доклад в формате PPT

Комплексный подход к
проектированию
радиационно-стойких
аналоговых микросхем
О.В. Дворников
д.т.н., доц. (ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн",
г. Минск, Беларусь)
oleg_dvornikov@tut.by
Технологический маршрут изготовления
радиационно-стойких аналоговых ИС
Особенности 1,5 мкм БиПТП- технологии
Применение
известных
конструктивно-технологических
способов увеличения радиационной стойкости (полной
диэлектрической изоляции, тонкопленочных резисторов,
вертикальных p-n-p- транзисторов с тонкой активной базой и
др.) приводит к существенному удорожанию ИС.
При создании на ОАО «Интеграл» (г. Минск, Беларусь)
маршрута изготовления микросхем с биполярными (БТ),
полевыми транзисторами с p-n- переходом (ПТП) и проектной
нормой 1,5 мкм использован компромиссный подход,
ориентированный
на
одновременное
увеличение
быстродействия,
уменьшение
шумов
и
стоимости,
обеспечение радиационной стойкости, а именно:
• формирование комбинированной изоляции элементов
диэлектриком и p+- скрытым слоем для уменьшения площади
p-nпереходов
и
предотвращения
«защелкивания»
транзисторных структур при радиационном воздействии;
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
2
Технологический маршрут изготовления
радиационно-стойких аналоговых ИС
• уменьшение всех топологических размеров;
• уменьшение глубины залегания базовой и эмиттерной
областей
n-p-nтранзистора
и
максимальное
увеличение концентрации примеси в них;
• конструктивное
исключение
соприкосновения
областей n+- эмиттера и диэлектрической изоляции
для предотвращения тока утечки между коллектором и
эмиттером n-p-n- транзистора по окислу;
• формирование резисторов на сильнолегированных
полупроводниковых областях;
• повышение плотности тока в транзисторных
структурах до границы наступления эффектов
высокого уровня инжекции.
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
3
Технологический маршрут изготовления
радиационно-стойких аналоговых ИС
Вид структуры кристалла
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
4
Технологический маршрут изготовления
радиационно-стойких аналоговых ИС
Элементы структуры
Пластина кремниевая Подложка
эпитаксиальная со
N+ - скрытый слой
скрытым слоем
P+ - скрытый слой
Эпитаксиальный слой
Разделение
Глубокий коллектор
Базовый окисел
P - канал
P+ - база
P- база
N+ - затвор
N+ - эмиттер
Металл 1
Межуровневый диэлектрик
Металл 2
Пассивация
Обозначение Толщина,
мкм
H0
H1
H2
H3
H4
H5
H6
H7
H8
H9
H10
H11
H12
H13
H14
H15
460±20
6,0±1,0
2,5±0,3
2,3±0,3
1,35±0,05
2,5±0,4
0,22±0,02
1,4±0,3
0,6±0,1
0,36±0,04
0,4±0,04
0,22±0,02
0,55±0,05
0,8±0,1
1,1±0,1
0,9±0,1
Тип
Поверхностное
проводи- сопротивление,
мости
Ом/
p
10±2,0 Ом/см
n+
35±8
p+
150±30
n1,0±0,1 Ом/см
–
–
n+
22±4
–
–
p5500±700
p+
80±20
p560±60
n+
60±20
n+
45±5
–
–
–
–
–
–
–
–
Данные по изготовлению отдельных слоев структуры
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
5
Технологический маршрут изготовления
радиационно-стойких аналоговых ИС
Параметры транзисторов и тестовых элементов
Наименование параметра, размерность, режим измерения
Норма
n-p-n БТ
Коэффициент усиления b (DIB = 1 мкА, VCE = 1 В, NB = 5)
>100
Пробивное напряжение коллектор- эмиттер VCEOBR, В, (база в обрыве)
>8
Пробивное напряжение коллектор-база VCBBR, В
>12
Пробивное напряжение эмиттер-база VEBBR, В
>4,5
L p-n-p БТ
Коэффициент усиления b (D IB = 1 мкА, VCE = 1 В, NB = 5)
>15
Пробивное напряжение коллектор- эмиттер VCEOBR, В, (база в обрыве)
>8
Пробивное напряжение коллектор-база VCBBR, В
>10
Пробивное напряжение эмиттер-база VEBBR, В
>10
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
6
Технологический маршрут изготовления
радиационно-стойких аналоговых ИС
Параметры транзисторов и тестовых элементов
Наименование параметра, размерность, режим измерения
Норма
Малосигнальный р- ПТП
Максимальный ток стока, мкА, (VDS = 4 В, VGS = 0)
110-220
Напряжение отсечки, В
1,5-2,5
Тестовые элементы
p- база, сопротивление слоя, Ом/квадрат
n+- глубокий коллектор, сопротивление слоя, Ом/квадрат
Напряжение пробоя изоляции, В
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
500-620
19-25
>16
7
Радиационно-стойкий базовый
матричный кристалл «АБМК_1_3»
На основе 1,5 мкм БиПТП- технологии создан базовый матричный
кристалл (БМК) типа «АБМК_1_3» для изготовления малошумящих и
широкополосных аналоговых ИС. «АБМК_1_3» содержит четыре
идентичных канала, каждый из которых состоит из двух макрофрагментов.
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
8
Радиационно-стойкий базовый
матричный кристалл «АБМК_1_3»
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
9
Радиационно-стойкий базовый
матричный кристалл «АБМК_1_3»
По периметру БМК расположены сложнофункциональные
контактные площадки, которые используются для соединения
кристалла проводниками с траверсами корпуса или в качестве
элементов ИС:
• PAD2Q – два многоэмиттерных малошумящих n-p-n-транзистора;
• PADJ – малошумящий p-ПТП;
• PADJDG – два двухзатворных p-ПТП;
• PADC – МОП- конденсатор с номиналом 2,3 пФ.
Каждый макрофрагмент включает один изолированный карман, в
котором размещены резисторы с номиналом от 650 Ом до 15,1кОм
и 70 Ом; n-p-n-транзисторы (NPNC) для источников стабильного
тока; МОП- конденсаторы с емкостью 0,95 пФ; функциональноинтегрированные элементы (PNPJF), представляющие собой
каскодное соединение p-n-p-транзистора и p-ПТП; n-p-nтранзисторы с объединенными коллекторами (GC); 4-х- слойные
полупроводниковые структуры (TW), позволяющие с помощью
различного выполнения межсоединений областей получить два
n-p-n- или p-n-p-транзистор.
