Развитие лазерных методов испытаний интегральных схем на стойкость к воздействию отдельных ядерных частиц

• Автор: Савченков, Дмитрий Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 137 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ ИС НА СТОЙКОСТЬ К ВОЗДЕЙСТВИЮ ОЯЧ. ИСПЫТАНИЯ НА ЛАЗЕРНЫХ УСТАНОВКАХ И НА УСКОРИТЕЛЯХ ОЯЧ
1.1. Испытания на лазерных установках и ускорителях ОЯЧ как альтернатива друг
Другу
1.2. Совместное использование испытаний на ускорителе и методики сфокусированного лазерного воздействия
1.3. Методика локального лазерного воздействия
Выводы
ГЛАВА 2. РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ ЛАЗЕРНЫХ ИСПЫТАНИЙ
2.1. Неравномерность распределения коэффициента оптических потерь лазерного излучения по площади кристалла ИС
2.2. Выбор оптимальных параметров лазерного излучения
2.3. Корректировка сечения одиночных эффектов
2.4. Воздействие лазерного излучения со стороны подложки ИС
2.5. Измерение диаметра лазерного пятна. Нож Фуко
Выводы
ГЛАВА 3. АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА ПРОВЕДЕНИЯ ЛАЗЕРНЫХ ИСПЫТАНИЙ
3.1. Общая структура приложения для управления процессом лазерных испытаний
3.2. Алгоритмы работы отдельных модулей приложения автоматизации лазерных испытаний
Выводы
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ АПРОБАЦИЯ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ЛАЗЕРНЫХ ИСПЫТАНИЙ ИС НА СТОЙКОСТЬ К ВОЗДЕЙСТВИЮ ОЯЧ
4.1. Верификация методики локального лазерного воздействия на тестовых структурах с микронными проектными нормами
4.2. Апробация методики локального лазерного воздействия при воздействии лазерного излучения со стороны подложки
4.3. Учет неоднородности распределения коэффициента потерь лазерного излучения по площади кристалла ИС при совместном использовании источников импульсного лазерного и гамма-излучения
4.4. Апробация метода измерения формы лазерного пятна
4.5. Статистика результатов лазерных испытаний
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Приложение А. Алгоритм определения параметров чувствительности ИС к воздействию ОЯЧ с помощью лазерных источников ионизирующего излучения
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
ВВЕДЕНИЕ
Диссертация направлена на решение актуальной научно-технической задачи по совершенствованию и развитию методов и аппаратно-программных средств лазерных испытаний полупроводниковых элементов вычислительной техники и систем управления на стойкость к воздействию отдельных ядерных частиц (ОЯЧ) и протонов космического пространства (КП).
Актуальность темы диссертации
В настоящее время сроки активного существования космических аппаратов во многих случаях определяются стойкостью элементной базы устройств вычислительной техники и систем управления бортовой аппаратуры к воздействию отдельных ядерных частиц и протонов космического пространства.
Основным средством для оценки стойкости интегральных схем (ИС) к воздействию отдельных ядерных частиц (ОЯЧ) космического пространства (КП) являются ускорители ионов и протонов, которые, тем не менее, имеют ряд существенных недостатков. Лазерные испытания наряду с ними позволяют существенно расширить информативность результатов, а в ряде случаев являются единственным средством оценки стойкости элементов систем управления, например, в случае ИС, изготовленных по технологии flip-chip.
Помимо сечения одиночных эффектов (ОЭ) и пороговых значений линейных потерь энергии (ЛПЭ) их возникновения, лазерные методы позволяют получать дополнительную информацию, например:
• координаты областей возникновения ОЭ на кристалле ИС;
• наиболее чувствительные области кристалла ИС;
• размеры отдельных чувствительных областей;
• вольтамперные характеристики (ВАХ) тиристорных структур;
• факт сохранения либо не сохранения работоспособности при выдержке ИС в состоянии тиристорного эффекта (ТЭ) в течение произвольных промежутков времени;
При этом лазерные испытания являются трудоемким процессом, включающим следующие типовые процедуры:
• поиск наиболее чувствительных по ОЭ областей, т. е. областей с наименьшей пороговой энергией ОЭ;
• получение зависимостей пороговой энергии лазерного излучения (ЛИ) для возникновения ОЭ от диаметра пятна ЛИ;
• получение зависимостей параметров импульса ионизационной реакции от параметров ЛИ при воздействии на ИС, включенную в т. н. «режиме фотодиода»;
• получение зависимости сечения ОЭ от энергии ЛИ;
• исследование сохранения работоспособности ИС при выдержке в состоянии ТЭ;
Некоторые из этих процедур могут быть выполнены испытателем вручную, что, однако, приводит к затягиванию сроков испытаний; другие, например, получение зависимости сечения ОЭ от энергии ЛИ, вручную выполнить практически не возможно. Поэтому актуальной задачей является увеличение производительности за счет автоматизации перечисленных процедур лазерных испытаний. Разработка программных средств автоматизации, в свою очередь требует связи в единую систему множества разнородного оборудования, используемого при испытаниях, с возможностью ее расширения, а также удаленной работы с использованием локальных вычислительных сетей (ЛВС). Автоматизация требует разработки алгоритмов для существующих этапов испытаний, а также предоставляет возможности для расширения методик испытаний новыми алгоритмами.
Состояние исследований по проблеме. В России и за рубежом широко применяются лазерные методы для проведения экспериментальных исследований по оценке чувствительности ИС к эффектам воздействия ОЯЧ. За рубежом лазерные методы представлены в работах авторов S. Buecher, P. Fouillât,

-о- Л = 1000 нм. Тр = 28 пс - ♦ к = 900 нм, Тр = 28 пс А = 850 нм. Тр = 28 пс —*— л = 800 нм. Тр = 28 пс

1.Е-09 1.Е-08 1.Е-07 1.Е-06 1.Е-
КС, с
Рисунок 1.3.11- Зависимость амплитуды импульса ионизационной реакции VКтах_рисчепк умноженной на емкость С и нормированной на энергию лазерного излучения -1ли_расчет, от постоянной времени ЯС для подложки р-типа при различных значениях длины волны ЛИ.
Определив экспериментально длительность импульса ионизационной реакции на полувысоте при различных значениях Я,, можно по номограмме (рисунок 1.3.10) определить ЯС, Я,„ и С. Зная эти величины можно по номограмме (рисунок 1.3.11) определить Я!ктах^асчет- Тогда по формуле (1.3.21) определяется коэффициент потерь Кт, который, будучи подставлен в формулу (1.3.6), даст коэффициент пропорциональности К/Кт между энергией лазерного излучения и его эффективным значением ЛПЭ:
Таким образом, исследование ионизационной реакции позволяет установить коэффициент пропорциональности между энергией лазерного излучения и его эффективным значением ЛПЭ для определенной чувствительной области. На сегодняшний день в методике сфокусированного
(1.3.22)