Для сокращения числа испытаний, величину полного поперечного сечения сбоев вводят с учетом числа цифровых бистабильных триггеров DFF.To reduce the number of tests, the total cross-sectional area of failures is introduced taking into account the number of digital bistable DFF triggers.
Для сокращения числа испытаний на установках, моделирующих воздействие ТЗЧ, для определения единичного сечения сбоев σе для однотипных элементов схемы, для большинства практических случаев интенсивность сбоев определяют с использованием аппроксимирующего выражения для поперечного сечения насыщения σSAT=ab, (a, b>с) и критического порогового значения линейной передачи энергии (массовых потерь) , в , где c - толщина полупроводниковой пластины, а и b - размеры чипа структуры, в мкм, a QC - величина критического радиационно-индуцированного (РИЗ), вызывающего сбои в работе логических устройств.In order to reduce the number of tests at facilities simulating the impact of a TZZ, to determine the unit failure cross section σ e for the same circuit elements, for most practical cases the failure rate is determined using the approximating expression for the saturation cross section σ SAT = a b, ( a , b> с ) and the critical threshold value of linear energy transfer (mass loss) , at , where c is the thickness of the semiconductor wafer, and a and b are the dimensions of the structure chip, in microns, a Q C is the critical radiation-induced (RI) value that causes malfunctions in the operation of logic devices.
Для учета частотной зависимости эффектов SEU в комбинационной логике, величину парциального сечения сбоев однотипных элементов комбинационной логики вводят с учетом тактовой частоты (частоты синхронизации).To take into account the frequency dependence of SEU effects in combinational logic, the value of the partial cross section of failures the same elements of combinational logic are introduced taking into account the clock frequency (synchronization frequency).
Для учета частотной зависимости эффектов SEU в элементах комбинационной и последовательной логики, для учета зависимости поперечного сечения сбоев для однотипных элементов комбинационной логики от частоты синхронизации на аппроксимирующей зависимости поперечного сечения сбоев для однотипных элементов комбинационной логики определяют по заданной частоте синхроимпульсов и , в , величину сечения сбоев для однотипных элементов последовательной логики определяют с использованием соотношения (5).To take into account the frequency dependence of SEU effects in the elements of combinational and sequential logic, to take into account the dependence of the fault cross section for the same elements of combinational logic on the synchronization frequency, on the approximating dependence of the fault cross section for the same elements of combinational logic determined by a given frequency of the clock pulses and , at , the magnitude of the cross section of failures for the same type of elements of sequential logic is determined using relation (5).
Для унификации результатов оценки чувствительности к эффектам SEU элементов комбинационной и последовательной логики, для определения суммарного поперечного сечения сбоев для элементов последовательной и комбинационной логик поперечное сечение сбоев σSL для элементов последовательной логики определяют из , где - парциальное поперечное сечение ошибок i-го элемента, и поперечное сечение сбоев σCL для элементов комбинационной логики определяют , где - парциальное поперечное сечение ошибок j-го элемента, суммарное сечение ошибок схемы последовательной логики σΣ находят с использованием соотношения (6).To unify the results of evaluating sensitivity to SEU effects of elements of combinational and sequential logic, to determine the total cross-section of faults for elements of serial and combinational logic, the cross-section of faults σ SL for elements of sequential logic is determined from where - the partial cross-section of errors of the ith element, and the cross-section of failures σ CL for elements of combinational logic determine where - the partial cross section of errors of the jth element, the total error cross section of the serial logic circuit σ Σ is found using relation (6).
Полное сечение сбоев в схеме определяют с использованием соотношения (7).The full cross section of failures in the circuit is determined using relation (7).
Для получения результата оценки эквивалентной дозы для эталонного спектра нуклидного источника Со60, исходя из спектра линейной передачи энергии , чувствительного объема νS типовой транзисторной структуры отдельного цифрового элемента и максимального значения величины пространственной диагонали sMAX (хорды) чувствительного объема, определяют пороговое значение линейной передачи энергии LETTH и величину интенсивности сбоев , определяют КОЭ для порогового значения LETTH и полной поглощенной дозы TID эквивалентного источника гамма-квантов Co60 со средней энергией квантов RS=1,25 МэВ и определяют величину TID.To obtain the result of evaluating the equivalent dose for the reference spectrum of the nuclide source Co 60 , based on the spectrum of linear energy transfer , the sensitive volume ν S of the typical transistor structure of an individual digital element and the maximum value of the spatial diagonal s MAX (chords) of the sensitive volume, determine the threshold value of the linear energy transfer LET TH and the magnitude of the failure rate determine COE for the threshold value LET TH and the total absorbed dose TID of the equivalent source of gamma rays Co 60 with an average quantum energy RS = 1.25 MeV and determine the value of TID.
Для оценки интенсивности сбоев от эффектов SEU, для получения экспериментальной зависимости поперечного сечения сбоев блоков РЭА или ИМС от LET вида , на соответствующей МУ, воспроизводящей пучки ионов (ТЗЧ), выполняют облучение объектов исследования в диапазоне заданных флюенсов ТЗЧ из спектра LET вида , где dN/dE - распределение числа ТЗЧ по энергиям. Затем определяют чувствительный объем (ЧО) νS транзисторной гетероструктуры, в котором формируется критический заряд QC, определяют максимальный размер хорды sMAX (пространственной диагонали) в модели ЧО в виде параллелепипеда (Rectangular Parallel Piped = RPP) из s2=а 2+b2+с2, где a=b=L - топологический размер ЧО элемента, с=t - толщина гетероструктуры в ЧО, определяют пороговое значение LETTH на зависимости для полного телесного угла. Интенсивность сбоев определяют с использованием соотношения (8).To assess the intensity of failures from the effects of SEU, to obtain the experimental dependence of the cross-section of failures of REA or IC units on LET of the form , on the corresponding MU reproducing ion beams (TZCH), irradiate the objects under study in the range of specified fluences of TZCh from the LET spectrum of the form where dN / dE is the energy distribution of the number of TZZh. Then, the sensitive volume (HO) ν S of the transistor heterostructure in which the critical charge Q C is formed is determined, the maximum chord size s MAX (spatial diagonal) is determined in the HO model in the form of a parallelepiped (Rectangular Parallel Piped = RPP) from s 2 = а 2 + b 2 + c 2 , where a = b = L is the topological size of the HO element, c = t is the thickness of the heterostructure in the HO, determine the threshold value LET TH on the dependence for a full solid angle. The failure rate is determined using relation (8).
Для конверсии результатов экспериментальной оценки чувствительности к эффектам SEU цифровой аппаратуры при испытаниях на установках ИЯР и ЭФУ, моделирующих воздействие ТЗЧ по эффекту идентичности критического заряда QC, определяют величину коэффициента относительной эффективности в единицах , где M - полупроводниковый материал в ЧО транзисторной структуры. Величину эквивалентной дозы гамма-излучения DRS(γ-кв.RS-экв.-(М)) определяют из соотношения (9).To convert the results of an experimental evaluation of the sensitivity to SEU effects of digital equipment when tested at INR and EFU simulating the effects of an SQT by the effect of the identity of the critical charge Q C , determine the value of the coefficient of relative efficiency in units where M is a semiconductor material in a transistor structure. The value of the equivalent dose of gamma radiation D RS (γ-sq. RS-equiv .- (M)) is determined from relation (9).
Для реализации эксперимента на импульсном ядерном реакторе (ИЯР) или электрофизической установке (ЭФУ), генерирующих импульсное гамма-рентгеновское излучение, при известной длительности импульса гамма-рентгеновских квантов источника эталонного ИИ τP для цифровой аппаратуры определяют мощность дозы ИИ из отношения (10) эквивалентной поглощенной дозы к длительности этого импульса. Эту величину принимают равной УБР.To implement an experiment on a pulsed nuclear reactor (INR) or electrophysical installation (EPF), generating a pulse of gamma-ray radiation at a known pulse duration gamma-ray quanta reference source AI τ P dose rate determining apparatus for a digital AI from the ratio (10) of the equivalent absorbed dose to the duration of this pulse. This value is taken equal to UBR.
Данная задача также решается по варианту 2, в котором декорпусированный кристалл (чип) гетероэпитаксиальной структуры полупроводникового прибора (ППП) или ИМС облучают импульсным лазерным источником, определяют критическую пороговую энергию сбоев. Для определения величины УБР ППП или ИМС при эквивалентном по величине критического заряда QC воздействии импульсного ИИ с энергией квантов ~1 МэВ-экв.(М), оценку порогового значения производят при воздействии импульсного лазерного излучения (ИЛИ), затем с использованием соответствующих значений коэффициентов относительной эффективности между эффективной дозой DRS гамма-рентгеновского излучения со спектром RS и ТЗЧ (ионов), между энергией сбоев от лазерного импульса и эффективной дозой DRS гамма-рентгеновского излучения, определяют величину эквивалентного критического заряда QC, величину интенсивности сбоев R, величину эффективной дозы DRS и по известной длительности импульса ИИ τP определяют (10) УБР.This problem is also solved according to
Для получения адекватных с воздействием ТЗЧ условий, при использовании имитационных методов (ИМ) с помощью ИЛИ гетероструктуру чипа ППП или ИМС облучают пикосекундным импульсом лазерного источника с длительностью не более 350 пс и длиной волны в диапазоне 800-1500 нм.In order to obtain adequate conditions with the use of TZZ conditions, when using simulation methods (IM) using OR, the heterostructure of the IFR or IC chip is irradiated with a picosecond pulse of a laser source with a duration of not more than 350 ps and a wavelength in the range of 800-1500 nm.
Для получения эквивалентной величины критического заряда QC, который вызывает в ЧО объеме νS возникновение сторонних токов, вызывающих эффекты SEU и SET, для реализации фотоионизации ЧО транзисторных структур, используют значение , устанавливающего связь между результатом облучения объекта с использованием ТЗЧ и ИЛИ, и , устанавливающего связь между результатом облучения объекта с использованием импульсного ионизирующего излучения (ИИИ) и ТЗЧ, получают значение , с использованием которого, в свою очередь, определяют величину эффективной поглощенной дозы гамма-рентгеновского излучения DRS(γ-кв.RS-экв.-(M)) эталонного источника Co60 для материала (М) (например, в качестве M=Si, SiO2) и при известной длительности импульса гамма-квантов источника эталонного ИИ τP УБР цифровой аппаратуры определяют из отношения эквивалентной поглощенной дозы к длительности этого импульса (11).To obtain the equivalent value of the critical charge Q C , which causes the appearance of external currents in the PF volume ν S , causing SEU and SET effects, to realize photoionization of the PF transistor structures, use the value that establishes a relationship between the result of irradiating an object using a PLC and OR, and , which establishes the relationship between the result of irradiation of an object using pulsed ionizing radiation (III) and TZCh, get the value using which, in turn, the effective absorbed dose of gamma-ray radiation D RS (γ-sq. RS-equiv .- (M)) of the reference source Co 60 for the material (M) is determined (for example, as M = Si, SiO 2 ) and for a known pulse duration of gamma rays of the source of the reference AI τ P UBR digital equipment is determined from the ratio of the equivalent absorbed dose to the duration of this pulse (11).
Для фиксации эффективности ИМ, при использовании ИМ с помощью импульсного лазерного источника фиксируют критическую пороговую энергию сбоев в единицах [pJ].To fix the efficiency of the MI, when using the MI using a pulsed laser source, the critical threshold energy is fixed failures in units [pJ].
Для конверсии результатов ИМ, значение величины определяют с использованием соотношения (12).For the conversion of MI results, the value of determined using the relation (12).
Для фиксации эффективности ИМ, величину для длины волны лазерного излучения λLASER=800-1500 nm принимают равной (13).To fix the effectiveness of the MI, the value for the wavelength of laser radiation λ LASER = 800-1500 nm is taken equal to (13).
Для преобразования результатов ИМ в эквивалентное воздействие ТЗЧ, величину эквивалентного значения определяют из (14).To convert the results of myocardial infarction into the equivalent effect of the TZC, the equivalent determined from (14).
Для определения УБР при ИМ, в единицах, эквивалентных воздействию источников импульсного ИИ, с использованием (15) определяют величину эквивалентной полной поглощенной дозы гамма-квантов DRS(γ-кв.RS-экв.-(М))и при известной длительности импульса гамма-квантов источника эталонного ионизирующего излучения τP УБР цифровой аппаратуры определяют (11) Рγ[rad(Si)·с-1].To determine the UBR for MI, in units equivalent to the effects of pulsed AI sources, using (15), determine the value of the equivalent total absorbed dose of gamma rays D RS (γ-square RS-equiv. (M)) and for a known pulse duration gamma rays of the reference ionizing radiation source τ P UBR digital equipment determine (11) P γ [rad (Si) · s -1 ].
