Методические и технические средства прогнозирования радиационной стойкости КМОП АЦП и ЦАП тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.05, кандидат технических наук Демидов, Александр Алексеевич

• Демидов, Александр Алексеевич
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Демидов, Александр Алексеевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Тенденции развития, основные параметры, принципы построения, особенности радиационного поведения аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей.

1.1. Исследование применяемости, технического уровня и тенденций развития микроэлектронной элементной базы аппаратуры специального назначения.

1.1.1. Анализ применяемости элементно-технологических базисов АЦП/ЦАП в специальной аппаратуре.

1.1.2. Состояние и основные тенденции развития отечественной технологии производства БИС АЦП/ЦАП.

1.2. Особенности радиационного поведения БИС АЦП/ЦАП, анализ используемых методов и средств контроля параметров.

1.2.1. Радиационные отказы АЦП и ЦАП.

1.2.2. Методы контроля работоспособности АЦП и ЦАП при радиационных испытаниях.

1.3. Основные типы преобразователей и их базовые структуры.

1.4. Общий методический подход к оценке и прогнозированию радиационной стойкости БИС АЦП/ЦАП по результатам расчет-но-экспериментального моделирования.

1.4.1. Система параметров-критериев радиационной стойкости БИС АЦП/ЦАП.

1.4.2. Методы и базовый алгоритм прогнозирования и оценки радиационной стойкости БИС АЦП/ЦАП.

ГЛАВА 2. Доминирующие механизмы радиационных отказов КМОП

АЦП/ЦАП.

2.1. Особенности реакции КМОП АЦП/ЦАП на воздействие импульсных ионизирующих излучений.

2.1.1. Типовой характер радиационного поведения КМОП БИС.

2.1.2. Анализ типовых условий включения (режима работы) ЦАП на характер радиационного поведения.

2.1.3. Влияние цепи питания на ионизационную реакцию КМОП АЦП/ЦАП.

2.2. Расчетно-экспериментальное прогнозирование радиационной реакции КМОП ИС на воздействие стационарного ИИ.

2.2.1. Доминирующие механизмы деградации параметров активных и паразитных структур.

2.2.2. Моделирование дозовой деградации паразитных МОП-структур.

2.2.3. Расчетное прогнозирование радиационной деградации характеристик КМОП ИС с учетом вклада паразитных структур.

2.2.4. Моделирование деградации функциональных параметров КМОП АЦП и ЦАП.

ГЛАВА 3. Методические особенности определения показателей радиационной стойкости КМОП АЦП/ЦАП по результатам испытаний.

3.1. Выбор рационального состава испытаний.

3.2. Обеспечение адекватности имитационных испытаний БИС АЦП/ЦАП.

3.2.1. Влияние металлизации.

3.2.2. Методические особенности рентгеновских имитационных испытаний БИС АЦП/ЦАП.

3.2.3. Особенности имитационных испытаний БИС иностранного производства.

3.3. Особенности задания режимов и контроля параметров АЦП/ЦАП при испытаниях.

3.4. Особенности измерения параметров АЦП/ЦАП.

3.4.1. Измерение параметров передаточной характеристики ЦАП

3.4.2. Измерение параметров передаточной характеристики АЦП

3.4.3. Динамические параметры.

3.5. Методические особенности имитационных испытаний в диапазоне температур.

3.5.1. Ионизационные токи.

3.5.2. Защелкивание.

3.5.3. Особенности дозиметрического сопровождения лазерных имитационных испытаний в диапазоне температур.

3.5.4. Особенности задания и контроля температуры при испытаниях.

Глава 4. Унифицированный экспериментальный комплекс для исследований радиационной стойкости БИС АЦП/ЦАП.

4.1. Анализ технических требований к испытательному оборудованию.

4.2. Состав и структура испытательного комплекса.

4.3. Реализация основных компонентов комплекса.

4.4. Основные характеристики комплекса и результаты его аттестации.

ГЛАВА 5. Особенности и результаты прогнозирования и оценки радиационной стойкости типовых представителей БИС АЦП/ЦАП.

5.1. АЦП двойного интегрирования.

5.2. АЦП последовательного приближения.

5.3. Быстродействующий АЦП параллельного преобразования.

5.4. Быстродействующий ЦАП с выходом по напряжению.

5.5. Умножающие ЦАП.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методические и технические средства прогнозирования радиационной стойкости КМОП АЦП и ЦАП»

Современные тактико-технические требования, предъявляемые к аппаратуре специальных систем управления (СУ) ракетно-космической техники, ядерной энергетики и физического эксперимента определяют возможность ее эксплуатации в полях ионизирующих излучений (ИИ) искусственного и естественного происхождения. Обеспечение работоспособности специальных СУ в условиях воздействия ИИ непосредственно связано с уровнем радиационной стойкости (PC) входящей в состав аппаратуры изделий электронной техники (ИЭТ), прежде всего интегральных схем (ИС).

Начало исследованиям по проблеме радиационной стойкости ИЭТ положено в середине 60-х годов, основные модельные представления о радиационных эффектах сформулированы в работах [1-5], опубликованных в 70-х - начале 90-х годах. В данный период проблема обеспечения радиационной стойкости ИЭТ считалась одной из приоритетных и решалась на государственном уровне. В результате была создана функционально полная номенклатура радиационно-стойких ИЭТ, насчитывающая около 1900 типономиналов.

Отметим, что технический уровень ИС с момента опубликования указанных трудов претерпел качественные изменения и в настоящее время достиг функциональной и технологической сложности больших и сверхбольших ИС (БИС и СБИС) с микронными и субмикронными размерами активных элементов. Кроме того, наблюдается повсеместный переход с биполярной на КМОП-технологию производства БИС.

