Слайд 1 - kosrad.ru

Пицунда-2010
д.т.н. Улимов В.Н.
Пицунда-2010
д.т.н. Улимов В.Н.
Пицунда-2010
д.т.н. Улимов В.Н.
Пицунда-2010
д.т.н. Улимов В.Н.
Пицунда-2010
д.т.н. Улимов В.Н.
Пицунда-2010
д.т.н. Улимов В.Н.
Пицунда-2010
д.т.н. Улимов В.Н.
Пицунда-2010
д.т.н. Улимов В.Н.
Пицунда-2010
д.т.н. Улимов
Улимов В.Н.
В.Н.
д.т.н.
Пицунда-2010
Пицунда-2008
д.т.н. Улимов
Улимов В.Н.
В.Н.
д.т.н.
Пицунда-2010
Пицунда-2008
д.т.н. Улимов
Улимов В.Н.
В.Н.
д.т.н.
Пицунда-2010
Пицунда-2008
д.т.н. Улимов
Улимов В.Н.
В.Н.
д.т.н.
Пицунда-2010
Пицунда-2008
д.т.н. Улимов
Улимов В.Н.
В.Н.
д.т.н.
Пицунда-2010
Пицунда-2008
д.т.н. Улимов В.Н.
Пицунда-2010
д.т.н. Улимов
Улимов В.Н.
В.Н.
д.т.н.
Пицунда-2010
Пицунда-2008
Основные эффекты воздействия
факторов ЯВ, КП и АЭС на ПП и РЭА
Структурные радиационные
эффекты
(ЯВ, КП и АЭС)
• Изменение τ и n
Дозовые эффекты в окислах
и на границах разделов
окисел-полупроводник
(ЯВ, КП и АЭС)
• Изменение заряда в МОП
структурах
Переходные фототоки
в p-n переходах
(ЯВ)
• (10-3 – 101)А при Р ≈109 рад(Si)/сек.
Регистрируют УБР и ВПР.
• 1018 носителей/см3 при 109
рад(Si)/сек. – гораздо выше плотности
легирования ПП элементов.
• Тиристорный эффект
(продолжение)
д.т.н. Улимов В.Н.
Пицунда-2010
Основные эффекты воздействия
факторов ЯВ, КП и АЭС на ПП и РЭА
(продолжение)
Эффекты одиночных событий при
воздействии протонов и ТЗЧ
космического пространства,
атмосферных нейтронов
и термоядерных нейтронов ЯВ
(ЯВ, КП)
• потеря информации
• тиристорный эффект
• прожиг
Первичные электромагнитные
эффекты от ЯВ
(ЯВ)
• наведенные в РЭА токи и
потенциалы
• электрические пробои
Вторичные электромагнитные
эффекты от ЯВ и КП
(ЯВ)
• ЭМИ ГС
• ВЭМИ
• электризация
д.т.н. Улимов В.Н.
Пицунда-2010
Комплекс установок и стендов,
обеспечивающих основные
задачи ФГУП НИИП:
• Импульсный исследовательский
ядерный реактор: БАРС - 4
• Бассейновый реактор ИРВ - 1М
(в стадии реконструкции)
• Импульсные ускорители электронов:
ЛИУ - 10, РИУС - 5, УИН - 10
• Резонансный ускоритель электронов
«Электроника У - 003»
(продолжение
далее)
д.т.н. Улимов В.Н. Пицунда-2010
(продолжение)
• Гамма - установки: ГУ - 200,
«Гаммарид», «Агат», «Исследователь»
• Бета - установка «Сириус - 3200»
(на основе стронций - иттриевых источников)
• Установки климатико - механического
комплекса
• Генераторы импульсов напряжения
д.т.н. Улимов В.Н.
Пицунда-2010
БАРС - 4
Назначение
•
Импульсный двухзонный ядерный реактор
БАРС - 4 предназначен для моделирования
воздействия гамма - нейтронного импульса
ядерного взрыва при исследовании
радиационной стойкости элементов РЭА и
ЭРИ.
д.т.н. Улимов В.Н.
Пицунда-2010
Импульсный двухзонный
ядерный реактор БАРС - 4
•
Число делений за импульс в каждой
зоне
1,5·1017 дел.