Для использования инженерных методов оценки интенсивности сбоев от эффектов ТЗЧ, преобразуют в .To use engineering methods for assessing the intensity of failures from the effects of TZZ, transform at .
Данная задача решается также по варианту 3 тем, что определяют уровень бессбойной работы (УБР) по результатам использования динамических электрических параметров спецификации на элементы ЭКБ. Для получения эквивалентной величины критического заряда , который вызывает в ЧО νS возникновение сторонних токов, генерирующих эффекты SEU и SET в цифровых электронных схемах, используют данные о значении динамических электрических параметров спецификаций на элементы ЭКБ.This problem is also solved by
Для определения эквивалентного значения по величине эквивалентного критического заряда , в качестве динамического параметра используют времена переключения из одного логического состояния в другое и соответствующее значение напряжения питания ИМС.To determine the equivalent value by value of equivalent critical charge , as a dynamic parameter, the switching times from one logical state to another are used and the corresponding value of the supply voltage of the IC.
Для определения эквивалентного значения по величине эквивалентного критического заряда , соответствующего воздействию «ионного коктейля», в качестве динамического параметра используют так же уровни выходных напряжений логических состояний V0L и V0H и соответствующее значение емкости на выходе контролируемого сигнала.To determine the equivalent value by value of equivalent critical charge corresponding to the effect of the “ion cocktail”, the levels of the output voltages of logical states V 0L and V 0H and the corresponding value of the capacitance at the output of the controlled signal are also used as a dynamic parameter.
Для определения эквивалентного значения по величине эквивалентного критического заряда , соответствующего воздействию «ионного коктейля», в качестве динамического параметра используют прямые данные о заряде переключения QПЕР между этими логическими состояниями.To determine the equivalent value by value of equivalent critical charge corresponding to the effect of the “ion cocktail”, direct data on the charge switching Q PER between these logical states are used as a dynamic parameter.
Для определения эквивалентного значения по величине эквивалентного критического заряда , соответствующего воздействию «ионного коктейля», используют соотношение (16) или . Затем определяют эквивалентное значение .To determine the equivalent value by value of equivalent critical charge corresponding to the effects of "ion cocktail", use the ratio (16) or . Then determine the equivalent value .
Для конверсии величин динамических параметров переключений в эффективное значение УБР от воздействия ИИ со спектром RS, с использованием соответствующих значений коэффициентов относительной эффективности между эквивалентной дозой DRS гамма-рентгеновского излучения со спектром RS и , соответствующей генерации эквивалентного заряда от параметров динамических переключений логических состояний, определяют величину эквивалентной дозы DRS и по известной длительности τP импульса ИИ эквивалентного источника определяют (10) УБР.To convert the values of the dynamic switching parameters into the effective value of the UBR from the effects of AI with the RS spectrum, using the corresponding values of the relative efficiency coefficients between the equivalent dose D RS of gamma-ray radiation with an RS spectrum and corresponding to the generation of the equivalent charge from the parameters of the dynamic switching of logical states, the equivalent dose value D RS is determined and the UBR is determined (10) by the known pulse duration AI P of the equivalent source pulse.
Данная задача решается также по варианту 4 тем, что в известном способе оценки стойкости цифровой электронной аппаратуры к воздействию ИИ путем использования экспериментально полученных данных при моделировании РИЗ в БИС/СБИС технологии КМОП/КНД от воздействия ТЗЧ КП, от воздействия ИЛИ пикосекундного диапазона, для определения уровня бессбойной работы (УБР) БИС/СБИС при воздействии эквивалентного импульсного источника ионизирующего излучения с энергией квантов 1,25 МэВ-экв. (М), производят выборочно оценку порогового значения линейной передачи энергии (LETTH) либо из прямых измерений зависимости поперечного сечения сбоев от величины LET по варианту 1, либо при воздействии импульсного лазерного излучения по варианту 2, либо из данных о значении динамических электрических параметров спецификации на (datasheet) элементы ЭКБ, или уровни выходных напряжений логических состояний VOL и V0H, либо из данных о заряде переключения QПЕР. между этими состояниями. Затем с использованием соответствующих значений КОЭ: между эквивалентной дозой гамма-рентгеновского излучения DRS и , между энергией сбоев от лазерного импульса и , между эффективной дозой гамма-рентгеновского излучения DRS и , между энергией сбоев от лазерного импульса и эффективной дозой гамма-рентгеновского излучения DRS, определяют величину эквивалентной дозы DRS. По известной величине длительности импульса ИИ τP определяют (10) УБР.This problem is also solved according to
Пример конкретной реализации.An example of a specific implementation.
1. Примеры по варианту 1. Определения УБР по результатам экспериментальных исследований зависимости поперечного сечения сбоев от величины линейной передачи энергии σ=f(LET) для ТЗЧ из заданного ионного «коктейля».1. Examples according to
А. Критический заряд.A. Critical charge.
Существующие тенденции (т.е. сокращение размеров приборов, потребляемой мощности, увеличение линейного разрешения, увеличение объема памяти и быстродействия) увеличивают чувствительность к эффектам SEU. Это легко можно понять, если представить прибор простым конденсатором (С), в который проникает ионизирующая частица, создающая заряд Q, в результате чего изменяется напряжение (т.е. логическое состояние). Эффект SEU наблюдается, если LET>Qcrit.Existing trends (i.e., reducing instrument size, power consumption, increasing linear resolution, increasing memory and speed) increase sensitivity to SEU effects. This can be easily understood if we imagine the device as a simple capacitor (C), into which an ionizing particle penetrates, creating a charge Q, as a result of which the voltage (i.e., the logical state) changes. The SEU effect is observed if LET> Q crit .
При уменьшении активной области такого прибора, ее емкость также уменьшается и тот же самый заряд способствует появлению эффектов SEU. Прибор по толщине в основном остается неизмененным, подвергаются изменениям только длина и ширина прибора. Если будем рассматривать перспективный прибор с чипом квадратной конфигурации L×L и толщиной чипа с, то критический заряд, достаточный для изменения логического состояния такого прибора, будет пропорционален квадрату размера L.With a decrease in the active region of such a device, its capacity also decreases and the same charge contributes to the appearance of SEU effects. The thickness of the device basically remains unchanged, only the length and width of the device undergo changes. If we consider a promising device with a chip of square configuration L × L and thickness of the chip s, then the critical charge sufficient to change the logical state of such a device will be proportional to the square of size L.
Robinson et al. [19] представили критический заряд для ИМС ряда технологий (включая NMOS, CMOS/объемный, CMOS/SOS, i2L, GaAs, ECL, CMOS/SOI VHSIC биполярный):Robinson et al. [19] presented a critical charge for the IC of a number of technologies (including NMOS, CMOS / surround, CMOS / SOS, i 2 L, GaAs, ECL, CMOS / SOI VHSIC bipolar):
Этот критический заряд приводит непосредственно к переключению из состояния логической «1» в состояние логического «О» или изменению логического состояния (контрверсии), но он меньше, чем полный радиационно-индуцированный заряд в ЧО. Существенно то, что Qcrit является разницей между накопленным зарядом в узле и минимальным зарядом, необходимым для усиления и последующей коррекции [20]. В схемах SRAM Qcrit зависит не только от величины собранного заряда, но и от скорости изменения импульса во времени.This critical charge leads directly to a switch from a logical “1” state to a logical “O” state or a change in a logical state (counterversion), but it is less than the total radiation-induced charge in the HO. It is significant that Q crit is the difference between the accumulated charge in the node and the minimum charge necessary for amplification and subsequent correction [20]. In SRAM circuits, Q crit depends not only on the magnitude of the collected charge, but also on the rate of change of the pulse in time.
Элементарная модель SEU может быть сформулирована с использованием представлений о LET с использованием той же толщины прибора в виде прямоугольного параллелепипеда (IRPP). Она основана на вычислении поглощенной энергии Edep, представлении траектории частицы, пролетающей через объем прибора в виде поперечной хорды.An elementary model of SEU can be formulated using the concept of LET using the same thickness of the device in the form of a rectangular parallelepiped (IRPP). It is based on the calculation of the absorbed energy E dep , representing the trajectory of a particle flying through the volume of the device in the form of a transverse chord.
Накопленный заряд зависит от энергии образования электронно-дырочной пары wehp The accumulated charge depends on the energy of formation of an electron-hole pair w ehp
где q=1,60022×10-19 Coulombs/e, а значения wehp для ряда элементов приведены в табл. 1.where q = 1,60022 × 10 -19 Coulombs / e, and the values of w ehp for a number of elements are given in table. one.
Используя эти данные, можно произвести в первом приближении расчет LET, минимально необходимой для создания SEU (алгоритм приведен ниже).Using this data, it is possible, as a first approximation, to calculate the LET that is minimally necessary to create an SEU (the algorithm is given below).
Ниже приведена процедура оценки величины LET для параллелепипеда с размерами а, b, c, где c - толщина прибора (Фиг. 10). Минимальное значение LET соответствует максимальному значению длины хорды smax, которая является диагональю параллелепипедаBelow is the procedure for estimating the LET value for a parallelepiped with dimensions a , b, c, where c is the thickness of the device (Fig. 10). The minimum value of LET corresponds to the maximum value of the chord length s max , which is the diagonal of the parallelepiped
Минимальное значение LET будет соответствовать случаю, для которого сбой может быть рассчитан из соотношения:The minimum value of LET will correspond to the case for which the failure can be calculated from the ratio:
Можно рассчитать минимальную длину smin, которую частица должна пройти с заданными LET для создания эффекта SEUIt is possible to calculate the minimum length s min that a particle must pass with given LETs to create the SEU effect
Частицы создают сбои под углом от θс-π/2: имеется два потенциальных случая (при LETC<LETTH)Particles create failures at an angle of θ with -π / 2: there are two potential cases (for LET C <LET TH )
1. Если LET>LETC, то под всеми углами падения реализуются сбои.1. If LET> LET C , then failures occur at all angles of incidence.
2. Если LET<LETC, то существует критический угол θC, при котором наблюдаются сбои. Интенсивность сбоев была определена как число ошибок в день на чип, [errors/day-chip] или число ошибок в день на бит [errors/bit-day]. Скорость ошибок радиационно-стойких схем составляет порядка 10-8 [errors/bit-day], а нерадиационно-стойких - на несколько порядков больше по величине.2. If LET <LET C , then there is a critical angle θ C at which failures are observed. The failure rate was defined as the number of errors per day per chip, [errors / day-chip] or the number of errors per day per bit [errors / bit-day]. The error rate of radiation-resistant circuits is about 10 -8 [errors / bit-day], and non-radiation-resistant ones are several orders of magnitude larger.
Можно выделить несколько основных этапов в расчете эффектов SEU [21], проиллюстрированных на Фиг. 11:Several basic steps can be distinguished in calculating the effects of SEU [21], illustrated in FIG. eleven:
(4) - Определение ЧО транзистора структуры МОП;(4) - Definition of the HO of the transistor of the MOS structure;
(5) - Определение зависимости относительного поперечного сечения эффектов SEE в в [отн. ед.] от LET для i-го элемента ЭКБ ( - сечение насыщения);(5) - Determination of the dependence of the relative cross section of the effects of SEE in in [rel. units] from LET for the i-th element of the ECB ( - saturation cross section);
(6) - Оценка математического ожидания µ и дисперсии D;(6) - Estimation of the mathematical expectation µ and variance D;
(7) - Построение физического закона поражения (ФЗП) для всей цифровой схемы.(7) - The construction of the physical law of defeat (FZP) for the entire digital circuit.
(1). Измерение поперечного сечения σ эффектов SEU/SEE в зависимости от LET для каждого из образцов на ускорителе заряженных частиц или источнике импульсного ИИ [15]. Поперечное сечение сбоев прибора (в смысле ИМС или транзисторной структуры) определяется как отношение числа сбоев к флюенсу частиц . Экспериментально зависимость поперечного сечения определяют как функции энергии частиц в виде LET (Фиг. 12).(one). The cross section σ of the SEU / SEE effects is measured as a function of LET for each of the samples at a charged particle accelerator or pulsed IR source [15]. The cross section of device failures (in the sense of IC or transistor structure) is defined as the ratio of the number of failures to particle fluence . Experimentally, the cross-sectional dependence is determined as a function of particle energy in the form of LET (Fig. 12).
(2) - Определение спектра линейных потерь энергии LET для ТЗЧ производят для заданного, исходя из реальных условий существования цифровой аппаратуры, спектра «ионного коктейля» (Фиг. 13).(2) - The determination of the linear energy loss spectrum of LET for TZZh is carried out for a given, based on the actual conditions of existence of digital equipment, spectrum of "ion cocktail" (Fig. 13).