После распада СССР за пределами России осталось более 50% предприятий электронной промышленности. Последовавший за этим экономический спад и резкое снижение объемов государственного оборонного заказа привели к прекращению производства значительной части номенклатуры ИС. Практически утраченными для России оказались технологии производства таких изделий микроэлектроники, как аналоговые микропроцессоры, аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователей (АЦП и ЦАП), операционные усилители (ОУ) и компараторы напряжения (КН) и др.

Современный этап развития радиационно-стойкой элементной базы аппаратуры систем управления характеризуется следующим [6]: во-первых, обеспечение серийного производства и обслуживание важнейших образцов аппаратуры ракетно-космической техники, связи и др. требует восстановления или воспроизводства на отечественных предприятиях значительной части утраченной номенклатуры радиационно-стойких микросхем, обеспечив их реализацию на современном конструктивно-технологическом уровне; во-вторых, повышение требований к тактико-техническим характеристикам аппаратуры специальных СУ требует создания новых типов функционально-сложных БИС и СБИС - микропроцессоров, запоминающих устройств, АЦП/ЦАП и др., которые, очевидно, обладают повышенной чувствительностью к радиационным воздействиям (по сравнению с ИС малой степени интеграции); в-третьих, вынужденное сокращение объемов микроэлектронного производства (в отдельных случаях до уровня отдельных производственных партий или количества, необходимого для проведения испытаний), его неритмичность и прерывистость требуют поиска новых решений в области повышения стабильности и рентабельности технологических процессов, разработки и внедрения новых высоко эффективных методов обеспечения, прогнозирования и контроля радиационной стойкости на всех этапах жизненного цикла изделий.

Указанные особенности в максимальной степени относятся к таким перспективным классам БИС как аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи (АЦП и ЦАП), которые обеспечивают «интеллектуальный» интерфейс между аналоговым миром входной информации и цифровым миром обработки и принятия решения в современных системах управления.

Особую важность развития номенклатуры и исследований АЦП и ЦАП определяет то обстоятельство, что БИС АЦП/ЦАП с одной стороны образуют самостоятельный класс изделий в составе группы однородной продукции «Микросхемы интегральные». С другой стороны интегральные АЦП/ЦАП являются базовыми функциональными узлами в составе таких перспективных классов изделий микроэлектроники как «интеллектуальные» датчики и актюаторы, микросистемы, многоканальные системы сбора и обработки данных (СОД), а также цифровые процессоры обработки сигнала (ЦПОС) [7,8]. Таким образом, представляется вполне обоснованным выбор интегральных АЦП/ЦАП в качестве основного объекта исследований в диссертации.

Уровень функциональной сложности и особенности элементно-технологического базиса современных БИС АЦП/ЦАП в значительной степени меняют сложившиеся представления о задачах, методических и технических средствах обеспечения, прогнозирования и контроля их PC [9]. Становится необходимым получение по возможности более полного представления о физических механизмах радиационных отказов базовых элементов АЦП/ЦАП, качественных и количественных радиационно-индуцированных изменениях их информативных параметров в зависимости от условий эксплуатации.

Особенности системы параметров-критериев работоспособности БИС АЦП/ЦАП, ориентированной в первую очередь на точностные параметры характеристики преобразования (ХП), не позволяют непосредственно использовать для испытаний имеющиеся методические и технические средства функционального контроля БИС, которые были созданы в основном для цифровых устройств и не ориентированы на прецизионные измерения. Следует отметить, что до последнего времени точностные параметры БИС АЦП/ЦАП вообще не входили в состав параметров, контролируемых в процессе радиационных испытаний. Это было связано в основном с методическими и техническими трудностями дистанционного измерения ХП в процессе облучения на моделирующих установках (МУ). Поэтому показатели PC БИС АЦП/ЦАП, определенные по результатам радиационных испытаний, характеризовались недостаточно высокой информативностью.

Развитие имитационных методов радиационных испытаний [10,11] и возможность автоматизации измерений на основе широкого внедрения ПЭВМ обеспечили предпосылки для измерения точностных параметров АЦП/ЦАП в ходе испытаний. В связи с этим актуальной является задача создания методических и технических средств для измерения параметров ХП при радиационных испытаниях. Важным аспектом обеспечения эффективности и унификации испытательных методик и оборудования является информация о характере радиационного поведения типовых представителей БИС АЦП и ЦАП - поэтому необходимо исследовать и промоделировать доминирующие механизмы их радиационных отказов. Адекватность имитационных испытаний с учетом конструктивно-топологических и топологических особенностей БИС АЦП/ЦАП также требует анализа и проверки. Указанные направления исследований определили выбор темы диссертации.

Важность и актуальность темы диссертации подтверждается основными положениями Концепции развития изделий микроэлектроники военного и специального назначения на период до 2005 года [12], утвержденной МО РФ в 1998г., а также Решением комиссии правительства РФ по военно-промышленным вопросам (от 17 ноября 1999 года, протокол №8).

Таким образом, целью диссертации является разработка научно обоснованных методических и технических средств прогнозирования радиационной стойкости БИС АЦП и ЦАП.

В качестве объекта исследований в диссертации определены КМОП БИС АЦП и ЦАП отечественного и иностранного производства (ИП), как общетехнического исполнения, так и специальные радиационно-стойкие, выполненные по объемной технологии с проектными нормами 1,5.2,0 мкм.

Основными задачами диссертационной работы являются:

1. Анализ тенденций развития микроэлектронной элементной базы и особенностей применения КМОП БИС АЦП и ЦАП в специальных системах управления с учетом современных требований по радиационной стойкости.

2. Сравнительное исследование влияния функциональных элементов и паразитных структур на характер радиационного поведения и показатели PC КМОП БИС АЦП и ЦАП при воздействии импульсных и стационарных ИИ.

