Генерация и излучение сверхширокополосных импульсных сигналов и их воздействие на элементную базу радиоэлектронных систем

• Автор: Усков, Григорий Константинович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 276 с. : 110 ил.

Содержание

Список используемых сокращений

Введение

Г лава 1. Обратимая деградация ПТШ при воздействии импульсных

помех нано- и субнаносекундной длительности

1.1. Проявление эффекта обратного управления ПТШ под действием импульсной перегрузки во входной цепи

1.2. Обратимая деградация ПТШ под действием периодических импульсов

1.3. Экспериментальное исследование обратимой деградации ПТШ под действием периодических импульсов
1.4. Деградационные процессы характеристик ПТШ при воздействии сверхкоротких видеоимпульсов

1.4.1. Исследование воздействия СКИ положительной полярности

1.4.2. Исследование воздействия СКИ отрицательной полярности
1.4.3. Механизм обратимой деградации ПТШ, при воздействии
СКИ. Интерпретация результатов
1.5. Модели эффектов деградации характеристик ПТШ при воздействии СКИ
1.5.1. Определение параметров структурных моделей ПТШ
1.5.2. Разработка математической модели деградационных процессов в’ ПТШ и определение её параметров на основе экспериментальных данных
1.5.3. Применение модели деградационных процессов ПТШ в пакетах схемотехнического проектирования
1.6. Физическая модель СэАб ПТШ для рассчета объёмного заряда в полуизолирующей подложке
1.7. Характеристики электромагнитной совместивости МШУ при воздействии СКИ
1.7.1. Коэффициент обратимой деградации
1.7.2. Верхняя граница динамического диапазона по обратимой деградации МШУ
Выводы
Глава 2. Воздействие импульсных электроперегрузок на полевые
транзисторы с высокой подвижностью электронов и элементы цифровой КМОП логики
2.1. Воздействие СКИ на НЕМТ транзисторы
2.1.1. Экспериментальное исследование воздействия СКИ
на НЕМТ транзисторы
2.1.2. Механизм воздействия СКИ на полевые транзисторы
2.1.3. Моделирование воздействия СКИ на НЕМТ
2.2. Воздействие СКИ на n-канальный МОП-транзистор
2.2.1. Методика экспериментального исследования
воздействия СКИ на n-канальный МОП-транзистор
2.2.2. Результаты экспериментального исследования
воздействия СКИ на n-канальный МОП-транзистор
2.2.3. Интерпритация экспериментальных результатов
2.3. Воздействие СКИ на триггеры Шмита КМОП-логики
2.3.1. Методика экспериментального исследования
воздействия СКИ на триггеры Шмита КМОП-логики
2.3.2. Результаты экспериментального исследования воздействия
СКИ на триггеры Шмита КМОП-логики и их интерпритация
Выводы
Глава 3. Автоматизированный измерительный комплекс для тестирования
стойкости элементной базы к воздействию сверхкоротких
импульсных помех
3.1. Тестирование полупроводниковой электронной элементной
базы на стойкость к импульсным воздействиям
3.2. Описание программного обеспечения автоматизированного измерительного комплекса
3.3. Методика отбора транзисторов по критериям стойкости к СКИ
Выводы
Глава 4. Разработка генераторов сверхкоротких импульсных
сигналов на основе диодов с накоплением заряда
4.1. Процессы переключения в полупроводниковой структуре диода с накоплением заряда в режиме генерации СКИ
4.1.1. Режим накопления электронно-дырочной плазмы в полупроводниковой структуре диода
4.1.2. Параметры диодов с накоплением заряда

4.1.3. Процессы при генерации сверхкоротких импульсов в полупроводниковой структуре диода с накоплением
заряда. Токи утечки
4.1.4. Экспериментальное исследование переходных процессов
в диодах с накоплением заряда в режиме переключения
4.1.5. Измерение параметров ДНЗ
4.2. Разработка модели диодов с накоплением заряда
4.2.1. Модель ДНЗ, учитывающая процессы накопления паразитного заряда в легированных областях
4.2.2. Реализация модели диода с накоплением заряда в САПР
4.2.3. Методика определения параметров модели ДНЗ по экспериментальным данным
4.3. Разработка генератора сверхкоротких импульсов с индуктивным накопителем энергии
4.3.1. Метод генерации сверхкоротких импульсов с длительным накоплением заряда
4.3.2. Способ генерации СКИ с одновременной накачкой заряда
ДНЗ и накоплением магнитной энергии
4.4. Методы формирования опорных импульсов нано и
субнаносекундной длительности
Выводы
Глава 5. Методы излучения сверхширокополосных импульсных
сигналов
5.1. Моделирование сверхширокополосной системы, излучающей сверхкороткие импульсы
5.1.1. Параметры антенных систем при излучении сверхкоротких импульсов
5.1.2. Моделирование электродинамических систем во временной области
5.1.3. Граничные и начальные условия при расчете рассеянного и излученного поля
5.1.4. Моделирование ТЕМ-рупорной антенны для излучения СКИ
5.2. Оптимизация параметров систем излучения СКИ для улучшения их характеристик
5.2.1. Управление положением главного лепестка импульсной АФАР

градация может иметь характер как быстрого отказа в результате перегрузки, так и характер медленного процесса, имеющего место даже в отсутствие перегрузок при длительной эксплуатации ПТШ [10]. Обратимая деградация всегда является быстрым эффектом, который наступает при кратковременной перегрузке в виде импульса или серии импульсов. По этой причине обратимые эффекты представляют серьезную опасность, поскольку вызывают внезапные отказы аппаратуры с постепенным восстановлением параметров после прекращения действия перегрузки. Вероятность обратимых отказов по причине непреднамеренных помех на практике выше, чем вероятность катастрофических отказов, поскольку требуемая мощность для них ниже. Существуют приложения, для которых вероятность обратимых отказов весьма велика. Такие отказы типичны, например, для приемников в составе радаров, где деградация ПТШ под действием импульсов от собственного передатчика, просачивающихся через защитное устройство, может приводить к снижению чувствительности приемника в межимпульсных промежутках [1-4].
Формирование активных элементов интегральных микросхем (ИМС) в объеме проводящей подложки приводит в ряде случаев к возникновению паразитных 4-х слойных структур, которые могут включиться наподобие тиристора при воздействии электрических импульсных сигналов. Типичным проявлением электрического защелкивания является резкое увеличение тока в цепи питания, входных и выходных цепях ИМС. Резкое увеличение напряжения (0,1 - 10 В/нс) способно вызвать защелкивание, даже если максимальное напряжение воздействия не превышает допустимое по паспорту.
В силу указанных причин необходимо развитие методов диагностики ПТШ с точки зрения прогнозирования его стойкости к обратимым отказам в процессе эксплуатации. Очевидно, методы диагностики должны базироваться на понимании физических процессов, протекающих в полупроводниковой структуре транзистора в условиях перегрузок. Это создает основу для разработки более рациональных и эффективных методик тестирования. Так обычно применяющиеся методики испытаний ПТШ основаны на воздействии СВЧ-импульсами, то есть на возможно более точном воспроизведении реальных условий [2,3]. В то же время, с точки зрения аппаратной организации тестирования, предпочтительно использование воздействий в форме видеоимпульсов. Для того, чтобы распространить результаты тестирования видеоимпульсами на случай СВЧ-перегрузок, необходима уверенность в подобии