• Флюенс нейтронов за импульс:
- в центральном канале
5,7·1014 н/см2·с
- на поверхности АЗ
1,4·1014 н/см2·с
• Экспозиционная доза гаммаизлучения за импульс:
- в центральном канале
100 кР
- на поверхности АЗ
10 кР
д.т.н. Улимов В.Н.
Пицунда-2010
ИРВ - М1
Назначение
•
Исследовательский статический
ядерный реактор бассейнового типа
ИРВ - М1 предназначен для проведения
исследований и испытаний объектов
при воздействии ИИ ЯЭУ различного
спектрального состава.
д.т.н. Улимов В.Н.
Пицунда-2010
Статический ядерный реактор
ИРВ - М1
•
Тепловая мощность - 4 МВт
•
Экспериментальные устройства:
- горизонтальные каналы
объемом 1,5 м3 - 2шт.
(Плотность нейтронного потока 1010 н/см2·с);
вертикальные каналы:
диаметром 210 мм - 5 шт.
(Плотность нейтронного потока 0,8·1013 н/см2·с); диаметром
150 мм - 2шт. (Плотность
нейтронного потока - 1,5·1013
н/см2·с).
д.т.н. Улимов В.Н.
Пицунда-2010
ЛИУ - 10
Назначение
•
Используется для моделирования
воздействия мгновенного гамма излучения ядерного взрыва на
элементы РЭА и ЭРИ при предельных
значениях мощности дозы.
д.т.н. Улимов В.Н.
Пицунда-2010
Импульсный ускоритель
электронов ЛИУ-10
• Ток пучка электронов
60 кА
• Энергия электронов 10
МэВ
• Длит. импульса по
основанию
20
нс
• Доза гамма - излучен. в
импульсе
10 кР
д.т.н. Улимов В.Н.
Пицунда-2010
РИУС - 5
Назначение
•
Используется для моделирования
воздействия мгновенного гамма излучения ядерного взрыва на
элементы РЭА и ЭРИ.
д.т.н. Улимов В.Н.
Пицунда-2010
Импульсный ускоритель
электронов РИУС - 5
• Энергия электронов 3 МэВ
• Длит. импульса по
основанию 40
нс
• Мощность дозы 3,5·1010 р/с
д.т.н. Улимов В.Н.
Пицунда-2010
УИН - 10
Назначение
•
Используется для моделирования
комплексного воздействия импульсного
гамма-излучения и электромагнитного
импульса ядерного взрыва при
исследовании радиационной стойкости
элементов РЭА и ЭРИ.
д.т.н. Улимов В.Н.
Пицунда-2010
Импульсный ускоритель
электронов УИН - 10
• Энергия электронов 10
МэВ
• Ток пучка электронов
100 кА
• Длительность
импульса
100 нс; 1…3 мкс
д.т.н. Улимов В.Н.
Пицунда-2010
«ИИЭМП»
Назначение
•
Моделирующая установка «ИИЭМП»
предназначена для проведения
испытаний радиоэлектронной
аппаратуры различного назначения в
условиях воздействия
электромагнитного импульса ядерного
взрыва.
д.т.н. Улимов В.Н.
Пицунда-2010
Установка импульсного
воздействия ЭМИ - « ИИЭМП»
•
•
•
•
Напряженность:
электрического поля 100
кВ/м
магнитного поля
250 А/м
Длительность импульса 20 нс
Длительность фронта < 3 нс
Экспериментальный объём - не
более 1000 л
д.т.н. Улимов В.Н.
Пицунда-2010
«Электроника У - 003»
Назначение
•
Электронный ускоритель «Электроника
У - 003» предназначен для проведения
исследований и испытаний радиоэлектронной
аппаратуры, ЭРИ и конструкционных
материалов, работающих в условиях
воздействия ионизирующих излучений
космического пространства.
д.т.н. Улимов В.Н.
Пицунда-2010
Линейный ускоритель электронов
«Электроника У - 003»
•
•
•
•
•
•
Диапазон энергии электронов (4 8) МэВ
Максимальный ток пучка
электронов
300
мкА
Длительность импульса
5 нс - 4 мкс
Частота следования импульсов 10
- 300 Гц и однократно
Площадь облучения
0,5 м х 0,5
м
Плотность потока электронов (106
- 109) 1/см2·с
д.т.н. Улимов В.Н.
Пицунда-2010
ГУ - 200
Назначение
•
Гамма - установка ГУ - 200 используется
для исследования радиационной
стойкости РЭА, ЭРИ и конструкционных
материалов при воздействии гамма излучения.