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
10
Результаты радиационных испытаний
Место
испытаний:
установка
ИБР-2,
канал
№3,
Объединенный институт ядерных исследований (г. Дубна, РФ).
Экспериментальная установка описана в Сообщении ОИЯИ, Р1396-403. Испытания проведены совместно с Замятиным Н.И.
(CMS-RDMS/JINR meeting, Dubna, 15.04.1998).
Объект испытаний: тестовые транзисторы, резисторы,
микросхема «Тетрод-Б», изготовленные по 1,5 мкм БиПТПтехнологии.
Условия испытаний: гамма-источник -
137Cs,
комнатная
температура, без электрического режима.
Интегральный
Поглощенная доза,
поток нейтронов, Мрад
н/см2, En>100 кэВ
Плотность потока
или мощность дозы
2*1014
9*1012
-
2*1010 н/(см2*с)
2*1010 н/(см2*с)
180 крад/ч
0,12
1,0
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
11
Результаты радиационных испытаний
Зависимость коэффициента
усиления тока β от тока коллектора
p-n-p- транзистора: 1 – до
облучения, 2 - после воздействия
потока нейтронов 9*1012н/см2
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
Зависимость коэффициента
усиления тока β от тока коллектора
p-n-p- транзистора: 1 – до
облучения, 2 - после воздействия
потока нейтронов 2*1014н/см2
12
Результаты радиационных испытаний
Зависимость коэффициента усиления Зависимость коэффициента усиления
тока β от тока коллектора
тока β от тока коллектора
малошумящего n-p-n транзистора: 1 – малошумящего n-p-n транзистора: 1 –
до облучения, 2 - после воздействия
до облучения, 2 - после воздействия
потока нейтронов 9*1012н/см2
потока нейтронов 2*1014н/см2
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
13
Результаты радиационных испытаний
Зависимость коэффициента усиления
тока β от тока коллектора
малосигнального n-p-n транзистора:
1– до облучения, 2 - после
воздействия потока нейтронов
9*1012н/см2
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
Зависимость коэффициента
усиления тока β от тока коллектора
малосигнального n-p-n транзистора:
1 – до облучения, 2 - после
воздействия потока нейтронов
2*1014н/см2
14
Результаты радиационных испытаний
Зависимость коэффициента
усиления тока β от тока коллектора
малошумящего n-p-n транзистора:
1– до облучения, 2 - после гаммаоблучения, поглощенная доза 1Мрад
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
Зависимость коэффициента
усиления тока β от тока коллектора
малосигнального n-p-n транзистора:
1 – до облучения, 2 - после гаммаоблучения, поглощенная доза 1Мрад
15
Результаты радиационных испытаний
R1
10k
R2
2.5k
Vcc1
Vcc2
R5
500
Q1
Q4
Q6
Q8
Q10 Outn
Q9
Q2
Q11
Outp
Q5
Inp
Q3
Q7
R3
2.5k
R4
5k
RF 100k
Vee1
R6
500
Vee2
CF 0.5p
Электрическая схема усилителя Тетрод-Б
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
16
Результаты радиационных испытаний
ENC,
скз.эл.
4
5,0K
4,5K
4,0K
3
Зависимость эквивалентного шумового
заряда (ENC) ИС «Тетрод- Б» от
емкости детектора (Cd) при времени
формирования Tp=0,5 мкс:
1 – до облучения,
2 - после воздействия потока
нейтронов 9*1012н/см2,
3
после
гаммаоблучения,
поглощенная доза 1 Мрад,
4 - после воздействия потока
нейтронов 2*1014н/см2
 2kT I E 
ENC   S 2TP q
  
 qRF b 
2
3,5K
2
3,0K
1
2,5K
2,0K
0
40
80
120
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
160
200 Cd, пФ
 S1

kT (C D  C F  C INPAMP ) 2 T 
TP
IE
2
 S1 kTRB (C D  C F ) 2
TP

где S1, S2 – коэффициенты,
характеризующие форму импульса на
выходе фильтра, соединенного с ИС
«Тетрод- Б»
17
Результаты радиационных испытаний
•
•
•
Выводы по результатам испытаний:
n-p-n, p-ПТП сохраняют свою работоспособность при
поглощенной дозе гамма-излучения 1 Мрад и потоке
нейтронов 2*1014 н/см2, а горизонтальные p-n-pтранзисторы - при потоке нейтронов до 9*1012 н/см2.
Изменение величины сопротивления резисторов при
поглощенной дозе гамма-излучения 1 Мрад и потоке
нейтронов 2*1014 н/см2 не происходит в пределах
погрешности измерений.
Среднее изменение параметров p-ПТП составляет
условия облучения
2*1014 н/см2
9*1012 н/см2
1,0 Мрад
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
изменение
максимального
тока стока, %
-18,6
-10,0
-10,6
изменение
напряжения
отсечки, %
-8,5
-3,4
-6,0.
18
Результаты радиационных испытаний
•
•
•
Выводы по результатам испытаний:
Коэффициент усиления паразитного транзистора
(коллектор-коллектор близко расположенных n-p-nтранзисторов) чрезвычайно мал (0,1-0,2), не
изменяется при гамма- облучении и уменьшается
до 0,02 при воздействии потока нейтронов.
Пробивное
напряжение
транзисторов
при
воздействии радиации не ухудшилось.
Радиационная стойкость разработанных n-p-nтранзисторов незначительно уступает зарубежным
аналогам, изготовленным по DMILL и H2CMOSтехнологиям.
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
19
Результаты радиационных испытаний
Место испытаний: канал PS-T8 ускорителя PS,
стенд
IRRAD2,
Европейский
центр
ядерных
исследований (г. Женева, Швейцария).
Объект испытаний: ИС 8-ми канального усилителя-
формирователя-дискриминатора «АНОД», изготовленная
по 1,5 мкм БиПТП- технологии. Испытания проведены
Чеховским В.А., Солиным А.В.
Условия испытаний: Облучение ИС проводилось в
течение нескольких экспозиций, в перерывах между
которыми измерялись основные характеристики
схемы. Спектр нейтронов - аналогичный ожидаемому
на
установке
LHC.
Во
время
облучения
осуществлялся контроль напряжения питания и тока
потребления ИС, а также регистрировались
срабатывания каждого канала.
