Методы увеличения времени функционирования КМОП СБИС запоминающих устройств в составе бортовой аппаратуры космических аппаратов

• Автор: Поливанов, Андрей Павлович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 123 с.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение.

Глава 1. Радиационные эффекты в СБИС ЗУ

1.1. Радиационная обстановка в космосе.

1.2. Радиационные эффекты в МОПструктурах и их влияние на КМОП СБИС

1.3. Отбраковка

1.4. Системные методы увеличения ВБР СБИС и

приборов на их основе.

1.5. Постановка задачи.

Глава 2. Прогнозирование вероятности безотказной работы

СБИС при радиационном воздействии

2.1. Влияние макродефектов на ВБР СБИС.
2.2. Метод изучения процессов образования и зарядки макродефектов в МОПструктурах
2.3. Методика анализа макродефектов
2.4. Анализ макродефектов, образующихся при
облучении быстрыми нейтронами
2.5. Исследование макродефектов при воздействии ТЗЧ
2.6. Исследование процесса зарядки макродефектов
2.7. Прогнозирование интенсивности отказов
2.8. Отказы элементов СБИС от одной ТЗЧ.
2.9. Проект натурного эксперимента
Выводы.
Глава 3. Разработка методов отбраковки ненадежных СБИС ЗУ
3.1. Исследование процессов восстановления СБИС
после гаммаоблучения
3.2. Отбраковка при помощи РТО.
3.3. Разбраковка по начальным параметрам.
Выводы.
Глава 4. Разработка системных методов повышения САС
4.1. Выбор функции распределения радиационных
отказов
4.2. Теоретический анализ переключающегося и сеансного режимов работы СБИС ЗУ в составе Б А КА
4.3. Экспериментальное исследование режима переключения
4.4. Оптимизация режима переключения при постоянной мощности дозы облучения на борту КА.
4.5. Пример расчета ВБР СБИС ПЗУ для эллиптической
Выводы
Заключение
Литература


С другой стороны одним из требований, предъявляемых к современным малым космическим аппаратам, является то, что их срок активного существования (САС) должен достигать . Наиболее тяжелая задача в этом случае - обеспечение необходимой радиационной стойкости БА, в состав которой входят коммерческие электронные компоненты зарубежного производства - в первую очередь высокопроизводительные процессоры и СБИС ЗУ большого объема. БА для отечественных КА разработчики вынуждены применять зарубежную элементную базу коммерческого назначения; необходимый САС БА должен составлять , а в перспективе лет. Сложность применения коммерческих СБИС заключается в том, что их радиационная стойкость часто оказывается недостаточной, качество СБИС может сильно меняться даже в пределах одной партии. Однако, по данным исследований [3] «коммерческие изделия могут соперничать с деталями, квалифицированными для военного и космического применения». Для этого требуется применение комплекса мер, направленных на повышение устойчивости БА к воздействию ионизирующих излучений. Актуальность диссертации. По данным работы [3] в последнее время в нашей стране и за рубежом наметилась тенденция к применению в БА КА элементов индустриального класса вместо дорогих и труднодоступных зарубежных элементов космического класса путем реализации широкой программы отбраковочных, сверхотбраковочных и диагностических испытаний на основе анализа методов неразрушающего контроля, а также конструкционного контроля и физического анализа представительных выборок ИМС от каждой партии. С другой стороны проведенные испытания радиационной стойкости БА КА, созданной с применением зарубежных компонентов коммерческого назначения, показали, что наиболее слабым звеном в БА, определяющим ее радиационную стойкость, являются КМОП СБИС ЗУ [4]. Известные методы отбраковки для данных СБИС не позволили выявить образцы, обладающие повышенной радиационной стойкостью и, соответственно, довести радиационную стойкость всей аппаратуры до приемлемого значения. Поэтому разработка процедуры отбора, позволяющей существенно повысить качество применяемых СБИС ЗУ и в среднем на I. СБИС со скрытыми дефектами, является актуальной задачей. Необходимость построения высокопроизводительной БА КА вынуждает разработчиков применять СБИС со все большей степенью интеграции и, соответственно, все меньшими размерами их элементов. ТЗЧ), например, протонами. Это приводит к тому, что в современных СБИС может наблюдаться эффект отказа элемента СБИС вызванный воздействием одиночной частицы. Отказы элементов от одной частицы уже наблюдались в ПЗС матрицах [5, 6]. В КМОП СБИС ЗУ, входящих в состав испытанной в работе БА, размеры элементов сравнимы с размерами дефектов, создаваемыми ТЗЧ. Поэтому, требуется разработать методику расчета вероятности безотказной работы (ВБР) для современных СБИС ЗУ с учетом возможности их отказов от единичных ТЗЧ и предложить способы, обеспечивающие значение этой вероятности на необходимом уровне. Проведенные испытания СБИС ЗУ на радиационную стойкость показали, что одной из возможных причин их отказа является накопление заряда в крупных дефектах подзатворного оксида. Из этого следует, что методика расчета ВБР СБИС ЗУ должна учитывать и возможность ее отказа при зарядке крупных дефектов. Таким образом, актуальной является задача разработки методов обеспечения необходимого уровня САС БА КА, в состав которого входят коммерческие и индустриальные образцы КМОП СБИС ЗУ. Целью данной диссертации является разработка методов увеличения срока службы коммерческих и индустриальных КМОП СБИС ЗУ, работающих в составе бортовой аппаратуры космических аппаратов. ВБР СБИС ЗУ при применении системных методов увеличения времени функционирования СБИС, эксплуатирующихся в полях низкоинтенсивных ионизирующих излучений. РТО для СБИС ЗУ в корпусах требует «глубокого» отжига, т. ВБР СБИС ЗУ, учитывающая отказы от воздействия ТЗЧ. БА позволит увеличить время наработки на отказ СБИС ЗУ, входящих в состав БА КА и достигнуть увеличение САС всей БА. СБИС ЗУ в корпусах, содержащих макродефекты. МОП-структур при облучении а-частицами.