3. Исследование ионизационной реакции КМОП БИС АЦП и ЦАП при воздействии импульсного ИИ с учетом влияния организации цепи питания, моделирование доминирующих механизмов отказов (тиристорного эффекта и функциональных сбоев) базовых элементов.

4. Исследование доминирующих механизмов отказов базовых элементов КМОИ АЦП/ЦАП при воздействии стационарного ИИ и моделирование дозовых зависимостей параметров МОП элементов с учетом радиационно-индуцированных утечек.

5. Анализ адекватности и методических особенностей лазерных имитационных испытаний БИС АЦП/ЦАП, с учетом их топологического и конструктивно-технологического исполнения.

6. Исследование применимости лазерных имитационных испытаний и моделирование эквивалентной мощности дозы лазерного излучения при повышенных температурах (до 125°С).

7. Развитие методик измерения точностных параметров БИС АЦП и ЦАП применительно к радиационным испытаниям.

8. Разработка унифицированного экспериментального оборудования для испытаний БИС АЦП/ЦАП на радиационную стойкость.

9. Прогнозирование показателей радиационной стойкости и определение доминирующих механизмов отказов типовых представителей номенклатуры БИС АЦП и ЦАП.

Научная новизна работы:

На основе результатов расчетно-экспериментального моделирования и имитационных испытаний выявлены и исследованы доминирующие механизмы отказов базовых элементов КМОП БИС АЦП и ЦАП при воздействии импульсных и стационарных ИИ:

1. Установлено, что порог отказа КМОП БИС АЦП и ЦАП при воздействии стационарного ИИ определяется ростом тока потребления. Предложена модель радиационно-индуцированных утечек в переходной области между под-затворным и изолирующим окислами, позволяющая адекватно прогнозировать дозовые отказы КМОП БИС АЦП и ЦАП.

2. Установлено, что порог отказа КМОП БИС АЦП и ЦАП при воздействии импульсного ИИ определяется тиристорным эффектом и кратковременным уменьшением внутреннего напряжения питания. В результате численного моделирования установлена корреляция между порогами тиристорного эффекта и функционального сбоя АЦП и ЦАП, предложена обобщенная электрическая модель ионизационной реакции цепи питания.

3. Предложено использование рассеянного излучения для лазерных имитационных испытаний КМОП БИС АЦП и ЦАП с целью равномерности ионизации кристалла на основе использования рассеянного излучения, что позволило повысить адекватность имитационного моделирования. Впервые выполнена количественная оценка влияния температуры на эквивалентную мощность дозы при лазерных имитационных испытаниях.

4. Определены особенности и доминирующие механизмы отказов основных функциональных классов БИС АЦП и ЦАП, обнаружен аномально высокий уровень чувствительности КМОП АЦП двойного интегрирования к эффектам мощности дозы, определяемый разрядом накопительных конденсаторов ионизационными токами.

5. Предложена и обоснована система информативных параметров-критериев радиационных отказов БИС АЦП и ЦАП, основанная на точностных параметрах характеристики преобразования, что позволяет повысить достоверность определения показателей радиационной стойкости.

Практическая значимость работы:

1. Разработаны базовые методики и экспериментальный комплекс, позволяющие проводить измерение параметров характеристики преобразования БИС АЦП/ЦАП при радиационных испытаниях.

2. Развиты методики имитационных испытаний БИС АЦП и ЦАП, в том числе на основе использования рассеянного лазерного излучения, для испытаний изделий в непрозрачных корпусах и при покрытии кристаллов защитными лаками (компаундами), а также для испытаний в диапазоне температур.

3. Получены оригинальные результаты экспериментальных исследований типовых представителей БИС АЦП и ЦАП серий 572, 1175, 1523 на моделирующих установках и имитаторах в широком диапазоне изменения уровней.

4. Результаты диссертационной работы вошли в отчетные материалы по НИР "Венера-1", "Перенос-4", "Кашира", "ДУС-ДНГ", "Абордаж", "Магистр-СВВ", "Мрия-20", "Ирбис-ПВ4-Марка", "Минарет", "Ржев-Мальта", выполненных по заказам Минобороны РФ и Росавиакосмоса.

5. Результаты диссертационной работы внедрены в АООТ «НИИМЭ и завод Микрон», АО НПП «Сапфир», ЭНПО СПЭЛС, МОКБ «Марс» при разработке и радиационных испытаниях АЦП/ЦАП серий 572, 1175, 1523 и специальных систем управления на их основе.

6. Полученные результаты реализованы в НД, развивающих положения нового комплекса стандартов «Климат-7» в части методов оценки радиационной стойкости - в РД В 319.03.22-97 «Микросхемы интегральные и полупроводниковые приборы. Методы контроля радиационной стойкости на этапах разработки, производства и поставки. Общие методики имитационных испытаний» (1997 г.) и в «Методике контроля соответствия ИС требованиям НД по радиационной стойкости при комплектовании изделий 165 и 155», утв. в/ч 25580 и ГП «МИТ» (1998 г.).

Результаты, выносимые на защиту.

1. Модели доминирующих механизмов отказов базовых элементов КМОП БИС АЦП и ЦАП - радиационно-индуцированных утечек при стационарном ИИ и реакции цепи питания при импульсном ИИ. Модели обеспечивают достоверное описание особенностей радиационного поведения БИС АЦП/ЦАП при снижении вычислительных затрат в 2-5 раз.

2. Набор параметров-критериев радиационной стойкости БИС АЦП и ЦАП, основанный на точностных параметрах характеристики преобразования, соответствующие методики испытаний и реализующий их экспериментальный комплекс на основе разработанного универсального контроллера, обеспечивающие повышение информативности испытаний в 2-3 раза.

3. Методика прогнозирования показателей PC БИС АЦП и ЦАП по результатам расчетно-экспериментального моделирования доминирующих механизмов отказов, рационального состава и объема радиационных испытаний, обеспечивающая достоверность результатов при существенном (на порядок и более) снижении затрат на испытания.

