1 - kosrad.ru

Опыт совместного использования
установок РИУС-5 и УИН-10
для обеспечения достоверности
результатов испытаний ИЭТ
на стойкость к воздействию
импульсных ионизирующих
излучений
В.С. Фигуров, В.Н.Улимов, В.В.Байков,
В.В.шелковников, Н.С. Больных,
А.П. Метелев, А.А. Федоров
ФГУП «НИИП»
Основные характеристики установок
РИУС-5 и УИН-10
Установка
Эффект.
длительность
Доза за
импульс,
Р
Воспроизводимость
Число имимпульсов
в смену
РИУС-5
~ 20 нс
~ 5·102
~ 0,9
10 ÷15
УИН-10
1,2 ÷2,0
мкс
~ 4·104
~ 0,7
3 ÷6
Эффективность фотонного излучения установок для
кремниевых изделий по предварительным оценкам
может отличаться на ~ 50 %. При испытаниях
конкретных изделий относительная эффективность
излучений может быть определена по отношению
удельных
интегральных откликов испытываемого
изделия на импульсы излучения данных установок.
Основные задачи, для которых необходимо
совместное использование установок
РИУС-5 и УИН-10.
• 1. Приведение уровней пороговых сбоев и отказов,
определенных при испытаниях на моделирующих
установках, к типовой по ГОСТ или заданной в ТЗ
форме импульса.
• 2. Определение ВПР при воздействии ИИИ с
заданным значением дозы за импульс
• (требуемые уровни по характеристике 7.И7 могут
превышать уровни, достижимые на МУ типа РИУС-5 на
несколько порядков)
• 3. Подтверждение отсутствия катастрофических
отказов при воздействии ИИИ с заданным значением
дозы за импульс.
Метод приведение УБР по пороговым сбоям
(метод эффективной постоянной релаксации)
Метод основан на использовании экспоненциальной
РПХ с эффективной постоянной 
1
t
h(t )   EXP (  )


Релаксационное уравнение для оценки 
t
Dб ( 2)

Dб ( 1)
max   1( )  exp(
0
t
 t
)  d

  t)
max   2( )  exp(
)  d

0
,
 эф 2

,
 эф1
где Dб(1) и Dб(2) значения УБР в единицах дозы при
испытаниях на МУ с формами импульсов 1(t) и 2(t)
с эффективными длительностями эф1 и эф2.
Релаксационное уравнение решается с использованием
специально составленной программы
Выбор установок для определения
эффективного времени релаксации
Выбор моделирующих установок при определении
эффективного времени релаксации τ необходимо
проводить по условию:
τэф2 > τ > τэфф1.
Только при этом условии релаксационное уравнение
имеет решение.
Опыт проведения испытаний показывает, что для
подавляющего числа ИЭТ и пороговых сбоев всех видов
значения τ лежат в пределах от ~ 100 нс до ~ 1,5 мкс.
Поэтому данное условие выполняется при оценке τ
практически для всех ПС по результатам испытаний на
установках РИУС-5 и УИН-10 с эффективными
длительностями импульсов излучения ~ 20 нс и ~ 2 мкс.
Определение коэффициентов приведения уровней
пороговых сбоев к типовой форме импульса
После определения эффективного времени релаксации
может быть рассчитано отношение уровней ПС для
установки РИУС-5 и для заданной (типовой) формы
импульса – коэффициент приведения уровней сбоев к
заданной форме импульса:
t
Pбр ( м у )
K пр ( м у ,  ) 