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
20
Результаты радиационных испытаний
Схема проведения эксперимента
Cable
l  40m
Primary PS proton
beam :
Beam line: PS-T8
Beam energy : 24 GeV/c
Beam spot (h,v) : 6 x 4
cm2
ASIC
position
Cable bobbin
Shuttle
"load"
position
Test
Setup
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
Shuttle
"beam"
position
Beam
line
Secondary particles in
the irradiation cavity :
d=10cm
neutron : 50 KeV  >20
MeV
p, +, - : 0.3  4 GeV
gamma : 100 KeV  100
MeV
21
Результаты радиационных испытаний
Shaper output DC voltage of irradiated ASIC's
3
2,9
2,8
2,7
Udc (V)
2,6
2,5
2,4
ASIC#1
2,3
ASIC#4
ASIC#5
2,2
ASIC#6
2,1
2
0
1E+12
2E+12
3E+12
4E+12
5E+12
Neutron (E>100KeV) fluence (n/cm2)
Linear
(ASIC#5)
Linear
(ASIC#6)
Linear 6E+12
(ASIC#1)
Linear
(ASIC#4)
7E+12
Зависимость постоянного напряжения на выходе формирователя от
интегрального потока нейтронов
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
22
Результаты радиационных испытаний
Average ME1/1 Anode ASIC output pulse width
70,00
ASIC#1
ASIC#4
60,00
ASIC#5
Width (ns)
ASIC#6
50,00
40,00
30,00
20,00
0
1E+12
2E+12
3E+12
4E+12
5E+12
6E+12
7E+12
Neutron (E>100KeV) fluence (n/cm2)
Зависимость длительности выходного импульса от интегрального
потока нейтронов
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
23
Результаты радиационных испытаний
Average gain of irradiated ANODE ASIC's
50,0
45,0
40,0
Gain (mV/fC)
35,0
30,0
25,0
20,0
15,0
10,0
5,0
0,0
0
1E+12
2E+12
3E+12
4E+12
5E+12
6E+12
7E+12
Neutron (E>100KeV) fluence (n/cm2)
Зависимость среднего значения коэффициента преобразования
усилителя от интегрального потока нейтронов
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
24
Результаты радиационных испытаний
Average threshold of irradiated ANODE ASIC's
50,0
45,0
40,0
Threshold (fC)
35,0
Uthres. control=100mV
Uthres. control=50mV
30,0
25,0
20,0
15,0
10,0
5,0
0,0
0
1E+12
2E+12
3E+12
4E+12
5E+12
6E+12
7E+12
Neutron (E>100KeV) fluence (n/cm2)
Зависимость порога срабатывания дискриминатора от интегрального потока
нейтронов
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
25
Результаты радиационных испытаний
Average ENC of irradiated ANODE ASIC's
10000,0
ENC (e)
9000,0
8000,0
7000,0
6000,0
5000,0
0
1E+12
2E+12
3E+12
4E+12
5E+12
6E+12
7E+12
Neutron (E>100KeV) fluence (n/cm2)
Зависимость шумов от интегрального потока нейтронов
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
26
Результаты радиационных испытаний
Исследование “эффектов одиночных событий” (SEE)
при облучении ИС нейтронами с энергией Еn>20 МэВ
Схема проведения эксперимента
R ~ 20 Ohm/1w
UThres
UThres
Power
Supply
Latch up
Circuit
Latch up
Circuit
To Counter (NIM)
Latch up
Circuit
ANODE
ASIC #1
Ucc
To Counter (NIM)
Ucc
UThres
Comp
Ucc
ANODE
ASIC #2
6V
I ~50mA
+4.8 V
~ 40 m
To Counter (NIM)
Ucc
ANODE
ASIC #3
ANODE
ASIC #4
Located on IRRAD-2
shuttle
Monostab.
~ 10ms
To Counter (NIM)
UThres
Latch - Up Circuit
Located in IRRAD-2
counting room
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
27
Результаты радиационных испытаний
Исследование “эффектов одиночных событий” (SEE)
при облучении ИС нейтронами с энергией Еn>20 МэВ
Исследование эффекта «защелкивания» (SEL)
Назначение схемы - защита ИС по току. Порог компаратора
подбирался таким образом, чтобы при превышении заданной
величины тока источника питания ток потребления ИС
ограничивался на время срабатывания одновибратора
Т~10мс. Сигнал с выхода одновибратора подавался на
счетчик, контролируемый в процессе облучения.
Результаты эксперимента показали отсутствие эффекта
«защелкивания» (SEL), вплоть до интегрального потока
нейтронов 6*1011н/см2 с энергией Еn>20МэВ.
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
28
Результаты радиационных испытаний
Исследование “эффектов одиночных событий” (SEE) при
облучении ИС нейтронами с энергией Еn>20 МэВ
Исследование кратковременных сбоев (SEU)
Регистрация событий проводилась с каждого канала облучаемой
ИС в течение 5 часов. На рисунке представлена зависимость
среднего значения сечения sseu для 4-х облученных ИС (32 канала)
от величины интегрального потока нейтронов при значении порога
дискриминатора, равного Tresh =18 фК (100 мВ).
sseu=Nseu/Fn,
где Nseu- количество зарегистрированных SEU- событий,
Fn- интегральный поток нейтронов.
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
29
Результаты радиационных испытаний
Исследование “эффектов одиночных событий” (SEE) при
облучении ИС нейтронами с энергией Еn>20 МэВ
Исследование кратковременных сбоев (SEU)
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
30
Результаты радиационных испытаний
Исследование “эффектов одиночных событий” (SEE) при
облучении ИС нейтронами с энергией Еn>20 МэВ
Зависимость среднего значения сечения SEU-эффекта от напряжения
управления порогом дискриминатора
SEU cross-section of ANODE ASIC as a function of discriminator threshold
3,6E-08
3,1E-08
2
sSEU (cm )
2,6E-08
2,1E-08
1,6E-08
1,1E-08
6,0E-09
1,0E-09
50
100
150
200
250
300
350
400
450
Threshold (mV)
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
31
Результаты радиационных испытаний
Подробная методика и результаты опубликованы
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
32
Основные направления работ
•
•
•
Основные направления работ при создании
радиационно-стойких микросхем:
разработка комбинированных моделей, адекватно
описывающих
радиационное
изменение
параметров интегральных элементов;
схемотехнический синтез аналоговых ИС с
минимальным изменением характеристик при
воздействии проникающей радиации;
совершенствование
методик
радиационных
испытаний.