4. Результаты экспериментальных исследований радиационного поведения и параметров отказов типовых представителей БИС АЦП и ЦАП, подтверждающие обоснованность предложенных методических и технических средств прогнозирования радиационной стойкости к воздействиям импульсных и стационарных ионизирующих излучений.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на 35 Международной конференции IEEE «Nuclear and Space Radiation Effects Conrence» (США, 1998); на Международной конференции RADECS-97 (Франция, 1997г.); на Международной конференции «Electronics for LHC Experiments» (Англия 1997, США 1999 гг.); на научных сессиях МИФИ (Москва, 1998,1999,2000 гг.); на Российских научных конференциях "Радиационная стойкость электронных систем" (Лыткарино, 1998, 1999 гг.); на научной конференции "Микро- и наноэлектроника" (Звенигород, 1999); на XVII Международном симпозиуме по ядерной электронике (Варна, 1997 г).

Публикации: Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 29 работах (в период с 1996 по 2000 гг), в том числе 4 без соавторов.

Объем и структура диссертации. Диссертация содержит 223 страницы, в том числе 100 рисунков, список литературы из 106 наименований и состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений.

Заключение диссертации по теме «Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления», Демидов, Александр Алексеевич

Выводы по главе 5

В этом разделе рассмотрены результаты исследования радиационной стойкости серийно выпускающихся типовых представителей БИС АЦП/ЦАП различных классов к воздействию импульсного и статического ИИ на имитаторах и МУ. В частности, АЦП двойного интегрирования 1175ПВ2,

125 m юо

LO О о

75 50 25 0

0 50 100 150 200

Поглощенная доза, едЮ3

Рис. 5.26. Изменение тока потребления Icc(+5B) ЦАП 572ПА2, режим облучения - на входах данных напряжение 2.4 В, режим измерения - на входах данных напряжение 0.8 В

• о * .у / • различные конструктивно-технологические модификации АПЦ последовательного приближения 572ПВ2, быстродействующий КМОП/КНС АЦП параллельного преобразования 1523ПВ1, умножающие ЦАП 572ПА1ММ и 572ПА2ММ, и быстродействующий КМОП/КНС ЦАП 1523ПА1.

Установлено, что ВПР по функционированию АЦП двойного интегрирования может достигать нескольких секунд при мощности дозы, близкой к порогу защелкивания. Функциональные сбои наблюдались даже при минимально достигнутой мощности дозы 6.5 105 ед./с. Порог параметрического отказа при воздействии стационарного излучения составляет около 5-104 ед. Наиболее чувствительным параметром к поглощенной дозе и интенсивности облучения является погрешность полной шкалы преобразователя. Превышение установленных норм по этому параметру происходит при интенсивности 10 ед./с. В результате проведенного анализа показано, что повышенная чувствительность к интенсивности воздействующего облучения характерна для интегрирующих АЦП, и является следствием разряда накопительных емкостей ионизационными токами. Механизм дозовых отказов также связан с разрядом конденсаторов, вследствие роста утечек через МОП транзисторы.

БИС АЦП последовательного приближения 572ПВ4ММ ("Микрон") не

19 защелкиваются вплоть до максимальных достигнутых мощностей дозы 1.6-10 ед./с. ВПР зависит от номера канала и не превышает 260 мкс. Порог защелкивания 572ПВ4 ("Альфа") составляет 109 ед./с. Радиационное поведение трех исследованных модификаций 572ПВ4 при стационарном воздействии различается. Функциональный отказ 572ПВ4ММ вызван потерей работоспособности в верхней части ХП и происходит при дозе 2.9-104 ед. Смещение нуля ХП не превышает 100 мВ. В свою очередь, характер поведения AD7581 определяется именно смещением нуля ХП, превышающим 2.0 В. Причина отказа - рост напряжения смещения компаратора. Отказ по дозе АЦП 572ПВ4 происходит при 3.6-104 ед. и связан с увеличением нелинейности ХП.

Защелкивания и катастрофических отказов БИС КМОП/КНС АЦП параллельного преобразования при импульсном воздействии не обнаружено.

Характерное значение УБР составляет 1.2-10 ед./с, ВПР не превышает 30 мкс и определяется функционированием. Уровень стойкости по дозе находится около 10б ед. и определяются погрешностью смещения нуля и полной шкалы.

Также не обнаружено защелкивания и катастрофических отказов БИС КМОП/КНС ЦАП. Наиболее критичным параметром при импульсном воздействии является выходной ток ЦАП при входном коде 1111111111. УБР по этому параметру составляет 10 ед./с. ВПР не превышает 15 мкс. Для стационарного воздействия критичный параметр - погрешность полной шкалы. Превышение установленных норм происходит при уровне воздействия 2-104 ед. Остальные параметры изменяются слабо до Ю3 ед.

Изготовленные по объемной КМОП технологии ЦАП 572ПА1ММ и 572ПА2ММ защелкиваются при включении без токоограничивающего резистора. Порог защелкивания около 109 ед./с. Критичный режим облучения при стационарном воздействии соответствует открытым выходным ключам (единицы на входе). 572ПА1ММ отказывает вследствие роста тока утечки закрытых ключей, тогда как у 572ПА2ММ отказывает схема управления ключами. Доза отказа 6-Ю4 и 9-Ю4 ед. для ПА1 и ПА2 соответственно.

Приведенные результаты показывают эффективность предложенных в диссертационной работе методов, методик и технических средств оценки и прогнозирования радиационной стойкости БИС АЦП/ЦАП.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Выполнено расчетно-экспернментальное моделирование доминирующих механизмов радиационных отказов базовых элементов КМОП АЦП и ЦАП с учетом влияния функциональных и паразитных элементов, а также организации цепи питания.

