Моделирование радиационных отказов пьезопреобразователей механических величин на кремниевых, карбидкремниевых и диэлектрических структурах

• Автор: Бойченко, Дмитрий Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 150 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Области применения и основные тенденции развития ПМВ для спецаппаратуры.

1.1. Тенденции развития и типовая структура ПМВ

1.2. Основные конструктивнотехнологические особенности ПМВ

1.3. Оценка радиационной стойкости ПМВ

1.4. Особенности применения имитационных методов исследований МВ на радиационную стойкость

1.5. Основные задачи и структура исследований

1.6. Выводы

ГЛАВА 2. Доминирующие радиационные эффекты в ПМВ на кремниевых структу рах

2.1. Анализ синфазной составляющей ионизационной реакции

ПМВ на кремниевых структурах

2.2. Анализ парафазной составляющей ионизационной реакции
ПМВ на кремниевых структурах
2.3. Методы повышения стойкости ПМВ па кремниевых структурах
к воздействию эффектов мощности дозы
2.4. Экспериментальные исследования радиационного поведения
ПМВ на кремниевых структурах
2.5. Выводы
ГЛАВА 3. Доминирующие радиационные эффекты в ПМВ на карбидкремнисвых структурах
3.1. Моделирование эффектов мощности дозы в ПМВ на карбидкремнисвых структурах
3.2. Учет вклада модуляции проводимости Срезисторов на величину ионизационного отклика ПМВ па карбид кремниевых структурах
3.3. Анализ применимости лазерного имитационного моделирования эффектов мощности дозы в ПМВ на карбидкремниевых структурах
3.4. Экспериментальные исследования радиационного поведения ПМВ на карбидкремниевых структурах
3.5. Выводы
ГЛАВА 4. Доминирующие радиационные эффекты в ПМВ на
диэлектрических структурах
4.1. Моделирование доминирующих механизмов радиационных
отказов ПМВ на пьезокерамических структурах
4.2. Анализ применимости имитационных методов исследований
эффектов дозы и мощности дозы в ПМВ на диэлектрических структурах
4.3. Методика дозиметрического сопровождения имитационных
радиационных испытаний ПМВ
4.4. Выводы
ГЛАВА 5. Методики, технические средства и результаты
экспериментальных исследований радиационного поведения ПМВ на кремниевых, карбидкремниевых и диэлектрических структурах
5.1 Общая методика и экспериментальный комплекс для
исследований радиационной стойкости ПМВ
5.2 Общая методика исследований и экспериментальный
комплекс для оценки стойкости аналоговых элементов вторичных преобразователей к специальным внешним воздействиям
5.3 Результаты экспериментальных исследований
доминирующих механизмов радиационных отказов основных аналоговых элементов вторичных преобразователей
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Исследование и моделирование доминирующих механизмов радиационных отказов аналоговых элементов вторичных преобразователей с учетом расширенной системы их информативных параметров-критериев работоспособноеги, получение и систематизация оригинальных экспериментальных данных о радиационном поведении вторичных преобразователей в широких диапазонах режимов работы, температуры и уровней воздействий. Разработана модель ионизационного отклика кремниевых мостовых пьезопреобразователей, основанная на численном решении фундаментальной системы уравнений в программном пакете «ОЮОЕ-ЗБ», в соответствии с которой синфазный отклик выходного напряжения преобразователей на импульсное ионизирующее воздействие определяется реакцией паразитных диодных структур между контактами пьезорсзис горов и подложкой, а парафазный - асимметрией топологии преобразователя. Разработана модель ионизационного отклика мостовых пьезопреобразоватслсй на карбидкремниевых структурах, основанная на численном решении фундаментальной системы уравнений в программном пакете «DIODE-SiC», в соответствии с которой основным механизмом отклика преобразователей является радиационно-индуцированная ионизационная проводимость диэлектрических слоев. Разработана модель ионизационного отклика пьезокерамических преобразователей, учитывающая распределение центров захвата дырок на межзеренной границе, в соответствии е которой зависимость ионизационного тока преобразователя от интенсивности ионизирующего воздействия является сублинейной, что соответствует выводам теории множественного захвата и подтверждается экспериментально. Установленное влияние накопленного радиационно-индуцированного положительного заряда на величину ионизационного тока пьезокерамических преобразователей приводит к необходимости совместного анализа эффектов дозовых и мощности дозы, что определяет неадекватность для этих задач методов лазерного имитационного моделирования. Экспериментально показано, что ионизационный отклик пьезокерамических преобразователей при воздействии лазерных имитаторов определяется термомеханическими процессами в результате импульсного неоднородного энерговыделепия и вторичным пироэффектом. Результаты проведенного теоретического моделирования в системе GEANT показывают, что относительные значения поглощенной дозы в ньезокерамических преобразователях уменьшаются на порядок на глубине до мкм, что не позволяет использовать рентгеновские имитаторы для моделирования дозовых эффектов в пьезокерамике в связи с существенной неоднородностью распределения поглощенной дозы в чувствительном элементе пьезокерамического преобразователя. Установлено, что стойкость пьсзопреобразоватслсп механических величин по указанным эффектам существенно (более чем на порядок величины) выше по сравнению с элементами вторичных преобразователей. Результаты диссертации внедрены в ГНЦ НИК «Технологический центр» МИЭТ. ФГУП ФНПЦ «ИИИИС им. Е.Ю. Седакова» и ОАО «ЭНПО СПЭЛС» при разработке и радиационных испытаниях интегральных преобразователей давления и ускорения (ИПД, ПДМ, АВИ), использованы в отчетности по НИР, выполненным по заказам Минобороны России и предприятии оборонного комплекса (НИР «Мида», «Вельвет», «Латинист» и др. Получены оригинальные результаты экспериментальных исследований аналоговых элементов вторичных преобразователей, выполненных по биполярной, КМОП, БиКМОП, КМОП КНС технологиям, в том числе операционных усилителей, компараторов напряжения, аналоговых ключей и коммутаторов и специализированных СБИС. Впервые исследования проводились с контролем расширенной системы параметров критериев радиационной стойкости в диапазоне температур. Разработано более методик испытаний элементов вторичных преобразователей, результаты испытаний внедрены в ОАО «Ангстрем», ОАО «Светлана-Полупроводники», ОАО «ИИМЭ и Микрон», ПКК «Миландр» и ОАО «ЭНПО СПЭЛС». Предложена методика выбора информативного набора параметров-критериев радиационной стойкости пьезопреобразователей механических величин на кремниевых, карбидкремниевых и диэлектрических структурах, основанная на контроле электрических и точностных параметров в процессе воздействия.