Исследование и разработка методов моделирования характеристик ИМС в условиях воздействия радиации

• Автор: Зольников, Владимир Константинович
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 283 с. : ил.

ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ
на правах рукописи
ЗОЛЬНИКОВ ВЛАДИМИР КОНСТАНТИНОВИЧ
ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ИМС В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ РАДИАЦИИ
Специальность 05.13.12 - системы автоматизации проектирования
Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук
Воронеж 1998

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, ВОЗНИКАЮЩИЕ В МИКРОСХЕМАХ, ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ В ПОЛЯХ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ И СРЕДСТВА МОДЕЛИРОВАНИЯ
1.1. Характеристики дестабилизирующих факторов, воздействующих
НА РАДИОЭЛЕКТРОННУЮ АППАРАТУРУ
1.2. Взаимодействие ионизирующего излучения с биполярными ИМС и возникающие при этом эффекты
1.3.Критерии оценки стойкости и надежности биполярных ИМС
1.4. Методология единого комплексного подхода для прогнозирования показателей радиационной стойкости
1.5. Цель и задачи исследования
ГЛАВА2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ТЕПЛОВЫХ И ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ, ВОЗНИКАЮЩИХ В МАТЕРИАЛАХ ИМС ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ИЗЛУЧЕНИЯ С БОЛЬШИМ ПОГЛОЩЕНИЕМ
2.1. Общие физические принципы моделирования тепловых и термомеханических эффектов
2.2. Моделирование тепловых и термомеханических эффектов
в материалах микросхем
2.2.1. Тепловые эффекты
2.2.2. Термомеханические эффекты
ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭФФЕКТОВ В МИКРОСХЕМАХ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ СТАТИЧЕСКИХ ВИДОВ ИЗЛУЧЕНИЯ С МАЛОЙ МОЩНОСТЬЮ
3.1. Общие принципы моделирования
3.2. Математическая модель деградации электропараметров микросхем в полях ионизирующего излучения малой мощности в различных термотоковых режимах
ГЛАВА 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ИОНИЗАЦИОННЫХ ЭФФЕКТОВ И ЭФФЕКТОВ СМЕЩЕНИЯ
4.1. Общие принципы моделирования ионизационных эффектов и эффектов смещения с помощью макромоделирования
4.2. Математические модели прогнозирования
ионизационных эффектов и эффектов смещения
ГЛАВА 5. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ РАДИАЦИОННО-СТОЙКИХ ИМС В ТИПОВЫХ АРМ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ
5.1. Архитектура и развитие технических средств типовых АРМ
5.1.1. Обзор уровня и перспектив развития САПР изделий электронной техники
5.1.2. Архитектура АРМ проектирования ИЭ и ВТ
5.1.3. Состояние и пути развития отечественных АРМ
5.2. Структура программных средств проектирования
микросхем в типовых АРМ на ПЭВМ
5.3. Базовые графические средства описания проектов типовых АРМ
5.3.1. Особенности структуры базовой графической подсистемы

5.3.2. Особенности реализации лингвистических и информационных средств
5.3.3. Возможности основных алгоритмов
5.3.4. Особенности программной реализации базовой графической подсистемы
5.4. Программные модули, обеспечивающие учет радиационных эффектов В ПОДСИСТЕМЕ моделирования цифровых
РАДИАЦИОННО-СТОЙКИХ МИКРОСХЕМ
5.4.1. Комплекс программ расчета стойкости микросхем по тепловым и термомеханическим эффектам
5.4.2. Комплекс программ расчета электропараметров микросхем при воздействии импульсных видов излучения
5.4.3. Комплекс программ расчета электропараметров микросхем при воздействии статических видов излучения малой мощности
5.5. Системный подход к моделированию параметров радиационно-стойких ЦИФРОВЫХ микросхем в АРМ проектирования изделий электронной техники и режимы работы подсистемы
5.5.1. Реализация системного подхода при проектировании
радиационно-стойких ИМ С в разработанной подсистеме
5.5.2. Режимы работы подсистемы
ГЛАВА 6. ЭФФЕКТИВНОСТЬ СРЕДСТВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЦИФРОВЫХ РАДИАЦИОННО-СТОЙКИХ МИКРОСХЕМ
6.1. Экспериментальная оценка точности и эффективности
РАЗРАБОТАННЫХ СРЕДСТВ МОДЕЛИРОВАНИЯ
6.2 ВНЕДРЕНИЕ СРЕДСТВ МОДЕЛИРОВАНИЯ
6.3. Разработка методического обеспечения
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛАТЕРАТУРА

тепла и температуры слоя вследствие перераспределения тепла в структуре изделия. Следовательно, расчет тепловых эффектов заключается в расчете профиля температур слоев, полученного непосредственно после воздействия излучения и пересчете этого профиля температур до момента времени, когда температура спадает до безопасного уровня. Профиль температур рассчитывается для заданных оператором моментов времени. Для полного анализа всех тепловых процессов традиционная модель многослойной структуры заменяется на предложенную нами модель, в которой многослойная структура сводится к однослойной со сложным начальным профилем распределения температур[49].
Расчет термомеханических эффектов включает в себя:
- расчет для каждого слоя напряжений сжатия;
- расчет напряжения интерференции, возникающего в слоях, где наблюдается интерференция упругих волн сжатия;
- расчет напряжений теплового расширения, которые представлены двумя составляющими: линейной - где расчет теплового расширения и соответствующего ей напряжения рассчитывается по толщине слоя и определяется для каждого слоя, и двумерной - где расчет теплового расширения и соответствующих им напряжений рассчитывается между слоями с учетом длины и ширины слоев.
Расчет термомеханических эффектов производится по традиционной модели многослойной структуры [50], но при расчете теплового расширения традиционная модель заменяется на предложенную нами модель, которая представляет собой жестко связанные плоскости [51].
Таким образом, для расчета всех приведенных эффектов основная модель конструкции ИМС (многослойная структура) дополняется:
1. Моделью перераспределения тепла в структуре изделия, представляющей собой однослойную одномерную модель (многослойная структура с реальной шириной заменяется на однослойную с приведенной шириной, равной реальной, умноженной на коэффициент, учитывающий различие в теплофизических константах);
2. Динамической двумерной моделью напряжений, возникающих в результате теплового расширения элементов конструкции изделия. С этой целью многослойная структура заменяется на совокупность плоскостей, представляющих