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
33
Подход к проектированию радиационностойких микросхем
При
проектировании
радиационно-стойких
микросхем
целесообразно
применение
следующего подхода:
1. Выявление параметров моделей интегральных
элементов, оказывающих наиболее сильное влияние
на характеристики аналоговых микросхем.
2. Определение взаимосвязи параметров моделей с
конструктивно-технологическими
параметрами
типовой структуры.
3. Разработка соотношений, связывающих параметры
моделей и излучения (вид излучения, энергия,
поглощенная доза, интегральный поток частиц) с
помощью эмпирических коэффициентов.
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
34
Подход к проектированию радиационностойких микросхем
При
проектировании
радиационно-стойких
микросхем
рекомендуется
применение
следующего подхода:
4. Разработка методов идентификации основных
параметров моделей из измерений и методик
радиационного воздействия на элементы и
аналоговые компоненты в режимах близких к
рабочим.
5. Измерение вольт- амперных характеристик (ВАХ)
облученных
интегральных
элементов,
идентификация основных параметров моделей,
корректировка эмпирических коэффициентов для
выбранного
технологического
маршрута
изготовления микросхем.
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
35
Подход к проектированию радиационностойких микросхем
При
проектировании
радиационно-стойких
микросхем
рекомендуется
применение
следующего подхода:
6. Схемотехническое моделирование аналоговых ИС,
выявление каскадов наиболее чувствительных к
воздействию ПР и их модернизация (введение цепей
компенсации входных токов, стабилизация режима
работы,
уменьшение
изменения
напряжения
смещения нуля, применение
новых методов
построения
сложно-функциональных
аналоговых
компонентов).
7. Выявление интегральных элементов критически
чувствительных к воздействию ПР, их топологическая
модернизация или замена на радиационно-стойкие.
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
36
Схемотехнический синтез аналоговых
радиационно-стойких ИС
•
•
•
•
•
Подход к проектированию аналоговых ИС со
средним уровнем радиационной стойкости:
использование дифференциальной структуры ИС;
увеличение плотности эмиттерного тока;
использование горизонтальных p-n-pтранзисторов только в источниках тока или в
схемах с общей базой (ОБ);
формирование резисторов на
сильнолегированных полупроводниковых слоях;
схемотехническая модернизация каскадов
(введение цепей компенсации входных токов,
стабилизация режима работы, уменьшение
изменения напряжения смещения нуля).
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
37
Схемотехнический синтез аналоговых
радиационно-стойких ИС
Электрическая схема трансрезистивного усилителя Amplifier_1
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
38
Схемотехнический синтез аналоговых
радиационно-стойких ИС
до модернизации
после модернизации
Напряжение на выходе усилителя Amplifier_1 до и после воздействия
потока нейтронов
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
39
Схемотехнический синтез аналоговых
радиационно-стойких ИС
Электрическая схема программируемого операционного
усилителя Amplifier_5
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
40
Схемотехнический синтез аналоговых
радиационно-стойких ИС
V(OUT)
4.0V
Amplifier_5_initial, Vcc=Vee=5V, Rload=50k
2.0V
4.0V
V(OUT)
Amplifier_5, Vcc=Vee=5V, Rload=50k
2.0V
Voff=-544.41u, Fn=1013sm-2
Voff=-85.44u,Fn=5*1013sm-2
0V
Voff=-556.91u,Fn=1013sm -2
0V
Voff=-746.58u,Fn=10 -4sm-2
-2.0V
Voff=-564.88u,Fn=5*10 13sm-2
Voff=-620.41u,Fn=10-4sm -2
-2.0V
-4.0V
-4.0mV
-2.0mV
0V
V_Vin-
до модернизации
2.0mV
4.0mV
-4.0V
-4.0mV
-2.0mV
0V
V_Vin-
2.0mV
4.0mV
после модернизации
Передаточная характеристика усилителя Amplifier_5 до и после воздействия
потока нейтронов
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
41
Схемотехнический синтез аналоговых
радиационно-стойких ИС
Электрическая схема компаратора Comparator_1
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
42
Схемотехнический синтез аналоговых
радиационно-стойких ИС
Передаточная характеристика
компаратора Comparator_1 до и после
воздействия потока нейтронов
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
Выходное напряжение компаратора
Comparator_1 до и после (штриховая)
воздействия потока нейтронов
Fn=1014sm-2
43
Схемотехнический синтез аналоговых
радиационно-стойких ИС
до модернизации
после модернизации
Входные токи компаратора Comparator_1 до и после воздействия потока
нейтронов
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
44
Особенности ОУ с высоким уровнем
радиационной стойкости
(раздел подготовлен совместно с Старченко Е.И.)
Требования к схемотехнике ОУ с высоким уровнем радиационной
стойкости :
1. В качестве критерия качества при схемотехническом синтезе и оптимизации
следует выбирать минимальное изменение определяющего параметра ИС при
радиационном воздействии (например, для быстродействующего ОУ – скорости
нарастания выходного напряжения, для прецизионного – напряжения смещения
или уровня шумов).
2. Не применять горизонтальные Lp-n-p-транзисторы для усиления, заменять их
p-ПТП.
3. Источники вытекающего тока целесообразно выполнять на p-ПТП, а
втекающего – на n-p-n-транзисторах.
4. Для двухкаскадного ОУ входной дифференциальный каскад рекомендуется
выполнить на:
-n-p-n-транзисторах с источником втекающего тока;
- на p-ПТП с источником вытекающего тока;
- комбинации n-p-n- и p-ПТП с перекрестными связями (ток дифференциального
каскада определяется напряжением затвор-исток p-ПТП.
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
45
Особенности ИС с высоким уровнем
радиационной стойкости
(раздел подготовлен совместно с Старченко Е.И.)
5. Промежуточный каскад может быть реализован на:
- n-p-n-транзисторах, если дифференциальный каскад выполнен с
использованием p-ПТП;
- симметричном "перегнутом каскоде" с использованием p-ПТП;
- на несимметричном "перегнутом каскоде" с использованием p-ПТП.
6. Выходной каскад должен быть выполнен по схеме двухтактного
повторителя напряжения с использование комбинации p-ПТП и n-p-nтранзисторов.