д.т.н. Улимов В.Н.
Пицунда-2010
Радиационная изотопная
установка ГУ-200
• Максимальная
активность источника 200 кГ-экв. Ra
• Источник излучения - Со60
• Экспозиционная
мощность дозы - (3 1,5·103) Р/с
• Объем облучательной
камеры - 4х4х4 м
д.т.н. Улимов В.Н.
Пицунда-2010
АГАТ- С (вторичный эталон)
Назначение
•
Установка АГАТ-С является
источником направленного гаммаизлучения и служит для поверки и
градуировки детекторов гаммаизлучения, а также прецизионных
исследований радиационной стойкости
элементов РЭА и ЭРИ.
д.т.н. Улимов В.Н.
Пицунда-2010
Радиационная изотопная
установка АГАТ- С
• Источник излучения кобальт- 60
• Мощность
экспозиционной дозы 0,60 - 390 мР/с
( погрешность 2%)
д.т.н. Улимов В.Н.
Пицунда-2010
«Исследователь» (эталон 1-го разряда)
Назначение
•
Установка «Исследователь» является
источником диффузного гаммаизлучения и служит для поверки и
градуировки детекторов гаммаизлучения, а также прецизионных
исследований радиационной стойкости
элементов РЭА и ЭРИ.
д.т.н. Улимов В.Н.
Пицунда-2010
Радиационная изотопная
установка «Исследователь»
• Источник излучения кобальт - 60
• Мощность
экспозиционной дозы 12,6 Р/с (погрешность
3,5%)
д.т.н. Улимов В.Н.
Пицунда-2010
Сириус - 3200
Назначение
•
Изотопная установка Сириус - 3200
предназначена для моделирования
воздействия электронного излучения
космического пространства на
радиоэлектронную аппаратуру и ЭРИ.
д.т.н. Улимов В.Н.
Пицунда-2010
Радиационная изотопная
установка «Сириус - 3200»
• Источник излучения стронций - 90
• Средняя энергия
бета - частиц (0,3 - 0,9) МэВ
• Плотность потока
бета - частиц (5·104 - 6·108) 1/см2·с
• Площадь излучающей
поверхности 0,2м х 0,3м
д.т.н. Улимов В.Н.
Пицунда-2010
Камера тепла и холода КТХ - 800
Назначение
•
Предназначена для проведения
климатических испытаний изделий
электронной техники и радиоэлектронной
аппаратуры.
д.т.н. Улимов В.Н.
Пицунда-2010
Камера тепла, холода и влаги
КТК - 800
• Влажность - до 100%
• Объем камеры - 0,8 м3
• Температурный диапазон
от - 60оС до
+ 85оС
д.т.н. Улимов В.Н.
Пицунда-2010
Вибрационный
электродинамический стенд
ВЭДС- 400А
Назначение
•
Предназначен для аттестации
изделий электронной техники и
радиоэлектронной аппаратуры на
виброустойчивость после воздействия
ионизирующих излучений.
д.т.н. Улимов В.Н.
Пицунда-2010
Стенд вибрационный
электродинамический ВЭДС - 400А
• Частота вибрации (10 - 5000) Гц
• Ускорение (1 - 40) g
• Вибрация синусоидальная
• Вес изделия до 80 кг
д.т.н. Улимов В.Н.
Пицунда-2010
Стенд ударный
электродинамический
Назначение
•
Предназначен для аттестации
изделий электронной техники на
ударные воздействия после облучения.
д.т.н. Улимов В.Н.
Пицунда-2010
Стенд ударный
электродинамический
• Ударное
ускорение
(1 - 5000) g
• Длительность
воздействия 0,02
мс
• Вес изделия до
1 кг
д.т.н. Улимов В.Н.
Пицунда-2010
Перечень спецфакторов «Кл - 7»,
обеспечиваемых
моделирующими установками НИИП
Факторы ЯВ и ЯЭУ
Барс - 4
РИУС - 5,
ЛИУ - 10,
УИН - 10
7И1 = 1012 - 5.10 14
7И3 = 1016 - 10 19
7И4 - по СЭС
7И5 - для тип.
формы им.№2
7И7 = 102 - 105
7С1 = 1012
7С3 - по СЭС
7И6 =107 - 1012
(УИН - 10 по
7И7 до 105)
7И8 - 7И10 по
СЭС
7И11 - тип.