(3) - Оценка интенсивности сбоев Rerr ИМС. На этом этапе интегрируют поперечное сечение и чувствительный объем прибора со спектром LET (соотношение (6)).(3) - Estimation of failure rate R err IC. At this stage, the cross section and the sensitive volume of the device are integrated with the LET spectrum (relation (6)).
(4) - Определение ЧО транзистора структуры МОП. ЧО меньше чем реальный физический объем прибора. ЧО определяют для SEE только для ТЗЧ ионов и протонов, так же, как для эффектов SEL («тиристорных эффектов»). Для гамма- и рентгеновского излучения эти понятия совпадают (ЧО, такая, например, как «островок» в n-канальном транзисторе МОП в p-кармане структуры КМОП/КНД, расширяется до геометрических размеров всего транзистора МОП). Геометрия чувствительного объема и критический заряд являются наиболее сложными параметрами для определения.(4) - Definition of the HO of the transistor of the MOS structure. CHO is less than the actual physical volume of the device. HO is determined for SEE only for TZh ions and protons, as well as for SEL effects ("thyristor effects"). For gamma and X-ray radiation, these concepts coincide (a PR, such as, for example, an “island” in an n-channel MOS transistor in the p-pocket of a CMOS / KND structure, expands to the geometric dimensions of the entire MOS transistor). The geometry of the sensitive volume and the critical charge are the most difficult parameters to determine.
(5) - Представление зависимость относительного поперечного сечения SEE в относительных единицах от LET для i-го элемента ЭКБ (определение - сечения насыщения и порогового значения LETTH, определение критического значения флюенса частиц ), аппроксимация зависимости трехпараметрическим распределением Вейбулла [22], оценка параметров распределения (γ-положения, η-масштаба, β-формы) для каждой i-й ИМС;(5) - Representation of the dependence of the relative cross section of SEE in relative units from LET for the i-th element of the ECB (definition - cross sections for saturation and threshold value LET TH , determination of the critical value of particle fluence ), approximation of the dependence by the three-parameter Weibull distribution [22], estimation of distribution parameters (γ-position, η-scale, β-form) for each i-th IC;
(6) - Оценка математического ожидания µi и дисперсии Di для каждой i-й ИМС, определение µ и D для всей схемы в целом с использованием [21].(6) - Estimation of the mathematical expectation µ i and variance D i for each i-th IC, determination of µ and D for the whole scheme as a whole using [21].
(7) - Построение физического закона поражения (ФЗП) для всей цифровой схемы [22].(7) - Construction of the physical law of defeat (FZP) for the entire digital circuit [22].
Ниже приведен пример расчета сравнительной величины LET для структур КМОП «объемной» кремниевой технологии (v) и технологии КМОП/КНС. Величина LET для v-технологии принята за 1.The following is an example of calculating the comparative LET for CMOS structures of “bulk” silicon technology (v) and CMOS / SPS technology. The LET value for v-technology is taken as 1.
Исходными данными являются:The source data are:
- равенство напряжения смещения;- equality of bias voltage;
- равенство емкости подзатворного узла;- equality of the capacity of the gate unit;
; ;
q - заряд электрона;q is the electron charge;
ρ - плотность полупроводникового материала;ρ is the density of the semiconductor material;
V - напряжение смещения;V is the bias voltage;
S2=2а 2+с2 - квадрат хорды; а=b - квадратная топология транзисторов МОП;S 2 = 2 a 2 + c 2 is the square of the chord; a = b is the square topology of the MOS transistors;
C - емкость подзатворного диэлектрика.C is the gate dielectric capacitance.
Соотношения для оценки интенсивности отказов SEU получены с использованием функции распределения поперечного сечения отказов прибора от длины хорды. После интегрирования потока и поперечного сечения в диапазоне энергий (LET) была получена формула для интенсивности отказов при 10% воздействии (9), где Rerr - интенсивность SEU в единицах ; σSAT - поперечное сечение насыщения SEU в (µm2), a LETcrit - критическое значение LET в единицах [рС/µm].Relations for estimating the failure rate of SEUs were obtained using the distribution function of the cross section of the device failures from the chord length. After integrating the flow and the cross section in the energy range (LET), a formula was obtained for the failure rate at 10% impact (9), where R err is the SEU intensity in units ; σ SAT is the saturation cross section of SEU in (µm 2 ), and LET crit is the critical value of LET in units of [pC / µm].
Для большинства практических случаев интенсивность отказов в приведенном выше соотношении может быть определена с использованием аппроксимирующего выражения для σSAT=ab, (a, b>с) иFor most practical cases, the failure rate in the above ratio can be determined using the approximating expression for σ SAT = a b, ( a , b> c) and
где c - толщина кремниевой пластины, а а и b - ее размеры в мкм. Приведенное соотношение применимо для многих приложений. Пример оценки Rerr приведен в табл. 2. Это соотношение допускает разброс в оценке качества (Figure of Merit = FOM) с величиной до 5 раз и поправочный коэффициент в 3,5 для приборов на GaAs.where c is the thickness of the silicon wafer, and a and b are its dimensions in microns. The above ratio is applicable for many applications. An example of an evaluation of R err is given in table. 2. This ratio allows a spread in quality assessment (Figure of Merit = FOM) with a value of up to 5 times and a correction factor of 3.5 for GaAs devices.
Основные параметры структур МОП в составе исследовавшихся БИС, которые были проанализированы, приведены на Фиг. 14 и в табл. ПА2 и табл. ПА3 из [16].The main parameters of the MOS structures in the composition of the investigated LSIs that were analyzed are shown in FIG. 14 and tab. PA2 and tab. PA3 from [16].
Соотношение (18) с учетом (20) и (21) можно представить в виде:Relation (18) taking into account (20) and (21) can be represented as:
илиor
Результаты оценки чувствительности структур МОП к эффектам SEU/SEE для КП сведены в табл. 2. Из данных табл. 2 следует, что транзисторы малой мощности подвержены эффектам SEE от ТЗЧ только под определенным углом падения ТЗЧ. С другой стороны воздействие ТЗЧ можно моделировать воздействием импульсного рентгеновского или гамма-излучения [16]. Необходимо только понимать, что в этом случае ионизации подвергается весь объем транзистора структуры МОП, в то время как при воздействии ТЗЧ в ЧО генерируется «нить» заряда, расположенная локально в пределах объема выделенного прямоугольника (Фиг. 13).The results of assessing the sensitivity of MOS structures to the effects of SEU / SEE for CP are summarized in table. 2. From the data table. 2 it follows that low-power transistors are subject to SEZ effects from the current transformer only at a certain angle of incidence of the current transformer. On the other hand, the effect of TZZ can be modeled by the effect of pulsed x-ray or gamma radiation [16]. It is only necessary to understand that in this case, the entire volume of the transistor of the MOS structure is subjected to ionization, while under the influence of an SLC in the HO, a “thread” of charge is generated located locally within the volume of the selected rectangle (Fig. 13).
Индексом «1)» в отмечены значения LETTH, которые свидетельствуют о чувствительности структур МДП данного класса мощности к SEE от ТЗЧ. Индексом «2)» отмечены структуры МОП, не требующие анализа на чувствительность к SEE. Это означает, что транзисторы малой мощности подвержены эффектам SEE от ТЗЧ только под определенным углом падения ТЗЧ. Индексом «3)» отмечена возможность тотальной ионизации транзисторных структур независимо от величины LETTH. Критерии оценки чувствительность приборов к действию факторов КП приняты из табл. 3 [16].The index “1)” in indicates the values of LET TH , which indicate the sensitivity of the TIR structures of this power class to SEE from TZCh. The “2)” index indicates MOS structures that do not require analysis of sensitivity to SEE. This means that low-power transistors are prone to SEZ effects from the current transformer only at a certain angle of incidence of the current transformer. Index “3)” indicates the possibility of total ionization of transistor structures, regardless of the value of LET TH . Criteria for assessing the sensitivity of devices to the action of KP factors are taken from table. 3 [16].
В табл. 2 в последнем столбце показана возможность тотальной ионизации транзисторных структур независимо от величины LETTH. Аппроксимируя зависимость на Фиг. 12 поперечного сечения чувствительности приборов к воздействию ионов от LET ступенчатой функцией, определим для случая LET<LETTH достаточный для образования сбоев флюенс частиц в пределах до 6×10-4 част./см2, или от 1 до 6×104 част./мкм2.In the table. 2 in the last column shows the possibility of total ionization of transistor structures regardless of the value of LET TH . Approximating the dependence in FIG. 12 of the cross-section of the sensitivity of the instruments to the effects of ions from LET by a step function, let us determine for the case LET <LET TH the fluence of particles sufficient for malfunctioning to within 6 × 10 -4 ppm / cm 2 , or from 1 to 6 × 10 4 p. / μm 2 .
Б. Результаты оценки стойкости аппаратуры КА к эффектам SEU/SEE и SEL по результатам экспериментальных исследований комплектующих ИМС на источнике ТЗЧ.B. Results of assessing the stability of spacecraft equipment to the effects of SEU / SEE and SEL according to the results of experimental studies of IC components at the source of TZCh.
Рассматривали гипотетический КА, в состав электронной аппаратуры которого включены все типы ИМС, которые были испытаны на ускорителе заряженных частиц. Обработка данных результатов измерения зависимости σ=f(LET) с использованием аппроксимации законом Вейбулла приведена в табл. 3 и 4 с учетом модели «критического заряда», рассмотренной выше.A hypothetical spacecraft was considered, the electronic equipment of which included all types of ICs that were tested on a charged particle accelerator. Data processing of the results of measuring the dependence σ = f (LET) using approximation by the Weibull law is given in Table. 3 and 4, taking into account the “critical charge” model discussed above.
Для всех типов ИМС, приведенных в таблице, сечение насыщения сбоев рассчитывалось по формулам (5)-(7), остальные параметры были получены исходя из квалификационных испытаний.For all types of ICs shown in the table, the saturation cross section for malfunctions was calculated using formulas (5) - (7), the remaining parameters were obtained on the basis of qualification tests.
Был использован алгоритм получения значений параметров для ИМС типа «D», в основе которого лежит линеаризация закона распределения Вейбулла. По экспериментальным данным зависимости σ=f(LET) была построена линеаризированная функция распределения Вейбулла в виде Y=f(ln(LET-LETγ)) (Фиг. 15) и зависимость сечения сбоев от линейных потерь энергии σ=f(LET) (Фиг. 16).An algorithm was used to obtain parameter values for an IC of type “D”, which is based on the linearization of the Weibull distribution law. Using the experimental data of the dependence σ = f (LET), a linearized Weibull distribution function was constructed in the form Y = f (ln (LET-LET γ )) (Fig. 15) and the dependence of the fault section on linear energy losses σ = f (LET) ( Fig. 16).
Из наклона прямой Y(Z)=AZ+B на Фиг. 15 определяют параметр формы β=А=arctgφ, где угол φ определяет степень наклона прямой к оси Z. Из Фиг. 15 параметр формы η=0.33. Если Y(Z)=В при Z=0, тогда значение постоянной В из графика линеаризированной функции Вейбулла составляет -13,81. Параметр масштаба равен η=9,9·105.From the slope of the straight line Y (Z) = AZ + B in FIG. 15 determine the shape parameter β = A = arctgφ, where the angle φ determines the degree of inclination of the line to the Z axis. From FIG. 15 shape parameter η = 0.33. If Y (Z) = B at Z = 0, then the value of the constant B from the graph of the linearized Weibull function is -13.81. The scale parameter is η = 9.9 · 10 5 .
Из графика зависимости сечения сбоев от LET определяют пороговое значение линейных потерь энергии на уровне σ=0,25σsat. При σ=4,75·10-8 cm2 значение LETTH=54 MeV·cm2/mg. Таким образом, определены все параметры ИМС типа «D». Теперь по (8) можно рассчитать интенсивность сбоев R=3,25·10-20 сбой/бит-день.The threshold value of linear energy losses at the level σ = 0.25σ sat is determined from the graph of the dependence of the failure cross section on LET. At σ = 4.75 · 10 -8 cm 2, the value of LET TH = 54 MeV · cm 2 / mg. Thus, all the parameters of the IC type "D" are defined. Now, according to (8), it is possible to calculate the failure rate R = 3.25 · 10 -20 failure / bit-day.
