Проектирование микросхем с учетом воздействия статического ионизирующего излучения космического пространства

• Автор: Скляр, Валерий Александрович
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 174 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. СОВРЕМЕННЫЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ЭЛЕКТРОННОЙ КОМПОНЕНТНОЙ БАЗЫ И ИХ ВОЗМОЖНОСТИ ПО УЧЕТУ ВЛИЯНИЯ КОСМИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
1.1. Виды ионизирующих излучений в космическом пространстве и эффекты радиационного воздействия в комплементарных микросхемах

1.1.1. Внешние воздействующие факторы космического пространства

1.1.2. Источники ионизирующих излучений в космическом пространстве

1.1.3. Радиационные эффекты в КМОП микросхемах

1.2. Анализ текущего состояния средств автоматизации проектирования электронной компонентной базы космического назначения
1.3. Аспекты моделирования воздействия излучения космического пространства на электронную компонентную базу базу. Постановка задачи
Выводы
2. СТРУКТУРА, МЕТОДИКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ И ОБОСНОВАНИЕ ТИПОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ БАЗОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ РАДИАЦИОННЫХ ЭФФЕКТОВ ВОЗДЕЙСТВИЯ ФАКТОРОВ КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА В САПР ДЛЯ СКВОЗНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ КМОП СБИС
2.1.Методика автоматизированного проектирования изделий электронной компонентной базы стойкой к воздействию излучения космического пространства
2.2. Структура проблемно-ориентированного программного
обеспечения
2.3. Выбор критериальных параметров к гамма-излучению
2.4. Расчет поглощенной дозы при воздействии ионизирующего излучения космического пространства
Выводы
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ИОНИЗАЦИОННЫХ ЭФФЕКТОВ В КМОП-ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМАХ В САПР СКВОЗНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

3.1. Моделирование накопления дозы в МОП - транзисторе при воздействии космического излучения низкой интенсивности
3.1.1. Методология моделирования процесса радиационно-индуцированного накопления заряда в структуре диэлектрика МОП-транзистора с учетом влияния полевого окисла
3.1.2. Моделирование процесса накопления заряда в области подзатворного диэлектрика
транзистора
3.1.3. Процесс радиационно-индуцированное накопление заряда в подзатворном диэлектрике МОП-структуры при воздействии низкоинтенсивного ионизирующего излучения
3.1.4. Выбор значений параметров, определяющих кинетику накопления заряда в диэлектрике при радиационном воздействии
3.1.5. Моделирование процесса накопления поверхностных состояний
3.2. Расчет изменения схемотехнических параметров при воздействии низкоинтенсивного излучения факторов космического пространства
3.3. Алгоритмическая основа расчета стойкости КМОП СБИС при воздействии факторов космического
пространства
Выводы
4. ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ, ИНТЕГРАЦИИ В СИСТЕМУ СКВОЗНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ РАЗРАБОТАННЫХ СРЕДСТВ САПР
4.1. Структура, особенности построения разработанных средств них интеграция в САПР для сквозного проектирования интегральных микросхем
4.2. Оценка точности и эффективности разработанных средств САПР
4.3. Методическое обеспечение и результаты внедрения
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ: Методика прогнозирования параметрической
надежности ИС при их эксплуатации в полях ионизирующего излучения малой мощности

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Для любой страны важен приоритет в самых высокотехнологичных областях. Космическая техника - это одна из отраслей, которая способна вывести на передовые позиции страну, где ей уделяется самое пристальное внимание. Считается одним из важнейших показателей технологического приоритета страны - наличие широко развитой космической отрасли. Но ключевой проблемой данной отрасли является создание радиационно-стойкой электронной компонентой базы.
Отметим, что космическое ионизирующее излучение имеет две глобальные составляющие, каждая из которых характеризуется своим механизмом протекания физических процессов и соответственно своими методами защиты от них. Одна составляющая - это статическое излучение, состоящее из электронного, протонного и гамма-излучения, вторая - воздействие отдельных ядерных частиц. Для первой составляющей характерны процессы деградации электропараметров и постепенное увеличение числа функциональных отказов, для второй - временные кратковременные отказы, возможны и катастрофические отказы.
В данной работе мы будем рассматривать статические ионизирующие излучения. Они характеризуются малой мощностью излучения. Механизм воздействия низкоинтенсивного излучения вместе с изменением температуры среды имеет некоторые особенности, которые связаны с деградацией элементов интегральных схем. При рассмотрении КМОП - технологии экспериментально установлено, что с уменьшением мощности деградация возрастает. Данное явление исследовалось экспериментально, но на практике были выработаны только рекомендации для экспериментальных исследований, которые позволяли адаптировать экспериментальные данные, полученные при высокой мощности, к данным, которые получились бы при малой мощности, характерной для космоса. Теоретические модели носили частный характер и не использовались в САПР. К таким работам следует отнести разработки сотрудни-

действия низкоинтенсивных радиационных излучений космического происхождения.
Следовательно, основной целью данной работы является создание комплекса моделей, методов решения, программных средств, алгоритмов моделирования воздействия низкоинтенсивных излучений космического происхождения для обеспечения процесса разработки специализированных КМОП СБИС.
Для достижения поставленных целей необходимо обеспечить решение следующих задач:
1. Проанализировать современное состояние средств САПР, определить проблемы и направления их дальнейшего развития;
2. Сформулировать целевые задачи, требования и методику проектирования элементов схем для обеспечения процесса разработки специализированных КМОП СБИС для использования в космическом пространстве;
3. Провести обоснование выбора структуры проблемно-ориентированной программной платформы средств автоматизации проектирования специализированной КМОП элементной базы для применения в условиях космического пространства;
4. Провести разработку математических моделей и алгоритмов моделирования физических процессов влияния воздействия радиационного излучения на активные области приборов в условиях космического пространства с учетом низкой интенсивности излучения;
5. Провести разработку алгоритмического обеспечения для расчета деградации параметров типовых активных элементов, обеспечить программную реализацию разработанных средств проектирования и их интеграцию в общую программную среду проектирования КМОП СБИС для использования разрабатываемых изделий в космическом пространстве;
6. С использованием разработанных средств проектирования провести разработку типовой библиотеки логических элементов КМОП СБИС, с использованием которой осуществить проектирование микросхем, стойких к