формам №1,
(РИУС - 5) и №2
УИН - 10
Факторы КП
ГУ - 200,
АГАТ - С,
ГАММАРИД - М
7И7 = 103 - 106
7С4 = 105 - 108
Электроника,
Сириус - 3200,
Калифорний
7К1 =104 - 6.107
7К3 - по СЭС
7К11 , 7К12 - по
плотн. частиц
и СЭС ТЗЧ
И - 2 (ИТЭФ),
И - 100 (ИФВЭ)
7К4 = 105 - 106
7К6 - по СЭС
Обеспечение испытаний на всех моделирующих установках в рабочем диапазоне температуры
окружающей среды (-60 - +125оС)
Обеспечение испытаний на воздействия повышенной и пониженной температуры и
механических нагрузок после воздействия ИИ.
д.т.н. Улимов В.Н.
Пицунда-2010
Перечень спецфакторов «Кл -7»,
не обеспечиваемых
моделирующими установками НИИП
Факторы ЯВ и ЯЭУ
Факторы КП
7И2 – может быть учтен введением КОЭ
7И12 – оценка производится расчетным путем
7И13 – оценка производится расчетноэкспериментальным путем с использованием
данных по 7И6
7К2, 7К – завышены
7С2 = 104 и 7С5 = 10-3 – 3,10-3 – завышены
Исследование электрической прочности облученных ЭРИ
д.т.н. Улимов В.Н.
Пицунда-2010
Краткий курс
Базовые механизмы формирования радиационных эффектов в
ПП, ИС и РЭА
В.Н. Улимов
СТРУКТУРНЫЕ РАДИАЦИОННЫЕ ДЕФЕКТЫ
В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРАХ (ПП) И
ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМАХ (ИС)
Пицунда -2010
Структурные радиационные дефекты в ПП и ИС
ОБРАЗОВАНИЕ ПЕРВИЧНЫХ ДЕФЕКТОВ
Нейтроны – упругое рассеяние
Протоны
Дейтоны
резерфордовское
Альфа-частицы
рассеяние
Электроны
Атомы
Вакансии и
отдачи  смещенные в
междоузлия
(пары Френкеля)
Гамма-кванты  (<5 МэВ) фотоэффект,
комптоновское рассеяние,
рождение электронно-позитронных пар (>5 МэВ)
Cо60 (Е=1,25 МэВ) образует электроны
со средней энергией ~ 0,59 МэВ
Д.т.н. Улимов В.Н.,
Пицунда-2010
Структурные радиационные дефекты в ПП и ИС
ОБРАЗОВАНИЕ ВТОРИЧНЫХ
РАДИАЦИОННЫХ ДЕФЕКТОВ
Дивакансии V20, V2-, V2+, V2- Ассоциация вакансий и кислорода (А-центр)
и фосфора (Е-центр).
Области разупорядочения (ОР или кластеры) 10-100 Ангстрем
Остаточные повреждения при временах t > 103с не зависят от плотности потока
частиц при воздействии
При t = (10-4 – 103)с происходит быстрый отжиг с коэффициентом отжига АF,
достигающим 2-3 раз и зависящим от температуры облучения, электрических
нагрузок и энергии частиц.
Дефекты создают в запрещенной зоне полупроводника акцепторные и донорные
уровни.
Для Si это в основном Ес – 0,17 эВ
Еv + 0,27 эВ
Отжиг всех дефектов при Т>600 К.
Д.т.н. Улимов В.Н.,
Пицунда-2010
Структурные радиационные дефекты в ПП и ИС
ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ
ОБЛУЧЕНИИ
Концентрация свободных носителей заряда – уменьшается.
Начальная скорость удаления носителей зависит от вида и энергии воздействующих
частиц, температуры облучения, совершенства кристаллов.
Подвижность носителей заряда – снижается.
Зависит от температуры и вида воздействующих частиц.
Удельное сопротивление – растет.
Проводимость при облучении стремится к собственной.
Время жизни неосновных носителей заряда  - уменьшается.
1/ = 1/о + КФ
К зависит от: скорости введения радиационных центров;
сечений захвата центров;
уровня Ферми;
концентрации основных носителей заряда;
температуры облучения.
50% изменений при облучении:
- время жизни (1012 – 1013) н/см2
- удельное сопротивление ~7.1014 н/см2
- подвижность – 1016 н/см2Д.т.н. Улимов В.Н.,
Пицунда-2010