7. При проектировании программируемого ОУ следует выбирать схемную
конфигурацию с минимальным количеством источников тока, задающих
статический режим, причем желательно, чтобы все источники тока были
либо втекающего либо вытекающего тока. Программируемые источники
вытекающего тока целесообразно сформировать на p-ПТП или p-n-pтранзисторах, однако необходимо предусмотреть компенсацию деградации
их усиления при радиационном воздействии, например, использовать
отрицательные обратные связи для стабилизации тока коллектора p-n-pтранзистора.
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
46
Особенности ИС с высоким уровнем
радиационной стойкости
(раздел подготовлен совместно с Старченко Е.И.)
Электрическая схема источника опорного напряжения ref_3
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
47
Особенности ИС с высоким уровнем
радиационной стойкости
(раздел подготовлен совместно с Старченко Е.И.)
1.49V
1.030
Ref_3
Ref_3
1.48V
1.020
1.47342@Fn=1e14sm-2
1.01337@Fn=1e14sm-2
1.47V
1.010
1.46V
1.00170@Fn=1e13sm-2
1.45645@Fn=1e13sm-2
1.45422@Fn=1e12sm-2
1.000
1.00017@Fn=1e12sm-2
1.00000@Fn=1e-4sm-2
1.45397@Fn=1e-4sm-2
1.45V
4.0V
V(OUT)
5.0V
V_Vcc
6.0V
0.995
4.0V
5.0V
V(OUT)/1.45397V
V_Vcc
6.0V
Выходное и нормированное выходное напряжение ref_3 до и после
воздействия потока нейтронов
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
48
Особенности ИС с высоким уровнем
радиационной стойкости
(раздел подготовлен совместно с Старченко Е.И.)
Электрическая схема источника опорного напряжения ref_5
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
49
Особенности ИС с высоким уровнем
радиационной стойкости
(раздел подготовлен совместно с Старченко Е.И.)
1.045
2.22V
Ref_5
Ref_5
1.040
2.20V
2.17878@Fn=1e14sm-2
1.02605@Fn=1e14sm-2
1.020
2.15V
2.12998@Fn=1e13sm-2
1.00300@Fn=1e13sm-2
2.12426@Fn=1e12sm-2
2.12363@Fn=1e-4sm-2
2.11V
4.5V
5.0V
V(OUT)
5.5V
V_Vcc
6.0V
6.5V
1.00030@Fn=1e12sm-2
1.000
1.00000@Fn=1e-4sm-2
0.995
4.5V
5.5V
5.0V
V(OUT)/2.12363V
V_Vcc
6.0V
6.5V
Выходное и нормированное выходное напряжение ref_5 до и после
воздействия потока нейтронов
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
50
Особенности ИС с высоким уровнем
радиационной стойкости
(раздел подготовлен совместно с Старченко Е.И.)
Электрическая схема источника опорного напряжения ref_ST
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
51
Особенности ИС с высоким уровнем
радиационной стойкости
(раздел подготовлен совместно с Старченко Е.И.)
2.940V
1.008
Ref_ST
2.93869@Fn=1e14sm-2
Ref_ST
1.00754@Fn=1e14sm-2
2.930V
1.004
2.920V
1.00082@Fn=1e13sm-2
2.91909@Fn=1e13sm-2
1.00008@Fn=1e12sm-2
2.91694@Fn=1e12sm-2
2.915V
7.2V
2.91670@Fn=1e-4sm-2
8.0V
9.0V
10.0V
V(OUT)
V_Vcc
1.000
1.00000@Fn=1e-4sm-2
0.999
7.2V
8.0V
9.0V
V(OUT)/2.91670V
V_Vcc
10.0V
Выходное и нормированное выходное напряжение ref_ST до и после
воздействия потока нейтронов
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
52
Заключение
•
•
•
•
•
1. Для обеспечения производства радиационно-стойких аналоговых
микросхем выполнен ряд работ, в том числе:
модернизирован технологический маршрут изготовления БиПТП ИС;
создан базовый матричный кристалл «АБМК_1_3»;
проведены
радиационные
испытания
тестовых
транзисторов,
резисторов, микросхемы «Тетрод-Б», изготовленных по БиПТПтехнологии, на установке ИБР-2, ОИЯИ (г. Дубна, РФ); ИС 8-ми
канального усилителя-формирователя-дискриминатора «АНОД» - на
установке IRRAD2, CERN (г. Женева, Швейцария).
2. Радиационные испытания позволили установить, что:
n-p-n, p-ПТП сохраняют свою работоспособность при поглощенной дозе
гамма-излучения 1 Мрад и потоке нейтронов 2*1014 н/см2, а
горизонтальные p-n-p- транзисторы - при потоке нейтронов до
9*1012н/см2;
примененные конструктивно-схемотехнические решения обеспечили
отсутствие в ИС «АНОД» эффекта «защелкивания», вплоть до
интегрального потока нейтронов 6*1011н/см2 с энергией Еn>20МэВ.
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
53
Заключение
3. Сформулирован и реализован комплексный подход к проектированию
радиационно-стойких микросхем:
•
описано влияние проникающей радиации на характеристики
интегральных элементов в “Spice- подобных” программах, которое
проверено при моделировании ВАХ элементов «АБМК_1_3»;
•
разработаны требования к синтезу аналоговых ИС со средним уровнем
и ОУ с высоким уровнем радиационной стойкости;
•
уточнены методики дистанционного контроля работоспособности
аналоговых ИС, создана экспериментальная установка для измерений
ИС при радиационном облучении и методика регистрации одиночных
событий, позволяющая отдельно зафиксировать кратковременные сбои
и «защелкивания».
4. Для элементов «АБМК_1_3» спроектированы ИС трансрезистивного и
операционного усилителей, компаратора, источников опорного
напряжения малочувствительные к воздействию потока нейтронов
величиной до 1013 см–2.
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
54
Особенности радиационных
испытаний
аналоговых микросхем
О.В. Дворников
д.т.н., доц. (ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн",
г. Минск, Беларусь)
oleg_dvornikov@tut.by
University
55
Совершенствование методик
радиационных испытаний
(раздел подготовлен Чеховским В.А.)
Контроль функционирования ОУ при облучении
Вх
Вых
UВЫХСУМ
UВЫХСУММАКС
uВЫХ
uВЫХ
DA1
R2*
R2
С1
UВЫХ
ГС
Sw2
t0
t3
t2
t1
t
D, F
Возможное изменение выходного сигнала
ОУ при радиационном воздействии и Uвх=0,
R1*
R1
uвх=const
R
U ВЫХ  U СМ 2  I ВХ R2 ,
R1
Схема включения ОУ в режиме
 R1
1 
усиления напряжения

,
u u

Sw1
ВХ
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
ВЫХ
R1 K ОУ2

R2
u ВЫХ1
u ВЫХ2
R
 2
K ОУ 
1

R2 
1 
 1

R1 K ОУ1 

.