2. Установлено, что порог отказа КМОП БИС АЦП и ЦАП при воздействии импульсного ИИ определяется тиристорным эффектом и кратковременным уменьшением внутреннего напряжения питания. В результате численного моделирования установлена корреляция между порогами тиристорного эффекта и функционального сбоя АЦП и ЦАП, предложена обобщенная электрическая модель ионизационной реакции цепи питания.

3. Установлено, что порог отказа КМОП БИС АЦП и ЦАП при воздействии стационарного ИИ коррелирует с ростом тока потребления. Предложена модель радиационно-индуцированных утечек на основе представлений о их локализации в переходной области между подзатворным и изолирующим окислами, позволяющая адекватно прогнозировать дозовые отказы КМОП БИС АЦП и ЦАП.

Разработанные модели обеспечивают достоверное описание особенностей радиационного поведения БИС АЦП и ЦАП при снижении вычислительных затрат в 2. 5 раз.

4. Предложено использование рассеянного излучения для лазерных имитационных испытаний КМОП БИС АЦП и ЦАП с целью равномерности ионизации кристалла на основе использования рассеянного излучения, что позволило повысить адекватность имитационного моделирования. Впервые выполнена количественная оценка влияния температуры на эквивалентную мощность дозы при лазерных имитационных испытаниях.

5. Предложена и обоснована система информативных параметров-критериев радиационных отказов БИС АЦП и ЦАП, основанная на точностных параметрах характеристики преобразования, что позволяет повысить достоверность определения показателей радиационной стойкости.

6. Разработаны и опробованы методики радиационных испытаний КМОП АЦП и ЦАП, в том числе, по точностным параметрам, а также реализующий их экспериментальный комплекс на основе разработанного универсального контроллера. Применение разработанных методических и технических средств радиационных испытаний обеспечивает повышение их информативности в 2.3 раза.

7. Разработана и внедрена в ходе создания номенклатуры отечественных БИС АЦП и ЦАП методика прогнозирования показателей PC БИС АЦП и ЦАП по результатам расчетно-экспериментального моделирования доминирующих механизмов отказов, рационального состава и объема радиационных испытаний, обеспечивающая достоверность результатов при существенном (на порядок и более) снижении затрат на испытания.

8. Получены оригинальные результаты экспериментальных исследований радиационного поведения и параметров отказов типовых представителей БИС АЦП и ЦАП серий 572, 1175, 1523 и др., подтверждающие обоснованность предложенных методических и технических средств прогнозирования радиационной стойкости к воздействиям импульсных и стационарных ионизирующих излучений.

9. Определены особенности и доминирующие механизмы отказов основных функциональных классов БИС АЦП - параллельных, последовательного приближения, интегрирующих и ЦАП - умножающих, с токовым выходом и быстродействующих, с выходом по напряжению. В частности, обнаружен аномально высокий уровень чувствительности КМОП АЦП двойного интегрирования к эффектам мощности дозы, определяемый разрядом накопительных конденсаторов ионизационными токами.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Демидов, Александр Алексеевич, 2000 год

1. Никифоров А.Ю., Телец В.А., Чумаков А.И. Радиационные эффекты в КМОП ИС. М.: Радио и связь, 1994. - 164 с.

2. Ionizing Radiation Effects in MOS devices and Circuits, ed. by T.P.Ma and P.V.Dressendorfer, J.Willey & Songs, New York, 1989. 587 p.

3. Вавилов B.C., Ухин H.A. Радиационные эффекты в полупроводниках и полупроводниковых приборах. М.: Атомиздат, 1969. - 312 с.

4. Агаханян Т.М., Аствацатурьян Е.Р., Скоробогатов П.К. Радиационные эффекты в интегральных схемах. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 256 с.

5. Першенков B.C., Попов В.Д., Шальнов А.В. Поверхностные радиационные эффекты в ИМС. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 256 с.

6. Никифоров А.Ю., Подлепецкий Б.И., Телец В.А. Принципы формирования системы нормативных документов на микроэлектронные компоненты датчиков. //Измерительная техника. 1997, № 3, с. 12 15.

7. A.Yu.Nikiforov, V.A.Telets, D.V.Gromov. Microelectronic approach to smart sensor quality, reliability and radiation hardness regulation and assurance. //Proceedings on electronics for LHC experiments. 1997. Great Britain, pp.489-492.

8. Телец B.A. "Развитие микроэлектронных преобразователей информации для датчиковых и информационно измерительных систем военного назначения и методы их контроля", диссертация на соиск. уч. ст. д.т.н. Мытищи. 22 ЦНИИМО. 1999г.

9. Скоробоатов П.К. "Расчетно-экспериментальное моделирование воздействия импульсных гамма и рентгеновских излучений на кремниевые ППП и ИС", диссертация на соиск. уч. ст. д.т.н. Москва. МИФИ. 1999.

10. A.I.Chumakov et.al. 1С specified radiation effect experimental simulation and estimation method. Radiation measurement. V.30 1999. 547-562.

11. Степанов Ю.И., Критенко М.И., Малюдин С.А. и др. Концепция развития изделий микроэлектроники военного и специального назначения на период до 2005 года //22 ЦНИИИ МО, 1999 г., 43 с.

12. Критенко М.И., Малюдин С.А., Телец В.А. Развитие элементной базы средств связи и вычислительной техники и современное состояние электронной промышленности, Сборник научных трудов Научной сессии МИФИ-2000, т.1, Москва, МИФИ, 2000, с.75-76.

13. Критенко М.И., Малюдин С.А., Телец В.А. Состояние и концептуальные задачи развития военной и специальной микроэлектроники, Сборник научных трудов Научной сессии МИФИ-99, т.б, Москва, МИФИ, 1999, с. 128-129.