Pбр ( )
max   ( )  exp(
0
t
max   му ( )  exp(
0
 t
)  d
r
  t)
)  d
r
При фиксированных формах импульсов му и  это выражение
является зависимостью от τr. Такая зависимость для тип и риус типовой формы ИИИ и импульса установки РИУС-5 в
графическом виде приведена ниже.
Зависимость коэффициента приведения уровней ПС на
установке РИУС-5 к типовой форме импульса от
эффективного времени релаксации
Использование
данной зависимости
в графическом или
табличном виде
существенно
упрощает расчеты
коэффициентов
приведения.
Аналогичная зависимость рассчитана для приведения уровней ПС к
минимально возможным уровням сбоев данного типа (см. ниже)
Зависимость коэффициента приведения уровней ПС на
установке РИУС-5 к минимально возможным уровням
ПС данного типа от эффективного времени релаксации
Данная зависимость
позволяет определить
нижнюю границу
возможных значений
уровней пороговых
сбоев данного типа при
всех возможных
формах ИИИ по
резульатам испытаний
на установках РИУС-5 и
УИН-10
Примеры оценок уровней возбуждения
тиристорного эффекта у КМОП ИС при типовой
и всех возможных формах ИИИ по результатам
испытаний на установках РИУС-5 и УИН-10
Тип ИС
τr,
нс
564ЛН2
Pбр(ТЭ, ) / Pбр(ТЭ,
РИУС)
Типовая
форма
импульса
Все
возможные
формы
импульсов
1,25103
5,0
60
537РУ6
700
3,9
34
1485ХК4Т
220
2,5
12
Минимальные уровни ПС (последний столбец таблицы)
реализуются при квазистационарных ИИИ.
Примеры квазистационарных форм ИИИ
а)
б)
а)- форма импульса установки УИН-10;
б)- квазистационарный импульс (для экспоненциальной РПХ
при  ≤ 200 нс).
Минимизирующие функции для оценок минимальных
значений УБР по результатам испытаний на установке
РИУС-5
Функции FP (Риус, r) и FD (Риус, r) для усреднённой формы
импульса установки РИУС-5 – коэффициенты приведения уровней
пороговых сбоев по результатам испытаний на установке РИУС-5 к
собственным значениям пороговых сбоев испытываемых изделий.
Определение ВПР при воздействии ИИИ с
заданным значением дозы за импульс
Отклик подавляющего числа ИЭТ на воздействие ИИИ
обусловлен, в основном, двумя группами эффектов:
- генерацией носителей заряда в активных областях
изделия с последующей рекомбинацией, диффузией и
переносом в электрических полях;
возникновением
и
последующей
релаксацией
зарядовых образований в диэлектрических элементах и
на границах различных областей изделий.
Эффекты первой группы объединяются общим
названием «эффекты мощности дозы» или «мощностные
эффекты». Эффекты второй группы обычно называются
«дозовыми». Основным отличием указанных групп
эффектов является отличие характерного для них
времени релаксации: r ~ 1 мкс и r > 1 мс ,
соответственно.
Характер зависимости ВПР изделий от значения
дозы за импульс
ВПР резко возрастает после после того как уровень воздействия D
достигает значения, при котором составляющая отклика с большим
временем релаксации достигает предельно допустимого значения
(точка b на графике)
Характер зависимости ВПР изделий от
значения дозы за импульс (продолжение)
• При испытаниях на установке РИУС-5 (Dγ < 0,5 кР)
«дозовая» составляющая ВПР практически для всех
типов изделий отсутствует. Зависимость ВПР от Dγ
хорошо аппроксимируется прямой:
• Тпр = a + τ·Ln(Dγ)
•
ВПР слабо зависит от Dγ – ВПР возрастает на
постоянную величину при возрастании уровня
воздействия на порядок. Все значения ВПР при
испытаниях на установке РИУС-5 лежат в области:
• Тпр ≤ 10 мкс.
• Экстраполяционная оценка ВПР в данном случае
недопустима в связи с резким изломом зависимости
Тпр(Dγ) в области проявления «дозовых» эффектов (см
рисунок).
• Корректная оценка ВПР возможна только по
результатам проведения испытаний с заданным
значением дозы за импульс.
Оценка ВПР микросхемы 564ЛА7 по
результатам испытаний на установке УИН-10
При дозах Dγ < 13 кР значение ВПР ~ 1 мкс (определяется на
установке РИУС-5 при заданном значении мощности дозы) . При
дозах ~ 20 кР значение ВПР измеряется десятками минут.
Оценка ВПР полевого транзистора IRFZ44N по
результатам испытаний на установке УИН-10
Оценка отсутствия катастрофических отказов
ИЭТ при воздействии ИИИ
•
•
•
Испытания на стойкость к ИИИ с заданным значением дозы
необходимы для обеспечения достоверности оценки отсутствия
катастрофических отказов (КО) изделия при воздействии ИИИ.
При значениях D за импульс , соответствующих требованиям для
групп исполнения 2Ус - 4Ус, энерговыделение в конструктивных
элементах изделия при протекании ионизационного будет
превышать соответствующее выделение энергии за один импульс
при испытаниях на установке РИУС-5 более чем на порядок.
Поэтому достоверное заключение об отсутствии КО при воздействии
ИИИ с заданными уровнями по результатам испытаний на этой
установке сделать невозможно (при требованиях для групп
исполнения выше 1Ус). Не позволяют сделать такое заключение и
испытания на статических установках (в связи с теплоотдачей
изделия в процессе испытаний с набором дозы за несколько минут).
Достоверное заключение об отсутствии
катастрофических отказов ИЭТ при воздействии ИИИ
может быть сделано только по результатам испытаний с
набором заданной дозы за один импульс. При таких
испытаниях могут использоваться импульсы излучения с
длительностью, лежащей в микросекундном диапазоне .
О возможности замены при решении
рассматриваемых задач установки УИН-10
другими установками
• При решении всех трех рассматриваемых задач установка УИН10 может быть заменена другими МУ, удовлетворяющими
следующим основным требованиям:
•
1. Эффективная длительность импульса должна лежать в
микросекундной области (для оценки эффективного времени
релаксации).
•
2. Установка должна проводить облучение изделий с дозой за
импульс до ~ 2·105 Р. (необходимо для оценки ВПР и отсутствия
катастрофических отказов).
•
3. Должны быть отработаны расчетно-экспериментальные
методы оцени относительной эффективности излучения данной
установки по отношению к излучению установки РИУС-5.
•
В частности, вместо установки УИН-10 могут
быть использованы установки БАРС-4 (для
изделий по МОП технологии) или электронные
ускорители типа «Электроника-У003».
Выводы
• Совместное использование установок РИУС-5 и УИН-10
позволяет существенно повысить достоверность
результатов испытаний на стойкость к ИИИ в части:
• 1. Оценки уровней пороговых сбоев при заданной
(типовой) форме импульсов ИИ. Выбор данных
установок обусловлен необходимой разницей
эффективных длительностей ИИ (~ 0,02 мкс и ~ 2,0 мкс
-в этом диапазоне лежат значения эффективного
времени релаксации практически всех ПС).
• 2. Определение ВПР при воздействии ИИИ с заданным
значением дозы за импульс. Выбор установки УИН-10 в
этом случае обусловлен возможностью облучения
изделий с дозой за импульс до ~ 4·104 Р.
• 3. Оценка отсутствия катастрофических отказов при
воздействии ИИИ. Выбор УИН-10 обусловлен
достижимостью импульсных доз до ~ 4·104 Р.