56
Совершенствование методик
радиационных испытаний
(раздел подготовлен Чеховским В.А.)
Контроль функционирования компаратора при облучении
uВХ+
UВЫХСУМ
U(t)
R1
DA1
UВХ-
uВХ+
R2
Схема включения компаратора
напряжения
t0
t1
t2
t3
t
D, F
Возможное изменение выходного сигнала
компаратора при радиационном воздействии
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
57
Совершенствование методик
радиационных испытаний
(раздел подготовлен Чеховским В.А.)
Регистрация одиночных событий
При регистрации одиночных событий (SEE-эффекты) необходимо
различать тиристорный эффект (SEL) и кратковременные сбои
(SEU).
При SEU-эффекте на выходе аналогового устройства появляется
«ложный» кратковременный импульс напряжения и происходит
изменение тока потребления, но ИС не теряет работоспособность.
Для регистрации SEU-эффекта рекомендуется считать импульсы
выходного напряжения аналогового устройства при постоянном
напряжении на его входах.
Инженерный критерий SEU-эффекта: SEU-событие происходит,
если при входном постоянном напряжении на выходе аналогового
устройства появляется кратковременный импульс с размахом
более 10% типового выходного сигнала.
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
58
Совершенствование методик
радиационных испытаний
(раздел подготовлен Чеховским В.А.)
I(t)
IПОР
IП
t0
t1
t2
t3
t4
Предполагаемое изменение
тока потребления IП
и следящего порога IПОР при
радиационном воздействии
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
t
SEL-эффект вызывает значительное и
продолжительное увеличение
тока
потребления
и
прекращение
функционирования ИС, которое может
быть устранено только при выключении
и повторном включении источников
напряжения питания.
При
регистрации
SEL-событий
рекомендуется использовать следящий
порог: за оговоренное количество
периодов входного синусоидального
напряжения
определяется
среднеквадратическое значение тока
потребления (IПСКЗ) и устанавливается
величина порогового тока (IПОР), при
превышении
которого
источники
напряжения питания автоматически
отключаются
и
находятся
в
выключенном состоянии до повторного
включения
(перезапуска).
Каждый
перезапуск источников напряжения
питания рассматривается как SELсобытие. IПОР = (1,5…2)IПСКЗ.
59
Совершенствование
методик радиационных
испытаний
Совершенствование
методик
(раздел подготовлен Чеховским В.А.)
радиационных испытаний
(раздел подготовлен Чеховским В.А.)
Блок-схема установки для измерений во время облучения и регистрации
одиночных событий при использовании радионуклидных (не импульсных)
источников
MО
X1
X4
ИП1
ЦАП
АЦП
ЭМО1
X2
МО - Модуль основной
ЭМО – электронный модуль с
образцом
X3
ГС1
СУ - согласующее устройство
ГС – генератор сигналов произвольной
формы
ИП2
ЭМО2
ИП – источник питающих уровней
Сч – счетчик импульсов
ГС2
USB
Х –электрические разъемы
Сч
Канал 1
СУ
Канал 2
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
60
Совершенствование
методик радиационных
испытаний
Совершенствование
методик
(раздел подготовлен Чеховским В.А.)
радиационных испытаний
(раздел подготовлен Чеховским В.А.)
Установка для измерений во время облучения и регистрации одиночных событий
ГС
Стандартное оборудование:
Сч
ЦАП
Осциллограф В-423.
АЦП
Генератор сигналов произвольной
формы В-332 и аналого-цифровой порт
В-381 в составе измерительного
многофункционального комплекса
«УНИПРО»
ИП1-2
МО
Специализированное оборудование:
ИП – источник питающих уровней
МО - модуль основной
ЭМО
СУ
ЭМО – электронный модуль с образцом
СУ - согласующее устройство
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
61
Совершенствование
методик радиационных
испытаний
Совершенствование
методик
(раздел подготовлен Чеховским В.А.)
радиационных испытаний
(раздел подготовлен Чеховским В.А.)
Специализированное оборудование в составе установки для измерений во время
облучения и регистрации одиночных событий
ИП:
•Четыре канала (по два положительных и
отрицательных уровня)
•Линейный выход в каждом канале для независимого
измерения тока потребления
•Регулировка выходного уровня напряжения
•Регулировка уровня срабатывания схемы защиты от
«защелкивания»
МО + ЭМО:
•TTL -выход для регистрации момента «защелкивания»
•Монтаж образца в зоне облучения
•Подключение кабелей для подачи/съема сигналов и
уровней питания
•Быстрая замена образцов в зоне облучения
•Унифицированная схема подключения ИС для
паспортизации параметров до/во время/после облучения
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
62
Совершенствование методик радиационных испытаний
(раздел подготовлен Чеховским В.А.)
MО
X1
Основные параметры установки для измерений во время облучения и регистрации
одиночных событий при использовании радионуклидных (не импульсных) источников
X4
ИП1
ЦАП
АЦП
ЭМО1
X2
X3
ГС1
ИП2
ЭМО2
ГС2
Сч
Канал 1
СУ
Канал 2
USB
Количество образцов ИС, находящихся в зоне облучения:
2 шт.
Максимальная частота регистрации SEE событий:
10 кГц
Входные сигналы ЭМО:
импульсное и синусоидальное напряжение
Измеряемые параметры:
ток потребления образцов (по 4 каналам),
амплитуда (размах), частота и
коэффициент заполнения выходного
сигнала ЭМО
Диапазон регулировки выходных уровней питания: 3.5  7.0 В ( -3.5  -7.0 В)
Максимальный выходной ток :
до 100мА/канал
Минимальный порог срабатывания
схемы защиты от «защелкивания» :
<2мА
Средняя задержка срабатывания схемы защиты :
<2мкс*
Интервал времени между моментом срабатыванием защиты и
повторным включением канала ИП :
40 – 120 мкс (регулируется)
Точность измерения тока потребления, не хуже:
25 мкА
Емкость нагрузки (на канал):
от 10 до 200 нФ
*) при среднем токе потребления 20 мА/канал и емкости нагрузки <20 нФ
Сч
ЦАП
АЦП
ИП1-2
МО
ЭМО
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
СУ
63
Совершенствование методик радиационных испытаний
(раздел подготовлен Чеховским В.А.)
