Лазерные методы оценки стойкости КМОП БИС к тиристорным эффектам при воздействии отдельных ядерных частиц

• Автор: Печенкин, Александр Александрович
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 126 с. : ил.

Ведение. Общая характеристика работы
Глава 1 Эффекты в КМОП БИС при воздействии отдельных заряженных
частиц и методы их исследований
1.1. Локальные радиационные эффекты в КМОП БИС
1.2. Особенности возникновения тиристорных эффектов в КМОП
БИС при воздействии ОЯЧ
1.3. Существующие методы и средства исследований тиристорных эффектов в КМОП БИС
Глава 2 Метод на основе сфокусированного лазерного воздействия
2.1. Физические основы метода на основе сфокусированного лазерного воздействия
2.2. Требования к лазерному воздействию для моделирования тиристорных эффектов от воздействия ОЯЧ
2.3. Методика исследования тиристорных эффектов в КМОП БИС с использованием сфокусированного лазерного воздействия
2.4. Экспериментальные исследования тиристорных эффектов в КМОП БИС с применением сфокусированного лазерного воздействия
Глава 3 Метод на основе локального лазерного воздействия
3.1. Локальное лазерное воздействие
3.2. Модель чувствительной области
3.3. Ионизационная реакция при локальном лазерном воздействии
3.4. Параметры чувствительности
3.5. Методика исследования тиристорных эффектов в КМОП БИС с использованием локального лазерного воздействия
3.6 Сравнение результатов исследования тиристорных эффектов в КМОП БИС с использованием локального лазерного воздействия и ускорителей протонов и ионов

Глава 4 Аппаратно-программные и технические средства для
исследования тиристорных эффектов методами на основе лазерного воздействия
4.1. Лабораторные лазерные комплексы
4.2. Вспомогательные технические средства для исследования тиристорных эффектов в КМОП БИС
4.3. Автоматизация процесса исследования тиристорного эффекта в КМОП БИС методами на основе лазерного воздействия
4.4. Дополнительные возможности методов лазерного воздействия
для исследования тиристорного эффекта в КМОП БИС
Заключение
Список литературы
Список сокращений

Введение
Диссертация направлена на решение важной научно-технической задачи по развитию методов и средств оценки чувствительности КМОП БИС к тиристорным эффектам от воздействия отдельных заряженных частиц (ОЯЧ) космического пространства с использованием методик лазерного воздействия, имеющей существенное значение для оценки, прогнозирования и обеспечения радиационной стойкости электронных устройств вычислительной техники и систем управления космического назначения.
Актуальность темы диссертации
Проблема повышения сроков активного существования космических аппаратов при воздействии радиационных факторов космического пространства является крайне актуальной в связи с широким применением высокоинтегрированных изделий микроэлектроники в бортовой аппаратуре космических аппа-ратов[1,2]. Вместе с тем, применение КМОП БИС с субмикронными проектными нормами приводит к возможности возникновения в них тиристорных эффектов [3] в полях воздействия ОЯЧ (тяжелых заряженных частиц (ТЗЧ) и вы-сокоэнергетичных протонов (ВЭП) космического пространства (КП)) [4]. Применение радиационно-стойких БИС, позволяет решить задачу по обеспечению стойкости электронной аппаратуры к тиристорным эффектам, но ограниченная функциональная номенклатура подобных изделий не позволяет обеспечить требуемые технические характеристики космических аппаратов. Этот факт вынуждает разработчиков электронной аппаратуры применять высокоинтегрированные изделия микроэлектроники, изготовленные по субмикронной объемной КМОП технологии, которые потенциально уязвимы, так как имеют низкие пороги возникновения тиристорных эффектов при воздействии ОЯЧ [5]. Тенденция к уменьшению технологических размеров современных БИС приводит к тому, что локальные эффекты от воздействия ОЯЧ выходят на передний план, по сравнению с эффектами поглощенной дозы. Таким образом, крайне актуальной является задача по разработке методов оценки чувствительности КМОП

неиммерсионных микрообъективов), но при этом увеличивается угол расходимости пучка, что приводит к заметному увеличению диаметра сфокусированного излучения в глубине кристалла БИС. Действительно, как показано автором, нет необходимости стремиться к получению минимальных размеров оптического пятна, так как при этом в самой чувствительной области излучение будет иметь большую расходимость. Если предположить, что на расстоянии, равном эффективной длине собирания заряда Lf (порядка 5 мкм), площадь пучка не должна увеличиваться более чем в 2 раза, можно получить ограничение на диаметр сфокусированного пятна:
Так как для моделирования заряженных частиц в приближении линейных потерь энергии, а не полного собирания заряда, глубина проникновения излучения в кремний должна превышать длину собирания заряда Lf, то длина волны лазерного излучения не должна быть менее 700 нм (см. рис. 2.2). При указанных выше предположениях получаем, что диаметр сфокусированного излучения будет не менее 1.5-2 мкм.
Таким образом, полной идентичности моделирования трека заряженной частицы лазерным излучением на физическом уровне достичь не удается.
В работе [12] проведено расчетное моделирование распределения плотности неравновесных носителей заряда при пролете заряженной частицы и при воздействии сфокусированного лазерного излучения. Видно, что в начальный момент времени профили распределения неравновесных носителей заряда существенно различаются (рис. 2.3). Однако возникает вопрос: требуется ли обеспечить эту адекватность на физическом уровне? Ведь нас интересуют реально только электрические реакции ИС, а именно, чтобы они были эквиваленты при воздействии ОЯЧ и сфокусированного лазерного излучения.
(2.4)