14. Степанов Ю.И., Критенко М.И., Телец В.А., и др. Концептуальные направления развития изделий микроэлектроники специального и военного назначения. //В сб. «Радиационная стойкость электронных систем Стойкость-98», СПЭЛС-НИИП, Москва, 1998 г., с.3-4.

15. Малюдин С.А. Особенности контроля заказчиком радиационной стойкости КМОП ИС и БИС специального назначения, в сб. «Радиационная стойкость электронных систем Стойкость-98», СПЭЛС-НИИП, Москва, 1998 г., с.9-10.

16. T.L.Turflinger, M.V.Davey, J.P.Bings. "Radiation Effects in Analog CMOS Analog-to-Digital Converters", IEEE Rad. Effects Data Workshop, 1996, pp.6-12.

17. C.I.Lee, B.G.Rax, A.H.Johnston. "Hardness Assurance and Testing Techniques for High Resolution (12- to 16-bit) Analog-to-Digital Converters". IEEE Trans, on Nucl.Sc., vol.42 (1995), N6, pp. 1681-1688.

18. C.I.Lee, B.G.Rax, A.H.Johnston "Total Ionizing Dose Effects on High-Resolution (12-/14-bit) Analog-to-Digital Converters". IEEE Trans, on Nucl.Sc., vol.41 (1994), N6, pp.2459-2466.21. http://radnet.jpl.nasa.gov.

19. T.L.Turflinger, M.V.Davey. "Transient Radiation Test Techniques for High-Speed Analog-to-Digital Converters". IEEE Trans, on Nucl.Sc., vol.36 (1989), N6, pp.2356-2361.

20. T.L.Turflinger. "Single Event Effects in Analog and Mixed-Signal Integrated Circuits". IEEE Trans, on Nucl.Sc., vol.43 (1996), N2, pp.594-602.

21. T.L.Turflinger, M.V.Davey. "Understanding Single Event Phenomena in Complex Analog and Digital Integrated Circuits". IEEE Trans, on Nucl.Sc., vol.37 (1990), N6, pp.1832-1838.

22. T.L.Turflinger, M.V.Davey, B.M.Mappes. "Single Event Effects in Analog-to-Digital Converters: Device Performance and System Impact". IEEE Trans, on Nucl.Sc., vol.41 (1994), N6, pp.2187-2194.

23. K.P.McCarty, J.R.Coss,D.K.Nichols, G.M.Swift, K.A.LaBel. "Single Event Effects Testing of the Crystall CS5327 16-bit ADC". IEEE Rad. Effects Data Workshop, 1994, pp.86-96.

24. K.A.LaBel, A.K.Moran, D.K.Hawkins et.al. "Single Event Effect Proton and Heavy Ion Test Results for Candidate Spacecraft Electronics". IEEE Rad. Effects Data Workshop, 1994, pp.64-71.

25. D.J.Wilson, D.A.Dom. "Characterization of Single Event Effects for AD677, 16bit AID converter". IEEE Rad. Effects Data Workshop, 1994, pp.78-85.

26. S.Bee, G.R.Hopkinson, R.Harboe-Sorensen, L.Adams and A.Smith. Heavy-ion study of single event effects in 12- and 16-bi ADCs. IEEE Rad. Effects Data Workshop, 1997, pp.58-67.

27. R.Koga, S.D.Pinkerton, S.C.Moss et al. "Observation of Single Event Upset in Analog Microcircuits". IEEE Trans, on Nucl.Sc., vol.40 (1993), N6, pp. 1838-1844.

28. Телец В.А. Классификация микроэлектронных АЦП // Измерительная техника,- 1982,-N 12,- С.43-45.

29. Analog Devices, practical analog design techniques. 1995 r.

30. Федорков Б.В., Телец В.А., Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование параметры, применение. М.: Энергоатомиздат, 1989. 317 с

31. Интегральные микросхемы: Микросхемы для аналого-цифрового преобразования и средств мультимедиа. Выпуск 1 М. Додэка, 1996. 384 с.

32. J.Khoury, H.Tao. "Data converters for communications systems". IEEE Communications magazine. Vol. 36, № 10,Oct. 1998. pp. 113-117.

33. Смирнов Ю.Н. Анализ современного состояния развития микросхем АЦП и ЦАП за рубежом и в России. Отчет по НИР. 1996 г.

34. Федорков Б.Г., Телец В.А., Дегтяренко В.П. Микроэлектронные цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи. -М.: Радио и связь, 1984,-121с.

35. Гнатек Ю.Р. Справочник по цифро-аналоговым и аналого-цифровым преобразователям: Пер. с англ. / Под ред. Ю.А.Рюжина,- М.: Радио и связь, 1982.- 551 с.

36. Лебедев О.Н., Мирошниченко А.И., Телец В.А. Изделия электронной техники. Цифровые микросхемы. Микросхемы памяти. Микросхемы ЦАП и АЦП,- М.: Радио и связь, 1994. 247 с.42. ГОСТ РВ 20.57.415

37. РД В 319.03.31-99. Изделия электронной техники, квантовой электроники и электротехнические. Рациональный состав и последовательность испытаний на соответствие заданным требованиям по радиационной стойкости. Руководящий документ МО РФ, 1999 г.

38. Микросхемы интегральные. Термины, определения и буквенные обозначения электрических параметров. ГОСТ 19480-89.

39. Микросхемы интегральные. Цифро-аналоговые и Аналого-цифровые преобразователи. Общие требования при измерении параметров. ОСТ 11 0078.084.

40. Микросхемы интегральные. Цифро-аналоговые преобразователи. Методы измерения параметров характеристики преобразования. ОСТ 11 0078.1-84

41. Микросхемы интегральные. Аналого-цифровые преобразователи. Методы измерения параметров характеристики преобразования. ОСТ 11 0078.3-84.