Осциллограммы в основных узлах ИП и
ЭМО (с ТИУ Ampl-1.14)
(тестовый режим)
Сверху вниз:
•Импульс тока нагрузки при имитации
«защелкивания» (масштаб по вертикали
20мА/дел.)
•Напряжение на шине уровня питания Vcc
(масштаб по вертикали 5В/дел.)
•Форма сигнала на дифференциальном
выходе ТИУ Ampl-1.14. (масштаб по
вертикали 5В/дел.).
Входной сигнал: синусоидальный
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
64
Совершенствование методик радиационных испытаний
(раздел подготовлен Чеховским В.А.)
Осциллограммы в основных узлах ИП и
ЭМО (с компаратором напряжения
Cmp-1.17)
(тестовый режим)
Сверху вниз:
•Импульс тока нагрузки при имитации
«защелкивания» (масштаб по вертикали
10мА/дел.)
•Напряжение на шине уровня питания Vcc
(масштаб по вертикали 5В/дел.)
•Форма сигнала на дифференциальном
выходе компаратора напряжения Cmp-1.17.
(масштаб по вертикали 1В/дел.).
Входной сигнал: синусоидальный
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
65
Совершенствование методик радиационных испытаний
(раздел подготовлен Чеховским В.А.)
Осциллограммы в основных узлах ИП и
ЭМО (с ТИУ Ampl-1.14)
(тестовый режим)
Влияние емкости нагрузки: шина Vcc ЭМО
шунтирована конденсатором >200нФ
Сверху вниз:
•Импульс тока нагрузки при имитации
«защелкивания» (масштаб по вертикали
20мА/дел.)
•Напряжение на шине питания Vcc (+5В)
(масштаб по вертикали 5В/дел.)
•Форма сигнала на дифференциальном
выходе ТИУ Ampl-1.14. (масштаб по
вертикали 5В/дел.).
Входной сигнал: синусоидальный
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
66
Совершенствование методик радиационных испытаний
(раздел подготовлен Чеховским В.А.)
Предварительные измерения параметров образцов
ИС компаратора Cmp-1.17
90
100mV
Коэффициент заполнения, %
80
Образец №43
250mV
500mV
70
60
Коэффициент заполнения
выходного сигнала в зависимости от
входного тока инвертирующего
входа (InInv) при различных
амплитудах входного
синусоидального напряжения.
100 кГц
50
40
30
uВХ+
20
R1
R1=10 Ом, R2=10 кОм
DA1
10
UВХ-
0
-20
-10
0
R2
10
20
30
Ток, мкА
0.35
Оценка точности измерений в
зависимости от амплитуды и
частоты входного сигнала.
Ст. откл., %
Входной ток смещения (покоя) инвертирующего входа: ~2.5мкА
UA=100мВ
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
100 kHz
500 kHz
0.05
0
-10
-5
0
5
10
15
Ток, мкА
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
67
Учет влияния проникающей
радиации в «Spiceподобных» программах
О.В. Дворников
д.т.н., доц. (ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн",
г. Минск, Беларусь)
oleg_dvornikov@tut.by
University
68
Учет влияния проникающей
радиации
Радиационное изменение «SPICE-параметров» n-p-n БТ
1
1
1

 TF  K τNB FN 
 TF  K B FN ,
BFF BF0
BF0
N DE x E D NB
 NB N DE N DE
BF 
~
~
,
N ABW BA D PE  PE N AB
N AB
QB 0
1
1
VAF 
~ N AB d C ~ N AB

,
C JC 0
N AB N DC
qDNB n I2 S E  NB
1
IS 
~
~
,
N ABWBA
N AB N AB
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
69
Учет влияния проникающей
радиации
Радиационное изменение «SPICE-параметров»
2
WBA
1
TF 
~
,
2 DNB  NB
d EF
nI
ISEF  ISE0
 qnI vSF K SURF
PE d EF  d SURF ,
dE
N AB
для n  p  n
d EF
nI
ISEF  ISE0
 qnI vSF K SURF
PEWBA ,
dE
N DB
для Lp  n  p
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
70
Учет влияния проникающей
радиации
Радиационное изменение «SPICE-параметров» n-p-n БТ
Зависимость скорости поверхностной рекомбинации vSF от дозы
поглощенного излучения DE быстрых электронов. Штриховая линия –
известные экспериментальные данные, сплошная линия –
примененная аппроксимация
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
71
Учет влияния проникающей
радиации
Радиационное изменение «SPICE-параметров» n-p-n БТ
QB0 S E qN ABWBA S E
IKF 

~ N AB  NB ~ N AB ,
TF
TF
1
1
1
RC ~ N DC
, RE ~ N DE
, RB ~ N AB
,
1,5
VBR
 EG   N B 
 60
  16 
 1,1   10 
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
0.75
~ N B0.75 .
72
Учет влияния проникающей
радиации
Радиационное изменение «SPICE-параметров» ПТП
4 0  CH W
BETA 
~  CH ,
3aL
qN CH a 2
VTO 
~ N CH ,
2 0
0,5
LAMBDA ~ N CH
, RD ~ N D1 , RS ~ N S1.
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
73
Учет влияния проникающей
радиации
Радиационное изменение основных параметров
полупроводников
nF
 exp  K N F ,
n0
1
KN   ,
cn0
1
F
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»

1
0
 K F.
74
Учет влияния проникающей
радиации
Учет фототоков в интегральных элементах
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
75
Учет влияния проникающей
радиации
Работоспособность
моделей
проверена
при
моделировании ВАХ элементов «АБМК_1_3».
Кроме деградации β при воздействии потока нейтронов
и гамма-излучения, выявлено:
• отсутствие изменения выходного малосигнального
сопротивления n-p-n- транзисторов и уменьшение
выходного малосигнального сопротивления горизонтальных
p-n-p-транзисторов при воздействии потока нейтронов, что
может
быть
объяснено
существенно
большей
концентрацией примеси в базе n-p-n, по сравнению с p-n-p;
• отсутствие изменения характеристик p-ПТП при гаммаоблучении и небольшое уменьшение напряжения отсечки
при воздействии потока нейтронов, что может быть
объяснено незначительным изменением подвижности и
уменьшением концентрации основных носителей заряда в
канале p-ПТП.