После определения всех параметров ИМС, составляющих электронную аппаратуру KA, и с учетом , для всего устройства можно записать:After determining all the parameters of the IC constituting the electronic equipment KA, and taking into account , for the whole device you can write:
В результате вычислений по (25) с учетом данных табл. 3 и табл. 4 . Величина принята максимальной из всех возможных значений для полученных в ходе экспериментов с 6-ю типами ИМС. Максимальные значения параметров масштаба 7, получены для ИМС «D», что свидетельствует о сдвиге максимума плотности распределения σ(LET) в область более высоких значений аргумента (более тяжелых ионов), и об уменьшении значения σsati для конкретной ИМС. Значения LETTH>120 МэВ/см2-мг свидетельствует об отсутствии необходимости проведения испытаний на устойчивость к воздействию эффектов SEE. Отсюда следует:As a result of calculations according to (25), taking into account the data in Table 3 and tab. four . Value accepted the maximum of all possible values for those obtained during experiments with 6 types of IC. The maximum values of the parameters of scale 7 were obtained for the “D” IC, which indicates a shift in the maximum distribution density σ (LET) to the region of higher argument values (heavier ions), and a decrease in σ sati for a specific IC. Values of LET TH > 120 MeV / cm 2 mg indicate that there is no need to test for resistance to the effects of SEE. This implies:
1) Величина критического флюенса частиц для гипотетической аппаратуры КА в этом случае составит1) The value of the critical particle fluence for the hypothetical apparatus of the spacecraft in this case will be
2) Расчеты математического ожидания для всей системы из2) Calculations of the mathematical expectation for the entire system from
с учетом (27)in view of (27)
где βZ - параметр формы для всей системы в целом, γZ - параметр положения для всей системы в целом, z - случайная величина (в том числе, уровень радиационной нагрузки), позволяют представить связь между значением lnlnΣ,where β Z is the shape parameter for the whole system as a whole, γ Z is the position parameter for the whole system as a whole, z is a random variable (including the radiation load level), they allow us to represent the relationship between the value lnlnΣ,
где , его математическим ожиданием , и дисперсией , в видеWhere his mathematical expectation , and dispersion , as
по аналогии с (29)by analogy with (29)
полученным разложением ln(Σ) в ряд Тейлора около среднего значения величины ln(xi), а именно, µi. Из данных табл. 4, следует, что верхняя оценка значения функции YV=118, а нижняя оценка - YU= -30. Как следует из данных табл. 5 в этом случае при значении YV величина аргумента X=ln(LET-LETγ)→∞, а при YU величина X→0.obtained by expanding ln (Σ) in a Taylor series near the average value of ln (x i ), namely, µ i . From the data table. 4, it follows that the upper bound for the value of the function Y V = 118, and the lower bound - Y U = -30. As follows from the data table. 5 in this case, for a value of Y V, the value of the argument X = ln (LET-LET γ ) → ∞, and for Y U, the
Это значит, что при YV величина LET→∞, а при YU величина LET→0, что означает, что LET=LETγ, т.е. параметру положения. Отсюда следует, что максимальный флюенс частиц, приводящий к эффектам типа SEE от действия ТЗЧ для значения YU равен величине FUV=1/ехр(3,5)=3,6×10-2 см-2, а то же значение для FUU=1/ехр(16)=5,3×10-4 (см. табл. 3 и табл. 4).This means that for Y V the quantity LET → ∞, and for Y U the quantity LET → 0, which means that LET = LET γ , i.e. position parameter. It follows that the maximum particle fluence leading to SEE effects from the action of the TLC for the value of Y U is equal to F UV = 1 / exp (3.5) = 3.6 × 10 -2 cm -2 , and the same value for F UU = 1 / exp (16) = 5.3 × 10 -4 (see table 3 and table 4).
Тогда нижняя допустимая граница флюенса частиц заключена в интервалеThen the lower acceptable limit of particle fluence is in the range
Отношение µY/σ=0,5774. В соответствии сThe ratio µ Y / σ = 0.5774. In accordance with
получим вероятность сохранения работоспособности P для каждого значения режима повреждения с помощью соотношения (28), где Ф(х) является обобщенной стандартной функцией нормального распределения (квантилью)we obtain the probability of maintaining operability P for each value of the damage mode using the relation (28), where Ф (х) is the generalized standard normal distribution function (quantile)
которая табулирована, например, в [23]. Таким образом, P относят к нормальному распределению, что вытекает из того, что ln(xi) является нормальным распределением, а представление lnln(Σ) в виде суммы нормально распределенных случайных переменных делает lnln(Σ) также нормально распределенным. Вероятность сохранения работоспособности КА с такими ЭРИ из (29) равна квантили нормального распределенияwhich is tabulated, for example, in [23]. Thus, P is assigned to the normal distribution, which follows from the fact that ln (x i ) is a normal distribution, and the representation of lnln (Σ) as a sum of normally distributed random variables makes lnln (Σ) also normally distributed. The probability of maintaining the operability of a spacecraft with such ERI from (29) is equal to the quantile of the normal distribution
Таким образом, всю процедуру оценки интенсивности сбоев и параметрической вероятности сохранения работоспособности электронных устройств КА, описанную выше, можно представить в виде следующей блок-схемы (Фиг. 11).Thus, the entire procedure for assessing the intensity of failures and the parametric probability of maintaining the health of electronic devices of the spacecraft described above can be represented in the form of the following flowchart (Fig. 11).
В. Оценка эквивалентной поглощенной дозы DR источника ИИИ и УБР для моделирования эффектов SEU/SEE.B. Assessment of the equivalent absorbed dose D R of the source of III and UBR to simulate the effects of SEU / SEE.
Ниже анализируется чувствительность БИС технологии КМОП/КНД к возможности появления SEE с использованием предложенной выше процедуры.Below, we analyze the sensitivity of the CMOS / KND LIS technology to the possibility of SEE using the procedure proposed above.
Для этого используют два способа. Первый из них (В. 1) предусматривает использование зависимости поперечного сечения сбоев для всей аппаратуры на Фиг. 16. Второй способ (В. 2) предусматривает использование расчетных соотношений для определения порогового значения LETTH (Фиг. 9)Two methods are used for this. The first of them (B. 1) provides for the use of the cross-section of the faults for the entire apparatus in FIG. 16. The second method (B. 2) involves the use of design ratios to determine the threshold value LET TH (Fig. 9)
При расчете по способу (В. 1) используют алгоритм, показанный на Фиг. 9, реализованный в Приложении «А». Результаты оценок содержатся в табл. ПА.3 Приложения «А».When calculating by the method (B. 1), the algorithm shown in FIG. 9, implemented in Appendix “A”. The evaluation results are contained in table. PA.3 Annex "A".
При расчете по способу (В. 2) используя значения LETTH из табл. 2 и подставляя их значения в (5) для smax=28,4 мкм и соответствующих значений RDEF из табл. ПА.2 Приложения «А», получают с учетом критериев табл. 3 [16] значения эквивалентных доз DR(γ-кв.1МэВ-экв.-(Si)), которые сведены в табл. ПБ.1 Приложения «Б».When calculating by the method (B. 2) using the values of LET TH from table. 2 and substituting their values in (5) for s max = 28.4 μm and the corresponding RDEF values from table. PA.2 of Appendix “A” is obtained taking into account the criteria of the table. 3 [16] the values of the equivalent doses of D R (γ-sq. 1 MeV-eq .- (Si)), which are summarized in table. PB.1 of Appendix "B".
Величина , где - длительность импульса МУ, PR - предельная мощность дозы для квантов с энергией ~1 МэВ, обеспечивающая эквивалентную ионизацию ЧО для плотности потока Fcrit=1,9·106 част. см-2 (или УБР).Value where - the duration of the MI pulse, P R is the limiting dose rate for quanta with an energy of ~ 1 MeV, providing equivalent ionization of the HO for the flux density F crit = 1.9 · 10 6 part. cm -2 (or UBR).
С целью повышения достоверности определения интегральной величины констант [16] ее значение рассчитывают из соотношения (ПА. 10), которое в дальнейшем используют для определения величин и эквивалентной дозы DR(γ-кв.RS-экв.-(М)) моделирующего SEE в БИС технологии КМОП/КНД аналогичной технологии и конструктива источника гамма-рентгеновского излучения. Так при подстановке в (ПА.10) данных, соответствующих структурам («L»↓↑) и («М»↓↑): KΣ и из табл. ПА. 11 Приложения «A»; a=L, b=B, smax из табл. 2, c=tПС=3,5·10-5 см; w=3,6·10-6 МэВ; ; LETTH из (22), получают расчетные значения DR или PR для аналогичных структур МДП по конструкции и электрическим режимам эксплуатации. При smax=28,8 мкм, L=17,5 мкм, B=3 мкм величина , а величина для структур («L»↓↑) и для структур («M»↓↑).In order to increase the reliability of determining the integral value of constants [16] its value is calculated from the ratio (PA. 10), which is then used to determine the values and the equivalent dose D R (γ-sq. RS-eq .- (M)) of the SEE simulating in LIS CMOS / LPC technology of a similar technology and the design of a gamma-ray source. So when substituting in (PA.10) the data corresponding to the structures (“L” ↓ ↑) and (“M” ↓ ↑): K Σ and from table PA 11 Annex "A"; a = L, b = B, s max from the table. 2, c = t PS = 3.5 · 10 -5 cm; w = 3.6 · 10 -6 MeV; ; LET TH from (22), the calculated values of D R or P R for similar TIR structures according to their design and electrical operating conditions are obtained. With s max = 28.8 μm, L = 17.5 μm, B = 3 μm, the value , and the value for structures (“L” ↓ ↑) and for structures (“M” ↓ ↑).
Пример реализации по Варианту 2 определения величины УБР при использовании ИМ с помощью импульсного лазерного излученияAn example of implementation according to
Для определения величины УБР при использовании ИМ с помощью импульсного лазерного излучения гетероструктуру чипа ППП или ИМС облучают пикосекундным импульсом лазерного источника с длительностью не более 350 пс и длиной волны в диапазоне 800-1500 нм, фиксируют критическую пороговую энергию сбоев при воздействии импульсного лазерного излучения, определяют значение величины с использованием из соотношения (3) , величину определяют из соотношения [14]. В табл. 6 приведены значения переводных для трех значении длин волн импульсного пикосекундного лазера: λ=590 nm, 600 nm, 800 nm для ИМС IDT 71256 (R-MOS) SRAM [14].To determine the UBR value when using MI using pulsed laser radiation, the heterostructure of the IFR or IC chip is irradiated with a picosecond laser source pulse with a duration of not more than 350 ps and a wavelength in the range of 800-1500 nm, the critical threshold energy is fixed failures when exposed to pulsed laser radiation, determine the value of using from relation (3) , value determined from the ratio [fourteen]. In the table. 6 shows the values of the translated for three wavelengths of a pulsed picosecond laser: λ = 590 nm, 600 nm, 800 nm for the IDT 71256 (R-MOS) SRAM ICs [14].
Для λ=800 nm величина (ИМС IDT 71256 (R-MOS) SRAM), величина , а величину эквивалентного значения определяют из (14) , и с учетом данных о σTOT[cm2]=1,26·10-5 cm2 (5V HM-6504 4K CMOS RAM, среднее значение сбоев ) и [14], и smax[µm] определяют величину интенсивности сбоев из (9)For λ = 800 nm, the value (IC IDT 71256 (R-MOS) SRAM), value , and the equivalent value determined from (14) , and taking into account the data on TOT [cm 2 ] = 1.26 · 10 -5 cm 2 (5V HM-6504 4K CMOS RAM, the average value of failures ) and [14], and s max [µm] determine the magnitude of the failure rate from (9)
а для информационной емкости ИМС 256 К интенсивность составит что соответствует lerr-chip/3,45 year. С использованиемand for the information capacity of IC 256 K, the intensity will be which corresponds to lerr-chip / 3.45 year. Using
определяют величину эквивалентной полной поглощенной дозы гамма-квантов Для транзисторов малой мощности «L» из табл. ПА.2 значение для источника X-Ray(10keV) и , и для источника Co60(1,25MeV) получают , соответственно, при ориентации структуры "↑↕" по отношению к падающему излучению. Тогда DR(γ-кв.RS-экв.-(М))=41,4…5,35rad(Si), и при известной длительности импульса гамма-квантов источника эталонного ионизирующего излучения τP УБР цифровой аппаратуры определяютdetermine the value of the equivalent total absorbed dose of gamma rays For low power transistors "L" from the table. PA.2 value for X-Ray source (10keV) and , and for the source Co 60 (1.25 MeV) receive , respectively, with the orientation of the structure "↑ ↕" with respect to the incident radiation. Then D R (γ-sq. RS-equiv .- (M)) = 41.4 ... 5.35rad (Si), and for a known pulse duration of gamma rays of the reference ionizing radiation source τ P UBR digital equipment determine
Величину УБР можно рассчитать двумя способами: 1) с использованием времени пролета ионов через ЧО; 2) по времени набора эквивалентной дозы на МУ. При использовании времени пролета ионов так же рассматривают два случая: а) продольный пролет ("") в приборном слое транзисторных структур ИМС; б) поперек ("↑↓")приборного слоя. Время пролета равно , где EION[J] - энергия иона, mION[g] - масса иона.The UBR value can be calculated in two ways: 1) using the time of flight of ions through the HO; 2) according to the time of setting the equivalent dose on MU. When using the ion flight time, two cases are also considered: a) longitudinal flight (" ") in the instrument layer of the IC transistor structures; b) across (" ↑ ↓ ") the instrument layer. The flight time is where E ION [J] is the ion energy, m ION [g] is the mass of the ion.
