Физические механизмы повреждения интегральных микросхем в электромагнитных полях импульсного радиоизлучения

• Автор: Солодов, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 187 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1 Анализ состояния вопроса и постановка задач исследований
1.1 Физические механизмы нарушения работоспособности интегральных микросхем при воздействии импульсным радиоизлучением
1.2 Выводы
1.3 Постановка задач диссертационных исследований
2 Экспериментальные исследования нарушения работоспособности интегральных микросхем
2.1 Методика проведения экспериментальных исследований
1.2 Исследование эффектов воздействия радиоизлучения на интегральные микросхемы
2.3 Результаты исследований повреждения ИМС
2.4 Статистическая обработка результатов
экспериментальных исследований
2.5 Физико-технический анализ поврежденных
интегральных микросхем
2.6 Экспериментальные исследования воздействия
радиоизлучения на СВЧ микросхемы
2.7 Выводы
3 Тепловая модель повреждения интегральных микросхем
3.1 Описание модели, основные результаты
3.2 Полиимпульсный режим тепловыделения
3.3 Тепловой пробой р-п-переходов с различной геометрией
3.4 Выгорание токоведущих линий

3.5 Оценка интенсивности радиоизлучения приводящего к повреждению микросхем
3.6 Выводы
4 Статистическая модель повреждения интегральных
микросхем импульсным радиоизлучением
4.1 Результаты экспериментальных исследований
4.2 хМодель накопления повреждений
4.3 Выводы
Заключение
Список литературы
Приложение Список публикаций по теме диссертационной работы
ВВЕДЕНИЕ
Нарушения работоспособности изделий микроэлектроники зачастую связаны с сильными импульсными электрическими перегрузками в цепях электронных систем. В основе таких нарушений работоспособности, как правило, лежат отказы элементной базы - аналоговых или цифровых микросхем, диодов и т.д. Повышение стойкости элементной базы микроэлектроники (в том числе интегральных микросхем (ИМС), которые являются основными структурными элементами) к внешним воздействиям становится особенно актуальным в последнее время в связи с разработками.* мощных источников радиочастотного излучения [1-10] (случайные и преднамеренные воздействия, «электронный терроризм» [11-12]). Особенно остро этот вопрос стоит для «ответственных» устройств военной и гражданской техники, от нормальной работы которых зависит жизнь людей (датчики на АЭС, пилотажно-навигационное оборудование самолетов, кораблей и т.п.) или нарушение работы которых могут приводить к крупным материальным потерям (устройства хранения информации, ЭВМ) [13-21].
В этой связи задачи исследования физических механизмов повреждения и повышения стойкости элементной базы микроэлектроники к интенсивным электромагнитным импульсам излучения, как на уровне конструктивного исполнения изделий, так и на уровне логики их работы в составе радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) являются актуальными [22-31].
Требования по электромагнитной стойкости элементной базы, т.е. способности выполнять свои функции и сохранять параметры в пределах установленных норм во время, и после воздействия радиоизлучения, влияют на конструирование РЭА. Естественно, перед разработчиками возникает задача свести к минимуму нежелательные последствия, обусловленные действием внешнего радиоизлучения, путем рационального выбора существующей и разрабатываемой элементной базы, идущей на комплектацию аппаратуры, применение специальных схемотехнических,
начинает быстро возрастать (кривая 2 на рис. 1.5). Когда концентрация подвижных носителей становится примерно равной концентрации ионов примеси, поле вблизи л-/7+-границы в ОПЗ становится достаточным для заметной ударной ионизации и появляется участок с отрицательной дифференциальной проводимостью (ВГ на рис. 1.4) [166]. С дальнейшим ростом тока поле «распадается» на две области ионизации, т.е. ударная ионизация в центральной области «-базы уменьшается из-за снижения напряженности поля в этой области. Возрастание тока, сопровождающееся уменьшением, напряжения на структуре, обеспечивается ростом интенсивности ударной ионизации на концах п-области. Распределение поля в этом случае схематически показано на рис. 1.5 штриховой линией (кривая 1).
Появление ‘»-образного участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением неизбежно должно приводить к шнурованию тока [167], т. е. весь лавинный ток сконцентрируется в локальной области. В структурах р -п-п+-типа с умеренно легированной базовой областью отрицательное дифференциальное сопротивление возникает при больших плотностях тока. Концентрация такого большого тока в шнуре приводит к резкому разогреву прибора и к его разрушению.
Однако в рА-п-диодах, базовая область которых легирована очень слабо, критическая плотность тока, при которой возникает отрицательное дифференциальное сопротивление, невелика. В таких структурах, при интенсивном охлаждении, возможно существование стационарных токовых нитей. На геометрические размеры возникающей токовой нити влияет ряд факторов: диффузия носителей из нити в радиальном направлении, силы электростатического взаимодействия между носителями, разогрев и т.д. Рассмотрение этой задачи при учете лишь диффузии носителей из нити в радиальном направлении показало, что типичный диаметр нити составляет значение порядка [168], где О - поперечный коэффициент диффузии