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
76
Учет влияния проникающей
радиации
Результаты моделирования ВАХ элементов «АБМК_1_3»
100
100
2GC
2GC
Fn=1e-4sm-2
Dg=100rad
Fn=1e12sm-2
Dg=300krad
75
75
Fn=1e13sm-2
Dg=1Mrad
50
50
Fn=1e14sm-2
Dg=5Mrad
25
0
1.0uA
25
10uA
100uA
I(Q1:c)/I(Q1:b)
I_Ie
1.0mA
10mA
0
1.0uA
10uA
I(Q1:c)/I(Q1:b)
100uA
1.0mA
10mA
I_Ie
a) при различной величине
б) при различной величине поглощенной
дозы гамма-излучения Dg
интегрального потока нейтронов Fn
Зависимость β от эмиттерного тока n-p-n- транзистора типа 2GC
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
77
Учет влияния проникающей
радиации
Результаты моделирования ВАХ элементов «АБМК_1_3»
600uA
2GC
600uA
2GC
400uA
400uA
Dg=100rad
Fn=1e-4sm-2
Ib=3u
200uA
Ib=3u
Ib=3u
Ib=1u
Ib=1u
0A
0V
I(Q1:c)
Dg=1Mrad
200uA
Ib=3u
Fn=1e14sm-2
Ib=1u
Ib=1u
4V
8V
12V
V_Vc
0A
0V
I(Q1:c)
4V
8V
12V
V_Vc
a) при различной величине
б) при различной величине поглощенной
дозы гамма-излучения Dg
интегрального потока нейтронов Fn
ВАХ в схеме с ОЭ n-p-n- транзистора типа 2GC
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
78
Учет влияния проникающей
радиации
Результаты моделирования ВАХ элементов «АБМК_1_3»
4.0
4.0
2GC Ib=3u
2GC Ib=3u
3.0
3.0
Fn=1e14sm-2
Dg=1Mrad
2.0
2.0
Fn=1e-4sm-2
Dg=100rad
1.0
0
0V
4V
Ic/Ic(Vc=1)
1.0
8V
12V
V_Vc
0
0V
4V
Ic/Ic(Vc=1)
8V
12V
V_Vc
Fn=1014см–2
a) при потоке нейтронов
б) при поглощенной дозе Dg= 1 Мрад
Нормированная ВАХ в схеме с ОЭ n-p-n- транзистора типа 2GC
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
79
Учет влияния проникающей
радиации
Результаты моделирования ВАХ элементов «АБМК_1_3»
30
PNPJFpnp
30
PNPJFpnp
Fn=1e-4sm-2
Dg=100rad
Fn=1e12sm-2
20
20
Fn=1e13sm-2
Dg=100krad
10
10
Fn=1e14sm-2
Dg=300krad
Dg=1Mrad
0
0.05mA
0.25mA
0.50mA
I(Q1:c)/I(Q1:b)
I_Ie
0.75mA 1.00mA
0
0.05mA
0.25mA
I(Q1:c)/I(Q1:b)
0.50mA
0.75mA 1.00mA
I_Ie
a) при различной величине
б) при различной величине поглощенной
дозы гамма-излучения Dg
интегрального потока нейтронов Fn
Зависимость β от эмиттерного тока p-n-p транзистора типа PNPJFpnp
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
80
Учет влияния проникающей
радиации
Результаты моделирования ВАХ элементов «АБМК_1_3»
150uA
150uA
PNPJFpnp
PNPJFpnp
Fn=1e-4sm-2
100uA
Dg=100rad
100uA
Ib=3u
Ib=3u
Dg=100krad
50uA
50uA
Fn=1e14sm-2
Ib=3u
Ib=1u
Ib=3u
Ib=1u
Ib=1u
0A
0V
-I(Q1:c)
4V
8V
V_Vc
12V
Ib=1u
0A
0V
-I(Q1:c)
4V
8V
12V
V_Vc
a) при различной величине
б) при различной величине поглощенной
дозы гамма-излучения Dg
интегрального потока нейтронов Fn
ВАХ в схеме с ОЭ p-n-p транзистора типа PNPJFpnp
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
81
Учет влияния проникающей
радиации
Результаты моделирования ВАХ элементов «АБМК_1_3»
3.0
3.0
PNPJFpnp Ib=3u
PNPJFpnpIb=3u
Dg=100krad
Fn=1e14sm-2
2.0
2.0
Dg=100rad
Fn=1e-4sm-2
1.0
0
0V
Ic/Ic(Vc=1)
1.0
4V
8V
V_Vc
12V
0
0V
Ic/Ic(Vc=1)
4V
8V
12V
V_Vc
a) при потоке нейтронов Fn=1014см–2 б) при поглощенной дозе Dg= 100kрад
Нормированная ВАХ в схеме с ОЭ p-n-p транзистора типа PNPJFpnp
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
82
Учет
влияния
проникающей
Результаты моделирования ВАХ
радиации
Результаты моделирования ВАХ элементов «АБМК_1_3»
200uA
10.0mA
PADJ,Vds=3
PNPJFjfet,Vds=3
Fn=1e-4sm-2
150uA
Fn=1e-4sm-2
100uA
5.0mA
Fn=1e14sm-2
50uA
Fn=1e14sm-2
0A
0V
Id
1.0V
2.0V
V_VGS
3.0V
a) p-ПТП типа PNPJFjfet
0A
0V
Id
1.0V
2.0V
3.0V
V_VGS
б) p-ПТП типа PADJ
Зависимость тока стока от напряжения затвор-исток при различной
величине интегрального потока нейтронов Fn
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
83
Учет влияния проникающей
радиации
Результаты моделирования ВАХ элементов «АБМК_1_3»
200uA
12mA
Vgs=0
Fn=1e-4sm-2
PADJ
Vgs=0
Vgs=0
Fn=1e14sm-2
Fn=1e-4sm-2
Vgs=0
150uA
Fn=1e14sm-2
Vgs=0.5
8mA
Vgs=0.5
Vgs=0.5
Vgs=0.5
100uA
4mA
50uA
0A
0V
PNPJFjfet
Id
5V
V_VSD
10V
0A
0V
Id
5V
10V
V_VSD
a) p-ПТП типа PNPJFjfet
б) p-ПТП типа PADJ
ВАХ в схеме с ОИ при различной величине интегрального потока
нейтронов Fn
University
ОАО "МНИПИ", МНТЦ "МикАн»
84