В табл. 10 приведены данные, используемы при определении скорости типичного «коктейля» ионов. Для получения наименьшего значения tTRANS необходима максимальная энергия EION при минимальной массе mION. Поэтому в табл. 7 приведены данные оценки скорости ионов He и Au.In the table. 10 shows the data used to determine the speed of a typical “cocktail” of ions. To obtain the smallest value of t TRANS , a maximum energy E ION is required with a minimum mass m ION . Therefore, in the table. 7 shows the data on the estimates of the rate of He and Au ions.
В табл. 8 сведены результаты расчета УБР по оценке времени пролета двух ТЗЧ для современных технологий МОП.In the table. 8 summarizes the results of UBR calculation for estimating the flight time of two TZZ for modern MOS technologies.
Пример реализации по варианту 3 определения величины УБР путем использования официальных данных спецификаций на полупроводниковые приборы и ИМС.An example of implementation according to
В качестве объекта анализа выбрали ИМС НХ6656 Honeywel′s SOI RAM технологии RICMOS™ IV (Radiation Insensive CMOS) с организацией 32K×8 bit. Из данных спецификации на ИМС величины входных емкостей ИМС равны CIN=7pF, выходных COUT=9pF. Уровень переключения логических состояний по напряжению . Критический заряд переключения равен . Для определения величины хорды использовали эмпирическую формулу QC=0,35[рС]·s2[µm2], откуда . Для определения величины порогового значения LETTH использовали (36), при подстановке численных значенийAs an object of analysis, we chose the IC HX6656 Honeywels′s SOI RAM technology RICMOS ™ IV (Radiation Insensive CMOS) with the organization 32K × 8 bit. From the specifications on the IC, the values of the input capacitors of the IC are C IN = 7pF, output C OUT = 9pF. Level of switching of logical states by voltage . The critical switching charge is . To determine the value of the chord, the empirical formula Q C = 0.35 [pC] · s 2 [µm 2 ] was used, whence . To determine the threshold value of LET TH, we used (36) when substituting numerical values
Величина , величина из (8). Тогда эквивалентная доза квантов эталонного источника Co60 составит .Value , value from (8). Then the equivalent dose of quanta of the reference source Co 60 will be .
При длительности импульса тестового источника X-Ray τP≈1µS величина УБР составит .When the pulse duration of the test source X-Ray τ P ≈ 1µS, the UBR value will be .
Таким образом, результаты исследований радиационной стойкости к воздействию гамма-рентгеновского излучения ИЯР и ЭФУ могут быть использованы для определения стойкости к SEE от ТЗЧ с применением соответствующих коэффициентов RDEF. Поэтому предложенный способ, предполагающий только облучение гамма-рентгеновским излучением ИЯР или ЭФУ, позволяет существенно снизить стоимость испытаний, уменьшить их объем и повысить достоверность результатов испытаний.Thus, the results of studies of radiation resistance to the effects of gamma-ray radiation from INR and EFU can be used to determine the resistance to SEE from TZZ using the appropriate RDEF coefficients. Therefore, the proposed method, which involves only irradiation with gamma-ray radiation of INR or EFU, can significantly reduce the cost of the tests, reduce their volume and increase the reliability of the test results.
Установлена зависимость эквивалентной дозы гамма-рентгеновского излучения ИЯР или ЭФУ по критерию эквивалентности критического РИЗ QC с величиной , что позволяет выбирать режимы испытаний БИС технологии КМОП/КНД с учетом конструктивных особенностей и электрического режима эксплуатации на основании как расчетных, так и экспериментальных значений .The dependence of the equivalent dose of gamma-ray radiation of INR or EFU was established according to the criterion of equivalence of critical RHE Q C with the value that allows you to select the test modes LSI technology CMOS / KND taking into account the design features and electrical operation based on both calculated and experimental values .
Величина эквивалентной дозы гамма-рентгеновского излучения ИЯР или ЭФУ приведена к энергии квантов Eγ,X-Ray=1 МэВ-экв., что позволяет использовать МУ с произвольным спектром FS ИИ.The value of the equivalent dose of gamma-ray radiation of INR or EFU is reduced to the energy of quanta E γ, X-Ray = 1 MeV-eq., Which makes it possible to use MU with an arbitrary spectrum of FS II.
ПРИЛОЖЕНИЕ «А»: Оценка эквивалентной поглощенной дозы DR источника ИИИ и УБР для моделирования эффектов SEU/SEE с использованием зависимости поперечного сечения сбоев для всей аппаратуры.APPENDIX A: Estimation of the equivalent absorbed dose D R of the source of III and UBR to simulate the effects of SEU / SEE using the dependence of the fault cross-section for the entire equipment.
Пусть в аппаратуре КА содержится a SL=40% однотипных ИМС последовательной логики и a SL=60% схем комбинаторной логики, выполненных по стандартной технологии КМОП. Число схем последовательной логики Ni=1000 ед., число схем комбинаторной логики NJ=DFF=114 ед. Частота синхронизации F=10 МГц. Суммарное сечение сбоев для элементов последовательной логики составит , суммарное сечение сбоев для элементов комбинаторной логики составит с учетом зависимости сечения от частоты . Полное сечение для всей аппаратуры KA равно σTOTσSL+σΣ=(0,76+1,14)·10-7=1,9·10-7 cm2. Из зависимости σ=f(LET) на Фиг. 16 следует, что ее аппроксимация ступенчатой функцией дает для σSAT=σTOT=1,9·10-7 cm2 значение LETTH=53 MeV·cm2/mg.Suppose that the spacecraft apparatus contains a SL = 40% of the same type of sequential logic ICs and a SL = 60% of combinatorial logic circuits performed according to the standard CMOS technology. The number of sequential logic circuits N i = 1000 units, the number of combinatorial logic circuits N J = DFF = 114 units Clock frequency F = 10 MHz. The total fault section for elements of sequential logic will be , the total cross section of failures for elements of combinatorial logic will be taking into account the dependence of the cross section on frequency . The total cross section for the entire KA apparatus is σ TOT σ SL + σ Σ = (0.76 + 1.14) · 10 -7 = 1.9 · 10 -7 cm 2 . From the dependence σ = f (LET) in FIG. 16 implies that it gives an approximation of a step function σ SAT = σ TOT = 1,9 · 10 -7 cm 2 value LET TH = 53 MeV · cm 2 / mg.
Вместо облучения полупроводниковых БИС технологии КМОП/КНД электронным, протонным излучением или потоком ТЗЧ для моделирования SEE ограниченную выборку БИС облучают импульсным гамма-нейтронным ионизирующим излучением ИЯР или импульсным рентгеновским излучением ЭФУ с эквивалентной дозой, вызывающей равную с ТЗЧ генерацию РИЗ Qt в ЧО БИС. Средняя энергия гамма-нейтронного излучения ИЯР или рентгеновского излучения ЭФУ выбирается 1,0-3,0 МэВ [16].Instead of irradiating the CMOS / KND semiconductor LSI technology with electronic, proton radiation, or an SLC stream for SEE modeling, a limited sample of LSIs is irradiated with pulsed gamma-neutron ionizing radiation of the INR or pulsed X-ray radiation of an EFU with an equivalent dose that causes the generation of RIZ Q t equal to that of the SLC in the black and white lens. The average energy of gamma-neutron radiation from the INR or X-ray radiation of an EFI is chosen to be 1.0-3.0 MeV [16].
Для определения эквивалентной дозы DR(γ-кв.RS-экв.-(М)) излучений ИЯР или ЭФУ, вызывающей в материале (М) равную с линейными потерями энергии LETTH для ТЗЧ величину РИЗ Qt в диапазоне LETTH от единиц до сотни МэВ·см2/мг используют значение коэффициента RDEF дозы рентгеновского или гамма-излучения по отношению к величине LETTH из (2).To determine the equivalent dose D R (γ-sq. RS-equiv .- (M)) of radiations of INR or EFU, causing in the material (M) equal to linear energy loss LET TH for TZH value RIZ Q t in the range LET TH from units up to hundreds of MeV · cm 2 / mg use the value of the RDEF coefficient of the dose of x-ray or gamma radiation in relation to the value of LET TH from (2).
При эквивалентной ионизации полного объема структуры МОП от гамма-рентгеновского излучения ИИ и локального объема от ионов КП можно рассчитать эквивалентную дозу гамма-рентгеновского излучения DR, обеспечивающую такую же ионизацию, как и критическая плотность потока (доза) ионовWith equivalent ionization of the total volume of the MOS structure from gamma-X-ray radiation of AI and the local volume from KP ions, one can calculate the equivalent dose of gamma-ray radiation D R providing the same ionization as the critical ion flux density (dose)
Здесь «RS» спектр ИИ (Radiation Spectrum) МУ, a «M» - материал, в котором поглощается энергия ИИ (M∝Si или M∝SiO2). Равенство (32) также представляют в видеHere, the “RS” spectrum of the AI (Radiation Spectrum) is MU, and “M” is the material in which the energy of the AI (M∝Si or M∝SiO 2 ) is absorbed. Equality (32) is also represented as
где PR,I - мощность поглощенной дозы соответствующих источников ИИ; - длительность импульса ИИ МУ; tПР. - время пролета ТЗЧ через чувствительный объем, которое определяют из соотношенияwhere P R, I is the absorbed dose rate of the corresponding sources of AI; - pulse duration of AI MU; t PR - time flight TZCh through a sensitive volume, which is determined from the ratio
где E - энергия ТЗЧ; mЧ - масса ТЗЧ; smax - максимальная длина хорды в чувствительном объеме вдоль трека первичной частицы. При изотропном распределении частиц в пространстве время пролета будет варьироваться в зависимости от длины хорды, которая изменяется от толщины приборного слоя tПС при нормальном падении частиц до значения smax при практически продольном распространении частиц в тонком слое. Дозу DI из (ПА.1) определяют соотношениемwhere E is the energy of the TZZh; m H - mass TZCh; s max - the maximum length of the chord in the sensitive volume along the track of the primary particle. With an isotropic distribution of particles in space, the flight time will vary depending on the length of the chord, which varies from the thickness of the instrument layer t PS at normal particle incidence to s max with practically longitudinal particle propagation in a thin layer. The dose D I from (PA.1) is determined by the ratio
Величина эквивалентной мощности дозы равна отношению (ПА.2) к (ПА.1)The equivalent dose rate is the ratio of (PA.2) to (PA.1)
Согласование полной поглощенной дозы импульсного ИИ DR(γ-кв.RS-(M)) в структуре МДП от МУ со спектром RS с эквивалентной дозой от воздействия ТЗЧ DI(γ-кв.1МэВ-экв.-(M)) из (ПА.4) производят с использованием соотношения (ПА.6)Coordination of the total absorbed dose of pulsed AI D R (γ-square RS- (M)) in the MIS structure from MU with the RS spectrum with the equivalent dose from the effect of TZZh D I (γ-square 1 MeV-eq. (M)) from (PA.4) is produced using the ratio (PA.6)
Величину константы можно получить, отнеся величину критического заряда Qcrit=QC, создаваемую ТЗЧ в ЧО структуры МДП, к величине поглощенной дозы DI от воздействующей ТЗЧ:Value of the constant can be obtained by relating the value of the critical charge Q crit = Q C created by the TZC in the HO of the MDP structure to the absorbed dose D I from the acting TZC:
где: ρc - плотность критического заряда; ν=a×b×c=A×tПС - объем ЧО; A=a×b - площадь поверхности ЧО; tПС=с=smin - толщина приборного слоя (Фиг. 14). Величину QC принимают с учетом (2) из (ПА.7)where: ρ c is the critical charge density; ν = a × b × c = A × t PS - the volume of HO; A = a × b is the surface area of the HO; t PS = s = s min is the thickness of the instrument layer (Fig. 14). The value of Q C is taken into account (2) from (PA.7)
где s - соответствует длине пространственной хорды при падении единичной ТЗЧ под произвольными углами к лицевой (инверсной) поверхности чипа структуры (Фиг. 10). Величину поглощенной дозы от одной ТЗЧ принимают приведенной к всему объему ЧО при произвольном значении длины хорды 5:where s - corresponds to the length of the spatial chord when a single TZCh falls at arbitrary angles to the front (inverse) surface of the chip structure (Fig. 10). The value of the absorbed dose from one TZCh take reduced to the entire volume of HO with an arbitrary value of the length of the chord 5:
Подставляя (ПА.8) и (ПА.9) в (ПА.4), получаютSubstituting (PA.8) and (PA.9) in (PA.4), we obtain
а величину константы из (36) при подстановке (37) и (39) в видеand the value of the constant from (36) when substituting (37) and (39) in the form
Аналогичное равенство можно записать для мощностей доз PR(γ-экв.RS-(M)) и PI(γ-1МэВ-экв.-(M)).A similar equality can be written for dose rates P R (γ-eq. RS- (M)) and P I (γ-1MeV-eq .- (M)).