42. Чумаков А.И. Методы и средства моделирования доминирующих радиационных эффектов в интегральных схемах при воздействии высокоэнергетичных ядерных частиц. Диссертация на соиск. уч. ст. д.т.н., М. МИФИ, 1998 г.

43. Гамкрелидзе С.А., Громов Д.В., Критенко М.И. и др. Применение лазерных имитаторов для проведения физико-технического анализа изделий и структур микроэлектроники и наноэлектроники //Электронная промышленность. 1996. № 2. с.20-23.

44. Согоян А.В., Никифоров А.Ю., Чумаков А.И. Подход к прогнозированию радиационной деградации параметров КМОП ИС с учетом сроков и условий эксплуатации, Микроэлектроника, 1999, том.28, №4, с.263-275.

45. ISE TCAD Software Release 4. ISA Integrated System Engineering Inc., Mountain View, CA, USA.

46. PSpice 4.03 Users Guide, Irvin, MicroSim Corp, 1990.

47. Сверхбольшие интегральные микросхемы оперативных запоминающих устройств/Под ред. В.Д.Вернера,- М., 1991.

48. Герасимов Ю.М., Григорьев Н.Г., Кармазинский А.Н. и др. "Исследование и проектирование статических ЗУ на дополняющих МДП транзисторах", //Отчет по теме 78-3-174 (2-я часть).-М.:МИФИ, 1980.-191с.

49. M.R. Shaneyfelt, W.L.Warren, D.L.Hetherington, and R.A.Reber. Radiation-induced defects in chemical- mechanical polished MOS oxides. IEEE Trans, on Nucl.sc. 1995, Vol.42, p. 1725.

50. Flament, C. Chaberie, V.Ferlet-Cavrois and J.L.Leray. A methodology to study parasitic transistors in CMOS technologies. 1997 fourth european conference on radiation and its effects on components and system proceedings, pp.61-65.

51. Зи С. "Физика полупроводниковых приборов", М.:Мир, 1984.

52. Согоян А.В. Аналитическая модель радиационной чувствительности МДПТ с узким каналом // Вопросы атомной науки и техники, сер. "Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру", 1995, вып. 1-2, стр.63-70.

53. Ф.М.Морс, Г.Фешбах. Методы теоретической физики, т.2. М., 1960.

54. К.В. Рождественский. Метод сращиваемых асимптотических разложений в гидродинамике крыла. Л.: Судостроение, 1979.

55. Согоян А.В., "Прогнозирование стойкости КМОП ИС к совместному воздействию стационарного ионизирующего излучения и температуры", диссертация на соиск. уч. ст. к.т.н., М., МИФИ, 1997.

56. M.R.Shaneyfelt, P.E.Dodd, B.L.Drapper, and R.S.Flores. Challenges in hardening technologies using shallow-trench isolation. IEEE Trans, on Nucl.sc. 1998, Vol.45, № 6, pp.2584-2592.

57. Согоян А.В., Артамонов А.С., Демидов А.А., и др. Оценка влияния радиационно-индуцированных утечек на деградацию параметров КМОП ИС. //В сб.: Радиационная стойкость электронных систем. М.: СПЭЛС-НИИП, 1998. с.51-52.

58. Калашников О.А. "Методы исследования и проектирования цифровой электронной аппаратуры, функционирующей в условиях воздействия низкоинтенсивного ионизирующего излучения", диссертация на соиск. уч. ст. к.т.н., Москва, МИФИ, 1994.

59. Исследование радиационной стойкости КМОП/КНС БИС третьего поколения Москва. 1996. НТО по НИР «Магистр СВВ».

60. Никифоров А.Ю., Критенко М.И., Телец В.А. и др. Система радиационных испытаний БИС в процессе разработки, производства и поставки. //В сб. «Радиационная стойкость электронных систем- Стойкость-98», СПЭЛС-НИИП, Москва, 1998 г., с.5-6.

61. РД В 319.03.22-97. Микросхемы интегральные и полупроводниковые приборы. Методы контроля радиационной стойкости на этапах разработки, производства и поставки. Общие методики имитационных испытаний. Руководящий документ МО РФ, 1997 г.

62. D.H.Habing, "Use of Laser to Simulate Radiation induced Transients in Semiconductors and Circuits", IEEE Trans. Nucl. Sci., Vol. NS-12, No.6, p.91-100, December 1965.

63. A.Y.Nikiforov, P.K.Skorobogatov, "Dose Rate Laser Simulation Tests Adequacy: Shadowing and High Intensity Effects Analysis", IEEE Trans. Nuc. Sci., Vol. NS-43, No.6, p.3115-3121, December 1996.

64. M.Jonsson, S.Mattsson, "Transient Radiation Response of VLSI Circuits: Shadowing Effects and Pulse Widths Dependence in Laser". IEEE Trans. Nucl. Sci., Vol. NS-38, No.6, p. 1429-1433, December 1991.

65. Сыцько Ю.И., Скоробогатов П.К., Чумаков А.И. и др. Система численного физико-топологического двумерного моделирования полупроводниковых структур "DIODE-2D". //В сб.: Радиационная стойкость электронных систем. М.: СПЭЛС-НИИП, 1999, с.21-22.

66. Кудряшов Н.А., Кучеренко А.С., Сыцько Ю.И. Математическое моделирование фотоэлектрических процессов в полупроводниковых элементах при высоких уровнях фотовозбуждения. //Математическое моделирование. -1989. Т. 1, № 12. С. 1-12.

67. Скоробогатов П.К. Методология расчетно-экспериментального моделирования объемных ионизационных эффектов в ИС с позиции многоуровневого иерархического подхода. //Сборник научных трудов. В 11 частях. 4.5. М.: МИФИ, 1998, с.208-210.