В (ПА.6) можно принять для источника рентгеновского излучения 10 кэВ и для нуклидного источника Co60 [16].In (PA.6) it is possible to accept for an X-ray source of 10 keV and for the nuclide source Co 60 [16].
При известных значениях параметров структур МОП и геометрических параметров может быть выполнена коррекция результатов облучения на одном источнике на условия облучения на другом и ввести на основании (2) и (ПА.1) понятие коэффициента относительной эффективности (RDEF) [9]Given the known values of the parameters of the MOS structures and geometric parameters, the results of irradiation at one source can be corrected for the conditions of irradiation at another and based on (2) and (PA.1) the concept of relative efficiency coefficient (RDEF) [9]
в единицах in units
На основании этих данных можно определить значения , , , а также преобразовать их в соответствующие значения для нуклидного источника Co60: , , (табл. ПА.1).Based on these data, you can determine the values , , , and also convert them to the corresponding values for the nuclide source Co 60 : , , (tab. PA.1).
При расчете констант , , принимают следующие значения констант: ρ=2,33 [g/cm3] для Si; - максимальное значение хорды в чипе структуры МДП; а - ширина чипа структуры МДП; b - длина чипа; с - высота чипа, [µm]; - постоянную генерации радиационно-индуцированных носителей заряда для МУ и одиночной ТЗЧ, предельное значение доли нерекомбинированного радиационно-индуцированного заряда в структуре МДП при воздействии излучения МУ и одиночной ТЗЧ в присутствии приложенного электрического поля напряженностью Е, [MV·cm-1], из табл. ПА.1 Приложения «А» [16]; - фактор дозового накопления в структуре КНД гамма-рентгеновского излучения МУ со спектром квантов RS и одиночной ТЗЧ из табл. ПА.1 Приложения «А» [16].When calculating constants , , take the following constant values: ρ = 2.33 [g / cm 3 ] for Si; - the maximum value of the chord in the chip of the TIR structure; a - chip width of the TIR structure; b is the length of the chip; c is the height of the chip, [µm]; - the constant generation of radiation-induced charge carriers for MU and single TZC, the limit value of the fraction of unreinforced radiation-induced charge in the MIS structure when exposed to MU radiation and a single TZCh in the presence of an applied electric field of intensity E, [MV · cm -1 ], from table . PA.1 of Appendix “A” [16]; - the factor of dose accumulation in the structure of the directivity gain of gamma-x-ray radiation MU with a spectrum of quanta RS and a single TZZ from table. PA.1 Annex "A" [16].
Для учета кинетики накопления и релаксации заряда радиационно-индуцированных носителей в электрическом поле величину коэффициента определяют для энергии рентгеновских квантов EX-Ray=10-300 кэВ и для энергии гамма-рентгеновских квантов ИЯР или рентгеновских квантов ЭФУ с энергией ЕЯР,Х-Ray=1…6 МэВ [16]. Для учета конструктивных особенностей транзисторной структуры КНД, для оценки величины фактора дозового накопления ВЦ используют зависимость величины от толщины подзатворного оксида tox для энергии квантов 10 кэВ и напряженности электрического поля E=1…6 МВ·см-1 [16]. Для ИИ ИЯР, ЭФУ, одиночной ТЗЧ с энергией квантов ЕИЯР,ЭФУ,ТЗЧ≥1 МэВ принимают величину .To take into account the kinetics of accumulation and relaxation of the charge of radiation-induced carriers in an electric field, the coefficient determine for the energy of X-ray quanta E X-Ray = 10-300 keV and for the energy of gamma-ray quanta of INR or X-ray quanta of EFU with energy E NR, X-Ray = 1 ... 6 MeV [16]. To take into account the design features of the transistor structure of the KND, to assess the magnitude of the factor of dose accumulation of the CC use the dependence of the value from the thickness of the gate oxide t ox for the quantum energy of 10 keV and the electric field strength E = 1 ... 6 MV · cm -1 [16]. For AI INR, EFU, single TZCh with energy of quanta E INR, EFU, TZH ≥1 MeV take the value .
При изготовлении диэлектрика подзатворного оксида структуры МДП на основе диоксида кремния (M=SiO2) константы радиационной генерации в нем электронно-дырочных пар принимают равными для источника рентгеновского излучения с энергией 10 кэВ и для ИЯР или ЭФУ. Величину для ТЗЧ вычисляют с использованием соотношения (ПА.23) Приложения «А» [16], а величины и для соответствующих значений энергий из соотношений, приведенных в табл. ПА.1 Приложения «А» [16].In the manufacture of a dielectric of a gate oxide of a MIS structure based on silicon dioxide (M = SiO 2 ), the radiation generation constants of electron-hole pairs in it are taken equal to for an X-ray source with an energy of 10 keV and for INR or EFU. Value for TZCh calculated using the ratio (PA.23) Appendix "A" [16], and the values and for the corresponding energies from the ratios given in table. PA.1 Annex "A" [16].
Данные по расчету величины RDEF для рентгеновского излучения ЭФУ с энергией квантов 10 KeV кэВ, ТЗЧ с , для источников гамма-рентгеновского излучения ИЯР, гамма-квантов нуклидного источника Co60 приведены в табл. 4 [16] для транзисторных структур МДП различного класса мощности: низкой (low - «L»); средней (middle - «M»); большой (big - «B»).Data on the calculation of the RDEF value for X-ray radiation of an EFU with a quantum energy of 10 KeV keV, TZh s , for gamma-ray sources of INR, gamma-quanta of the nuclide source Co 60 are given in table. 4 [16] for MOS transistor structures of various power classes: low (low - “L”); middle (middle - “M”); large (big - "B").
Для определения и удобнее использовать тестовые транзисторы МДП при аналогичных параметрах А и tox, что и у транзисторов МДП основной схемы.For determining and it is more convenient to use MIS test transistors with the same parameters A and t ox , as for MIS transistors of the main circuit.
В табл. ПА.2 приведены значения RDEF и переводного множителя (ПА.12) для двух источников ИИ: Х-Ray и ИЯР (Co60) с энергией гамма-квантов Eγ-кв.≥1 MeV для транзисторных структур МДП различного класса мощности: низкой (low - «L»); средней (middle - «М»); большой (big - «В»).In the table. PA.2 shows RDEF and a translation factor (PA.12) for two sources of AI: X-Ray and INR (Co 60 ) with gamma-ray energy E γ-sq. ≥1 MeV for MOS transistor structures of various power classes: low (low - “L”); middle (middle - "M"); large (big - "B").
Результаты оценки чувствительности аппаратуры КА из экспериментальной зависимости на Фиг. 16 к эффектам SEU/SEE сведены в табл. ПА.3.The results of the sensitivity assessment of the spacecraft equipment from the experimental dependence in FIG. 16 to the effects of SEU / SEE are summarized in table. PA. 3.
Аппроксимируя зависимость на Фиг. 16 поперечного сечения σ[cm2] чувствительности приборов к SEE от ТЗЧ от ступенчатой функцией, определяют поток частиц для случая LET<LETTH, достаточный для образования SEE.Approximating the dependence in FIG. 16 cross-section σ [cm 2 ] the sensitivity of the devices to SEE from TZCh from step function, determine the particle flux for the case LET <LET TH , sufficient for the formation of SEE.
Для этого используют то обстоятельство, что поперечное сечение At ЧО структур МДП мощности «Z» и «М» по данным табл. 3 равно поперечному сечению σSEE(LETTH) для SEE на Фиг. 12, т.е. At=L×В=σSEE(LETTH). Обратная величина сечения σSEE(LETTH) позволяет оценить величину критического потока частиц, для которого только одна частица с вероятностью 1 попадает в ЧО структуры МДП. С использованием данных табл. 3 E=17,5 мкм=1,75·10-3 см и B=3,0 мкм=3,0·10-4 см оценка величины сечения дает значение σSEE(LETTH)=5,25·10-7 см2, а величина критического флюенса частиц равна Fcrit=1,9·106 част·см-2.To do this, use the fact that the cross section A t HO of the TIR structures of power "Z" and "M" according to the table. 3 is equal to the cross section σ SEE (LET TH ) for SEE in FIG. 12, i.e. A t = L × B = σ SEE (LET TH ). The reciprocal cross section σ SEE (LET TH ) allows us to estimate the critical particle flux, for which only one particle with
ПРИЛОЖЕНИЕ «Б»: Оценка эквивалентной поглощенной дозы DR источника ИИИ и УБР для моделирования эффектов SEU/SEE с использованием расчетных соотношений для определения порогового значения LETTH APPENDIX B: Estimation of the equivalent absorbed dose D R of the source of III and UBR to simulate the effects of SEU / SEE using calculated ratios to determine the threshold value LET TH
Используя эти данные, можно произвести в первом приближении расчет порогового значения LETTH, минимально необходимой для создания SEU/SEE..Using this data, we can make a first approximation of the calculation of the threshold value LET TH , the minimum necessary to create SEU / SEE ..
Минимальное значение LETTH будет соответствовать случаю, для которого сбой может быть рассчитан из соотношения (2) в виде:The minimum value of LET TH will correspond to the case for which the failure can be calculated from relation (2) in the form:
Тогда равенство (ПА.4) можно записать в виде:Then equality (PA.4) can be written in the form:
илиor
илиor
На Фиг. 9 приведены наиболее распространенные формы соотношений для определения порогового значения LETTH для широкого класса топологических размеров современных структур МОПIn FIG. Figure 9 shows the most common forms of relationships for determining the threshold value of LET TH for a wide class of topological dimensions of modern MOS structures
При этом сохраняется равенство радиационно-индуцированного заряда Qt в чувствительном объеме БИС при воздействии как излучения МУ, так и линейных потерь энергии LET.In this case, the equality of the radiation-induced charge Q t in the sensitive LSI volume is maintained under the influence of both the radiation of the ME and linear energy losses LET.
При расчете по варианту (В.2) используют значения LETTH из табл. 2 и, подставляя их значения в (5) для smax=28,4 мкм и соответствующих значений RDEF из табл. ПА.2 Приложения «А», получают с учетом критериев табл. 3 [16] значения эквивалентных доз DR(γ-кв.МэВ-экв.-(Si)), которые сведены в табл. ПБ.1. Величина , где - длительность импульса МУ, PR - предельная мощность дозы для квантов с энергией ~1 МэВ, обеспечивающая эквивалентную ионизацию ЧО для плотности потока Fcrit=1,9·106 част.см-2 (или УБР).When calculating according to option (B.2), the LET TH values from Table 2 and, substituting their values in (5) for s max = 28.4 μm and the corresponding RDEF values from table. PA.2 of Appendix “A” is obtained taking into account the criteria of the table. 3 [16] the values of the equivalent doses of D R (γ-square MeV-eq .- (Si)), which are summarized in table. PB.1. Value where - the duration of the MI pulse, P R is the limiting dose rate for quanta with an energy of ~ 1 MeV, which provides equivalent HO ionization for the flux density F crit = 1.9 · 10 6 part.cm -2 (or UBR).
С целью повышения достоверности определения интегральной величины констант ее значение рассчитывают из соотношения (ПА.11), которое в дальнейшем используют для определения величин RDEF и эквивалентной дозы DR(γ-кв.RS-экв.-(М)) моделирующего SEE источника гамма-рентгеновского излучения БИС технологии КМОП/КНД аналогичной технологии и конструктива. Так при подстановке в (ПА.11) данных, соответствующих структурам («L»↓↑) и («M»↓↑): KΣ и RDEF из табл. ПА.2 Приложения «A»; a=L, b=B, smax из табл. 5, c=tПС=3,5·10-5 см; w=3,6·10-6 МэВ; ; LETTH из (ПА.29) Приложения «А» [16], получают расчетные значения DR или PR для аналогичных структур МДП по конструкции и электрическим режимам эксплуатации. При smax=28,8 мкм, L=17,5 мкм, B=3 мкм величина , а величина для структур («L»↓↑) и для структур («M4»↓↑).In order to increase the reliability of determining the integral value of constants its value is calculated from the relation (PA.11), which is then used to determine the RDEF values and the equivalent dose D R (γ-sq. RS-equiv .- (M)) of the SEE simulating source of gamma-ray radiation of the BIS CMOS / KND technology similar technology and design. So when substituting in (PA.11) the data corresponding to the structures (“L” ↓ ↑) and (“M” ↓ ↑): K Σ and RDEF from Table PA.2 Annex "A"; a = L, b = B, s max from the table. 5, c = t PS = 3.5 · 10 -5 cm; w = 3.6 · 10 -6 MeV; ; LET TH from (PA.29) of Appendix A [16], the calculated values of D R or P R for similar TIR structures in terms of design and electrical operating conditions are obtained. With s max = 28.8 μm, L = 17.5 μm, B = 3 μm, the value , and the value for structures (“L” ↓ ↑) and for structures (“M4” ↓ ↑).
Перечень цитированных источниковList of cited sources
1. Dodd Р.Е., Sexton F.W. "Critical Charge Concepts for CMOS SRAMs" // IEEE Transaction on Nuclear Science, Vol. 42.-No. 6. - December 1995. - pp. 1764-1771.1. Dodd R.E., Sexton F.W. "Critical Charge Concepts for CMOS SRAMs" // IEEE Transaction on Nuclear Science, Vol. 42.-No. 6. - December 1995. - pp. 1764-1771.
2. Benedetto J.M., Eaton P.H., Mavis D.G., Gadlage M., Turfinger T. Digital Single Evet Trasient Trends With Technology Node Scaling // IEEE Transaction on Nuclear Science, Dec. 2006. - vol. 53. - No. 6. - pp. 3462-3465.2. Benedetto J.M., Eaton P.H., Mavis D.G., Gadlage M., Turfinger T. Digital Single Evet Trasient Trends With Technology Node Scaling // IEEE Transaction on Nuclear Science, Dec. 2006. - vol. 53. - No. 6. - pp. 3462-3465.
3. Berg M., Wang J.-J., Ladbury R., Buchner S., Kim H., LaBel K., Phan A. and Friendlich M. An Analysis of Single Event Upset Dependencies on High Frequency and Architectural Implementations within Actel RTAX-S Family Field Programmable Gate Arrays / IEEE Transactions on Nuclear Science, Dec. 2005. - Vol. NS-52. - No. 6. - pp. 3569-3574.3. Berg M., Wang J.-J., Ladbury R., Buchner S., Kim H., LaBel K., Phan A. and Friendlich M. An Analysis of Single Event Upset Dependencies on High Frequency and Architectural Implementations within Actel RTAX-S Family Field Programmable Gate Arrays / IEEE Transactions on Nuclear Science, Dec. 2005. - Vol. NS-52. - No. 6. - pp. 3569-3574.
4. Chugg A.M., Jones R., Moutre M.J., Duncan P.H., Sorensen R. Harboe, Mattisson S., Larsson S., Fitzgerald R. and O′Shea T. Laser Simulation of Single Event Effects in Pulse Width Modulators / IEEE Transactions on Nuclear Science, Dec. 2005. - Vol. NS-52. - No. 6. - pp. 2487-2494.4. Chugg AM, Jones R., Moutre MJ, Duncan PH, Sorensen R. Harboe, Mattisson S., Larsson S., Fitzgerald R. and O'Shea T. Laser Simulation of Single Event Effects in Pulse Width Modulators / IEEE Transactions on Nuclear Science, Dec. 2005. - Vol. NS-52. - No. 6. - pp. 2487-2494.
5. Ferlet-Cavoris V., Paillet P., McMorrow D., Torres A., Gaillardin M., Melinger J.S., Knudson A.R., Cambell A.B., Schwank J.R., Vizkelethy G., Shaneyfelt M.R., Hirose K., Faynot O., Jahan C., Tosti L. Direct Measurement of Transient Pulses Induxed by Laser and Heavy Ion Irradiation in Deca-Nanometr Devices // IEEE Transactions on Nuclear Science, Dec. 2005. - Vol. 52. - No. 6. - pp. 2104-2113.5. Ferlet-Cavoris V., Paillet P., McMorrow D., Torres A., Gaillardin M., Melinger JS, Knudson AR, Cambell AB, Schwank JR, Vizkelethy G., Shaneyfelt MR, Hirose K., Faynot O. , Jahan C., Tosti L. Direct Measurement of Transient Pulses Induxed by Laser and Heavy Ion Irradiation in Deca-Nanometr Devices // IEEE Transactions on Nuclear Science, Dec. 2005. - Vol. 52. - No. 6. - pp. 2104-2113.
6. McMorrow D., Melinger J.S., Bucher S., Scott T., Brown R.D., Haddad N.F. Application of pulsed laser for evacuation and optimization of SEU-Hard designs // IEEE Transactions on Nuclear Science, Jun. 2000. - vol. 47. - No. 3. - p. 559.6. McMorrow D., Melinger J.S., Bucher S., Scott T., Brown R. D., Haddad N.F. Application of pulsed laser for evacuation and optimization of SEU-Hard designs // IEEE Transactions on Nuclear Science, Jun. 2000 .-- vol. 47. - No. 3. - p. 559.
7. Кабальнов Ю.А., Качемцев A.H., Киселев В.К. Способ кулонометрического измерения электрических параметров наноструктур транзистора n-МОП в технологиях КМОП/КНС и КМОП/КНИ / Патент на изобретение RU 2439745 C1 с приорит. от 18.10.2010.7. Kabalnov Yu.A., Kachemtsev A.H., Kiselev V.K. Method for coulometric measurement of electrical parameters of nanostructures of an n-MOS transistor in CMOS / KNS and CMOS / KNI / Patent invention RU 2439745 C1 with priority. from 10/18/2010.
8. Качемцев А.Н., Киселев В.К., Палицына Т.А. Устройство для кулонометрического измерения электрофизических параметров наностуктур транзистора n-МОП в технологиях КМОП/КНС и КМОП/КНИ / Патент на изобретение RU 2456627 C1 с приорит. от 31.11.2011.8. Kachemtsev A.N., Kiselev V.K., Palitsyna T.A. A device for coulometric measurement of the electrophysical parameters of the nanostructures of the n-MOS transistor in the CMOS / KNS and CMOS / KNI / Patent invention RU 2456627 C1 with priority. from 11/31/2011.
9. Качемцев А.Н., Киселев В.К., Скупов В.Д., Торохов С.Л. Способ определения коэффициента относительной эффективности и эквивалентной дозы источника рентгеновского излучения / Патент на изобретение RU 2480861 C1 с приорит. от 31.08.2011.9. Kachemtsev A.N., Kiselev V.K., Skupov V.D., Torokhov S.L. A method for determining the coefficient of relative efficiency and equivalent dose of an x-ray source / Patent for invention RU 2480861 C1 with priority. from 08/31/2011.
10. Dooley J.G. SEU Immune Latch for Gate Arrey, Standarte Cell and other ASIC Application / US. Pat. No. 531070.10. Dooley J.G. SEU Immune Latch for Gate Arrey, Standarte Cell and other ASIC Application / US. Pat. No. 531070.
11. Galin T., Nicolaidis M. and Velazco R. Upset Hardened Memory Design for Submicron CMOS Technology / IEEE on Transactions, Vol. 43. - No. 6. - December 1996. - pp. 2874-2878.11. Galin T., Nicolaidis M. and Velazco R. Upset Hardened Memory Design for Submicron CMOS Technology / IEEE on Transactions, Vol. 43. - No. 6. - December 1996. - pp. 2874-2878.
12. U.S.A. National Technology Roadmap for Semiconductors.12. U.S.A. National Technology Roadmap for Semiconductors.
13. Busher S.M., Daze D., Brown D., McMorrow D. аnd Melinger J. Comparision of Error Rates in Combinatorial and Sequential Logic // IEEE on Nuclear Science, Vol. 44. - No. 6. - December 1997. - pp. 2209-2216.13. Busher S.M., Daze D., Brown D., McMorrow D. and Melinger J. Comparision of Error Rates in Combinatorial and Sequential Logic // IEEE on Nuclear Science, Vol. 44. - No. 6. - December 1997. - pp. 2209-2216.
14. Gadlage M.J., Eaton P.H., Benedetto J.M. and Turfinger T.L. Comarison of Heavy Ion and Proton Inducced Combinatorial and Sequental Logic Error Rates in a Deep Submicron Process / IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. NS-52. - No. 6. - Dec. 2005. - pp. 2120-2124.14. Gadlage M.J., Eaton P.H., Benedetto J.M. and Turfinger T.L. Comarison of Heavy Ion and Proton Inducced Combinatorial and Sequental Logic Error Rates in a Deep Submicron Process / IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. NS-52. - No. 6. - Dec. 2005 .-- pp. 2120-2124.
15. Petrsen E.L., Pouget V., Messengill L.W., Buchner S.P. and McMorrow D. Rate Predictions for Single-Event Effecs - Critique II / IEEE Nransactions on Nuclear Science, Dec. 2005. - Vol. 52. - No. 6. - pp. 2158-2167.15. Petrsen E.L., Pouget V., Messengill L.W., Buchner S.P. and McMorrow D. Rate Predictions for Single-Event Effecs - Critique II / IEEE Nransactions on Nuclear Science, Dec. 2005. - Vol. 52. - No. 6. - pp. 2158-2167.
16. Качемцев A.H., Киселев В.К., Торохов С.Л. Способ испытаний полупроводниковых БИС технологии КМОП/КНД на стойкость к эффектам единичных сбоев от воздействия тяжелых заряженных частиц (ТЗЧ) // Патент на изобретение RU 2495446 C2 с приорит. от 17.10.2011.16. Kachemtsev A.H., Kiselev V.K., Torokhov S.L. Test method for semiconductor LSI CMOS / KND technology for resistance to the effects of single failures from exposure to heavy charged particles (TZZ) // Patent for invention RU 2495446 C2 with priority. from 10.17.2011.
17. Buchner S., Baze M., Brown D. McMorrow D. and Melinger J. Comparision of Error Rates in Combinatorial and Sequental Logic / IEEE Transactions on Nuclear Science, Dec. 2004. - Vol. NS-51. - No. 6. - pp / 3480-3485.17. Buchner S., Baze M., Brown D. McMorrow D. and Melinger J. Comparision of Error Rates in Combinatorial and Sequental Logic / IEEE Transactions on Nuclear Science, Dec. 2004. - Vol. NS-51. - No. 6.- pp / 3480-3485.
18. Benedetto J., Eaton P., Avery K., Mavis K., Gadlage M., Turfinger T., Dodd P. and Vizkelethyd G. Heavy Ion Induced Digital Single-Event Transients in Deep Submicron Processes / IEEE Transactions on Nuclear Science, Dec. 2004. - Vol. NS-51. - No. 6. pp. 3480-3485.18. Benedetto J., Eaton P., Avery K., Mavis K., Gadlage M., Turfinger T., Dodd P. and Vizkelethyd G. Heavy Ion Induced Digital Single-Event Transients in Deep Submicron Processes / IEEE Transactions on Nuclear Science, Dec. 2004. - Vol. NS-51. - No. 6. pp. 3480-3485.
19. Robinson P., Lee W., Aguero R., Gabriel S. Anomalies Due to Single Event Upsets / Journal of Spacekraft and Rockets, Mar-Apr., Mar.-Apr. 1994. - Vol. 31. - No. 2 - pp. 166-171.19. Robinson P., Lee W., Aguero R., Gabriel S. Anomalies Due to Single Event Upsets / Journal of Spacekraft and Rockets, Mar-Apr., Mar.-Apr. 1994. - Vol. 31. - No. 2 - pp. 166-171.
20. Pickel J.C., Blanford J.T. Cosmic Ray Induced Errors in MOS Memory Cells / IEEE Transactions on Nuclear Science, Dec. 1978. - Vol. NS-25. - No. 6. - pp. 1166-1171.20. Pickel J.C., Blanford J.T. Cosmic Ray Induced Errors in MOS Memory Cells / IEEE Transactions on Nuclear Science, Dec. 1978. - Vol. NS-25. - No. 6. - pp. 1166-1171.
21. LaBel K. Single Event Effects Specification″, radhome.gsfc.nasa.gov/radhome/papers/seespec.htm, 1993.21. LaBel K. Single Event Effects Specification ″, radhome.gsfc.nasa.gov/radhome/papers/seespec.htm, 1993.