68. Скоробогатов П.К., Никифоров А.Ю., Демидов А.А. Влияние площади металлизации на порог радиационного защелкивания КМОП ИС при лазерном имитационном моделировании. //В сб. Научная сессия МИФИ. М., 1999, ч. 6, с.132-133.

69. P.K.Skorobogatov, A.Y.Nikiforov, A.A.Demidov. "A Way to Improve Dose Rate Laser Simulation Adequacy", IEEE Trans. Nuc. Sci., Vol. NS-45, No.6, December 1998, pp.2659-2664.

70. A.A.Demidov, A.Y.Nikiforov, P.K.Skorobogatov. «Use of diffused laser irradiation to improve dose rate simulation adequacy» //Proceedings of the 5lh Workshop on Electronics for LHC Experiments, USA, 1999, p.547-550.

71. Согоян A.B, Никифоров А.Ю., Демидов А.А. и др. Исследование влияния защитного лака на дозовую деградацию КМОП ИС. //В сб.: Радиационная стойкость электронных систем. М.: СПЭЛС-НИИП, 1999, с.73-74.

72. Калашников О.А., Никифоров А.Ю., Кошарновский А.Н. Особенности радиационных испытаний БИС СОЗУ зарубежного производства. //В сб.: Радиационная стойкость электронных систем. М.: СПЭЛС-НИИП, 1999, с.55-56

73. Программа «LDR». Техническое описание и руководство пользователя. М.: ЭНПО СПЭЛС, 1991 г.

74. Шлыков Г.П. Измерение параметров интегральных ЦАП и АЦП. М.: Радио и связь, 1985,- 128 с.

75. S.Runyon. Testing big chips. IEEE Spectinm. April 1999. pp.49-55.

76. T.B.Williams. "The calibration of a DAC using differential linearity measurements". //IEEE Trans, on Instr. and Meas. V.31, No. 4, Dec. 1982.

77. Демидов А.А., Калашников О.А. Методические особенности измерения точностных параметров БИС АЦП/ЦАП //В сб. Научная сессия МИФИ-2000. -М.: МИФИ, 2000. т.1. с. 101-102.

78. M.Nil, A.Muto. Dynamic testing of analog-to-digital converters. Electronics, 1982, pp. 127-132.

79. Скоробогатов П.К., Никифоров А.Ю., Демидов А.А. Влияние температуры на адекватность лазерного имитационного моделирования объемных ионизационных эффектов в ИС. //В сб.: Радиационная стойкость электронных систем. М.: СПЭЛС-НИИП, 1999, с.99-100.

80. Демидов А. А. Состав и структура системы контроля радиационных параметров аналого-цифровых устройств. //В сб.: Радиационная стойкость электронных систем. М.: СПЭЛС-НИИП. 1998. с. 113-114.

81. Артамонов А.С., Герасимов В.Ф., Калашников О.А. и др., Система комплексного имитационного моделирования полупроводниковых приборов и интегральных схем-СКИМ. //Электронная промышленность, 1996, № 2, с. 16-19.

82. XILINX programmable logic data book. 1999.94. ALTERA. Data book. 1999.

83. Демидов А.А. Унифицированный контроллер одиночных сбоев быстродействующих АЦП. //В сб.: Радиационная стойкость электронных систем. М.: СПЭЛС-НИИП. 1998. с. 139-140.

84. Демидов А. А. Реализация средств контроля работоспособности функционально сложных БИС в базисе ПЛИС. //В сб. Научная сессия МИФИ. М., 1999, ч. 6, с.150-151.

85. Артамонов А.С., Демидов А.А., Калашников О.А., и др. Методика и результаты радиационных испытаний АЦП интегрирующего типа. //В сб.:

86. Вопросы атомной науки и техники, сер. Физика радиационного воздействия на РЭА. 1997, вып. 1-3.

87. Kalashnikov О.A., Demidov A.A., Figurov V.S., et al. Integrating Analog-to-Digital Converter Radiation Hardness Test Technique and Results. //IEEE Trans. On Nuclear Science. Dec. 1998, V45, №6, pp.2611-2615.

88. Демидов А. А., Калашников О.А., Полевич С.А и др. Особенности радиационных отказов аналого-цифровых преобразователей интегрирующего типа. //В сб.: Радиационная стойкость электронных систем. М.: СПЭЛС-НИИП, 1998, с. 119-120.

89. Analog Devices Data Book. 1997.

90. Ю1.Демидов А.А., Калашников О.А., Агрич Ю.В. и др. Исследование радиационного поведения интегральных систем сбора данных КМОП технологии. //В сб.: Радиационная стойкость электронных систем. М.: СПЭЛС-НИИП, 1998, с. 117-118.

91. Демидов А.А., Калашников О.А., Никифоров А.Ю., Фигуров B.C. Сравнительное исследование радиационных отказов БИС АЦП 572ПВ4ММ и его аналога AD7581. //В сб.: Радиационная стойкость электронных систем. М.: СПЭЛС-НИИП, 1999, с.27-28.

92. Artamonov A.S., Demidov А.А., Kalashnikov О.А., et al. Technique and Results of ADC/DAC Radiation Hardness Simulation Tests. //Third workshop on electronics for LHC experiments. 1997. London.

93. Artamonov A.S., Demidov A.A., Kalashnikov O.A., et al. ADC/DAC Radiation Test Technique. //Proceedings ofRADECS. Франция. 1997. с.56-60.

94. P.Hendrics. "Specifying communication DACs". IEEE Spectrum. July 1997. pp.58-69.

95. Демидов А.А., Калашников О.А., Никифоров А.Ю., и др. Исследование радиационного поведения цифро-аналоговых преобразователей серии 572. //В сб.: Радиационная стойкость электронных систем. М.: СПЭЛС-НИИП, 1999, с.29-30.