22. Качемцев A.H., Киселев B.K., Корсакова Н.Г. Способ определения стойкости электронных компонентов и блоков радиоэлектронной аппаратуры к воздействию ионизирующих излучений / Патент на изобретение RU 2504862 C1 с приорит. от 17.07.2012.22. Kachemtsev A.H., Kiselev B.K., Korsakova N.G. A method for determining the resistance of electronic components and blocks of electronic equipment to the effects of ionizing radiation / Patent for invention RU 2504862 C1 with priority. from 07/17/2012.
23. Гнеденко Б.Б., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математические методы в теории надежности. - М.: Наука. Главная ред. ФМЛ. 1965. - 524 с.23. Gnedenko B.B., Belyaev Yu.K., Soloviev A.D. Mathematical methods in the theory of reliability. - M .: Science. Home Ed. FML. 1965 .-- 524 s.
24. Dozier С.М., Brown D.B. The Use of Low Energy X-Ray for Device Testing - a Comparision Whith Co-60 Radiation // IEEE Transactions on Nuclear Science, 1975. - Vol. NS-30. - No. 6. pp. 4382-4387.24. Dozier S.M., Brown D.B. The Use of Low Energy X-Ray for Device Testing - a Comparision Whith Co-60 Radiation // IEEE Transactions on Nuclear Science, 1975. - Vol. NS-30. - No. 6. pp. 4382-4387.
Claims (27)
6. The method according to p. 5, characterized in that to take into account the frequency dependence of the SEU effects in the elements of combinational and sequential logic, to take into account the dependence of the fault cross-section for the same elements of combinational logic on the synchronization frequency on the approximating dependence of the fault cross-section for the same elements of combinational logic value
где a CL - процентный состав схем комбинаторной логики; DFF - число фиксирующих элементов (триггеров) в схеме, а полное сечение сбоев в схеме определяют с использованием соотношения
where a CL is the percentage of combinatorial logic circuits; DFF is the number of fixing elements (triggers) in the circuit, and the total cross section of failures in the circuit is determined using the relation
9. The method according to p. 8, characterized in that for assessing the intensity of the failures from the effects of SEU, to obtain an experimental dependence of the cross-section of the failures of the REA or IC units on the LET of the form on the corresponding MU reproducing ion beams (TZCH), irradiate the objects under study in the range of specified fluences of TZCh from the LET spectrum of the form where dN / dE is the energy distribution of the TCD number, the sensitive volume ν S of the transistor heterostructure, in which the critical charge Q c is formed , is determined, the maximum size of the chord s MAX (spatial diagonal) is determined in the sensitive volume (PR) model in the form of a {Rectangular Parallel Piped = RPP) from s 2 = a 2 + b 2 + c 2 , where a = b = L is the topological size of the HO element, c = t is the thickness of the heterostructure in the HO, determine the threshold value LET TH on the dependence for a full solid angle, the failure rate is determined using the ratio
10. The method according to p. 1, characterized in that for the conversion of the results of an experimental evaluation of the sensitivity to SEU effects of digital equipment when tested in INR and EFU simulating the impact of a current-frequency response on the basis of the identity of the critical charge Q C , the coefficient of relative efficiency is determined
которую принимают равной УБР.11. The method according to p. 10, characterized in that for the implementation of the experiment on a pulsed nuclear reactor (INR) or electrophysical installation (EFU) generating pulsed gamma-ray radiation, with a known pulse duration of gamma-ray quanta of the source of the reference AI τ P for digital instruments determine dose rate AI from the ratio of the equivalent absorbed dose to the duration of this pulse
which is taken equal to UBR.
13. The method according to p. 12, characterized in that for assessing the intensity of failures during MI, taking into account data on σ TOT [cm 2 ], s MAX [μm] on the dependence σ [cm 2 ] = f (LET) determine the intensity failures using ratio
15. The method according to p. 12., characterized in that to obtain the equivalent value of the critical charge Q c , which causes in the critical volume ν S the occurrence of external currents that cause the effects of SEU and SET, to implement photoionization of the transistor structures, use the value
17. The method according to p. 15, characterized in that for the conversion of the results of the MI, the value of
18. The method according to p. 17, characterized in that in order to fix the effectiveness of the MI, the value
определяют величину эквивалентной полной поглощенной дозы гамма-квантов DRS(γ-кв.RS-экв.-(М)) и при известной длительности импульса гамма-квантов источника эталонного ионизирующего излучения τP УБР цифровой аппаратуры определяют
20. The method according to p. 19, characterized in that for determining UBR with MI, in units equivalent to the effects of sources of pulsed AI, using
determine the value of the equivalent total absorbed dose of gamma rays D RS (γ-squared RS-eq .- (M)) and for a known pulse duration of gamma rays of the reference ionizing radiation source τ P UBR digital equipment determine
или
or
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014138221/28A RU2578053C1 (en) | 2014-09-22 | 2014-09-22 | Method for evaluating resistance of digital electronic equipment to ionising radiation (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014138221/28A RU2578053C1 (en) | 2014-09-22 | 2014-09-22 | Method for evaluating resistance of digital electronic equipment to ionising radiation (versions) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2578053C1 true RU2578053C1 (en) | 2016-03-20 |
Family
ID=55648148
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014138221/28A RU2578053C1 (en) | 2014-09-22 | 2014-09-22 | Method for evaluating resistance of digital electronic equipment to ionising radiation (versions) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2578053C1 (en) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU170697U1 (en) * | 2016-09-12 | 2017-05-03 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Laser installation for studying the radiation resistance of Si, GaAs, SiGe-based semiconductor electronics products to pulsed ionizing effects |
RU2638107C1 (en) * | 2016-09-07 | 2017-12-11 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Method of imitation testing instrument structure resistance to irradiation by fast neutrons (versions) |
CN107966715A (en) * | 2017-11-16 | 2018-04-27 | 中国空间技术研究院 | A kind of test method that single particle effect assessment is carried out to application reinforcing device part |
RU2657327C1 (en) * | 2016-12-26 | 2018-06-13 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method for evaluating of the digital electronics elements stability to the effects of failures from the single particles influence |
RU2661556C1 (en) * | 2017-07-04 | 2018-07-17 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Method of calculating and experimental estimation of radiation resistance of integrated circuits to the action of separate charged particles based on local laser irradiation |
RU2664759C1 (en) * | 2017-11-29 | 2018-08-22 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Method of increasing the reliability of hybrid and monolithic integrated circuits |
RU2684943C1 (en) * | 2018-06-21 | 2019-04-16 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Method for increasing reliability and quality of functioning batch of hybrid and monolithic integrated circuits |
RU194704U1 (en) * | 2019-09-23 | 2019-12-19 | Акционерное общество Научно-производственный центр "Электронные вычислительно-информационные системы" (АО НПЦ "ЭЛВИС") | TEST BLOCK OF RING GENERATORS ON COMPLETE METAL-OXIDES-SEMICONDUCTOR TRANSISTORS |
RU2725333C1 (en) * | 2019-09-23 | 2020-07-02 | Акционерное общество Научно-производственный центр "Электронные вычислительно-информационные системы" (АО НПЦ "ЭЛВИС") | Test unit of ring generators on complementary metal-oxide-semiconductor transistors |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU95103986A (en) * | 1995-03-21 | 1996-07-27 | Российский научно-исследовательский институт "Электростандарт" | Method for selecting plates with radiation-resistant mos integrated circuits |
US8346497B2 (en) * | 2003-03-26 | 2013-01-01 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for testing semiconductor film, semiconductor device and manufacturing method thereof |
RU2495446C2 (en) * | 2011-10-17 | 2013-10-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method to test semiconductor cmos/soi of lsi technology for resistance to effects of single failures from impact of heavy charged particles of space |
-
2014
- 2014-09-22 RU RU2014138221/28A patent/RU2578053C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU95103986A (en) * | 1995-03-21 | 1996-07-27 | Российский научно-исследовательский институт "Электростандарт" | Method for selecting plates with radiation-resistant mos integrated circuits |
US8346497B2 (en) * | 2003-03-26 | 2013-01-01 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for testing semiconductor film, semiconductor device and manufacturing method thereof |
RU2495446C2 (en) * | 2011-10-17 | 2013-10-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method to test semiconductor cmos/soi of lsi technology for resistance to effects of single failures from impact of heavy charged particles of space |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
E. L. Petersen et al "Rate Predictions for Single-Event Effects-Critique II". IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. 52, No. 6, December 2005, pp. 2158-2167. * |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2638107C1 (en) * | 2016-09-07 | 2017-12-11 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Method of imitation testing instrument structure resistance to irradiation by fast neutrons (versions) |
RU170697U1 (en) * | 2016-09-12 | 2017-05-03 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Laser installation for studying the radiation resistance of Si, GaAs, SiGe-based semiconductor electronics products to pulsed ionizing effects |
RU2657327C1 (en) * | 2016-12-26 | 2018-06-13 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method for evaluating of the digital electronics elements stability to the effects of failures from the single particles influence |
RU2661556C1 (en) * | 2017-07-04 | 2018-07-17 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Method of calculating and experimental estimation of radiation resistance of integrated circuits to the action of separate charged particles based on local laser irradiation |
CN107966715A (en) * | 2017-11-16 | 2018-04-27 | 中国空间技术研究院 | A kind of test method that single particle effect assessment is carried out to application reinforcing device part |
RU2664759C1 (en) * | 2017-11-29 | 2018-08-22 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Method of increasing the reliability of hybrid and monolithic integrated circuits |
RU2684943C1 (en) * | 2018-06-21 | 2019-04-16 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Method for increasing reliability and quality of functioning batch of hybrid and monolithic integrated circuits |
RU194704U1 (en) * | 2019-09-23 | 2019-12-19 | Акционерное общество Научно-производственный центр "Электронные вычислительно-информационные системы" (АО НПЦ "ЭЛВИС") | TEST BLOCK OF RING GENERATORS ON COMPLETE METAL-OXIDES-SEMICONDUCTOR TRANSISTORS |
RU2725333C1 (en) * | 2019-09-23 | 2020-07-02 | Акционерное общество Научно-производственный центр "Электронные вычислительно-информационные системы" (АО НПЦ "ЭЛВИС") | Test unit of ring generators on complementary metal-oxide-semiconductor transistors |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2578053C1 (en) | Method for evaluating resistance of digital electronic equipment to ionising radiation (versions) | |
Duzellier | Radiation effects on electronic devices in space | |
Dodds et al. | The contribution of low-energy protons to the total on-orbit SEU rate | |
Schwank et al. | Radiation hardness assurance testing of microelectronic devices and integrated circuits: Radiation environments, physical mechanisms, and foundations for hardness assurance | |
Pickel | Single-event effects rate prediction | |
RU2657327C1 (en) | Method for evaluating of the digital electronics elements stability to the effects of failures from the single particles influence | |
Reed et al. | Single-event effects ground testing and on-orbit rate prediction methods: the past, present, and future | |
Pease et al. | Radiation testing of semiconductor devices for space electronics | |
Roche et al. | Comparisons of soft error rate for SRAMs in commercial SOI and bulk below the 130-nm technology node | |
Nidhin et al. | Understanding radiation effects in SRAM-based field programmable gate arrays for implementing instrumentation and control systems of nuclear power plants | |
Dodds et al. | Hardness assurance for proton direct ionization-induced SEEs using a high-energy proton beam | |
Chumakov et al. | Single-event-effect prediction for ICs in a space environment | |
RU2495446C2 (en) | Method to test semiconductor cmos/soi of lsi technology for resistance to effects of single failures from impact of heavy charged particles of space | |
Samaras et al. | Experimental characterization and simulation of electron-induced SEU in 45-nm CMOS technology | |
Uemura et al. | Soft-error in SRAM at ultra-low voltage and impact of secondary proton in terrestrial environment | |
Campola et al. | Radiation hardness assurance: Evolving for newspace | |
Winokur et al. | Advanced qualification techniques [microelectronics] | |
Schwank et al. | Strategies for lot acceptance testing using CMOS transistors and ICs | |
Buchner et al. | Overview of single event effects | |
Hubert et al. | Multi-scale modeling to investigate the single event effects for space missions | |
Chumakov | Laser method of evaluating parameters of LSI sensitivity to the impact of single ions | |
Lauenstein | Single-event gate rupture in power mosfets: A new radiation hardness assurance approach | |
Malagón et al. | Single Event Upsets characterization of 65 nm CMOS 6T and 8T SRAM cells for ground level environment | |
Ahlbin | Characterization of the mechanisms affecting single-event transients in sub-100 nm technologies | |
Andjelkovic et al. | 2D TCAD simulations of single event transients in 250 nm bulk CMOS technology |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190923 |