Научно-методические и аппаратно-программные средства контроля работоспособности современных изделий твердотельной СВЧ электроники при воздействии ионизирующих излучений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.05, кандидат технических наук Чуков, Георгий Викторович

• Чуков, Георгий Викторович
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Чуков, Георгий Викторович

Оглавление

Введение

Глава 1. Современные изделия ТСВЧЭ, методы и средства контроля работоспособности изделий ТСВЧЭ при испытаниях, радиационным эффектам в СВЧ приборах и интегральных схемах

§1.1. Анализ и классификация современных изделий ТСВЧЭ и входящих в них составных блоков для систем связи, обнаружения и навигации СВЧ диапазона

§1.2. Современные полупроводниковые технологии для изделий ТСВЧЭ

§1.3. Базовые физические эффекты в материалах и элементах ТСВЧЭ

при радиационных воздействиях

§1.4. Обзор методов и средств контроля работоспособности изделий

ТСВЧЭ при испытаниях на радиационную стойкость

Выводы

Глава 2. Методы и средства автоматизированных исследований параметров изделий ТСВЧЭ при испытаниях на радиационную стойкость

§ 2.1. Методики и средства исследования параметров базового набора

составных функциональны блоков

§ 2.2. Разработка методик и средств исследования параметров базового набора составных функциональны блоков при испытаниях на радиационную стойкость

§ 2.3. Разработка средств автоматизации радиационного эксперимента

Выводы

Глава 3. Измерительная и испытательная оснастка

§ 3.1. Разработка моделей и оценка применимости корпусов ИС

§ 3.2. Универсальные испытательные оснастки

§ 3.3. Специализированные испытательные оснастки

§ 3.4. Оснастки для испытаний некорпусированных изделий

§ 3.5. Особенности зондового метода контроля работоспособности

при радиационных испытаниях

Выводы

Глава 4. Некоторые результаты экспериментальных исследований радиационной стойкости изделий ТСВЧЭ

§4.1. Обобщенные результаты испытаний изделий ТСВЧЭ на

воздействие ионизирующих излучений

§4.2. Развитие базовой методики лазерных имитационных испытаний

СаАБ изделий ТСВЧЭ

Выводы

Заключение

Литература

Список сокращений

АВХ - амплитудно-временная характеристика

АПИК - автоматизированный аппаратно-программный испытательный

комплекс

АРУ - автоматическая регулировка усиления

АЦП - аналого-цифровой преобразователь

АЧХ - амплитудно-частотная характеристика

БАСН - бортовая аппаратура спутниковой навигации

БИС - большая интегральная схема

ВАЦ - векторный анализатор цепей

ВПР - время потери работоспособности

ГБТ - гетероструктурный биполярный транзистор

ДМ - делитель мощности

дч - делитель частоты

иии - импульсное ионизирующее излучение

ио - испытательная оснастка

ип - источник питания

ИР - импульсная реакция

ис - интегральная схема

ИУ - исследуемое устройство

КД - квадратурный демодулятор

кио - контрольно-измерительное оборудование

км - квадратурный модулятор

кмоп - комплементарные МОП

кии - кремний на изоляторе

кис - кремний на сапфире

ко - катастрофические отказы

ли - лазерный имитатор

мм - мультиметр

ммп - приемо-передающий модуль

МОП - метал - окисел - полупроводник

МПЛ - микрополосковая линия

мси - определены модельная структура для измерений

МСЭА - модельная структура для электромагнитного анализа

МУ - моделирующая установка

МШУ - малошумящий усилитель

но - направленный ответвитель

по - программное обеспечение

пч - промежуточная частота

РС - радиационная стойкость

СБИС - сверхбольшая интегральная схема

СВВ - специальные внешние воздействия

СвК - система в корпусе

СнК - система на кристалле

СФБ - составной функциональный блок

СЧ - синтезатор частот

ТСВЧЭ - твердотельная СВЧ электроника

ТЭ - тиристорный эффект

УБР - уровень бессбойной работы

УМ - усилитель мощности

УПЧ - усилитель промежуточной частоты

ФАПЧ - фазовая автоподстройка частоты

ЦАП - цифроаналоговый преобразователь

ЭКБ - электронная компонентная база

ЭС - эквивалентная схема

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Научно-методические и аппаратно-программные средства контроля работоспособности современных изделий твердотельной СВЧ электроники при воздействии ионизирующих излучений»

Введение

Диссертация направлена на решение важной научно-технической задачи разработки и развития научно-методических, аппаратных и программных средств контроля работоспособности современных и перспективных изделий твердотельной СВЧ электроники (ТСВЧЭ), функционирующих при воздействии ионизирующих излучений в составе электронных устройств и систем управления, связи, локации и навигации военных, космических и ядерных комплексов, что позволяет улучшить их технико-экономические и эксплуатационные характеристики.

Актуальность темы диссертации

Работы в области создания радиационно-стойкой электронной компонентой базы (ЭКБ) микроэлектроники и ТСВЧЭ на протяжении многих лет проводятся в России и за рубежом. Создание перспективных изделий ТСВЧЭ, особенно в радиационно-стойком исполнении, отнесено к приоритетным и критически важным направлениям развития электронной техники, обеспечивающим технологическую независимость от иностранных государств.

В настоящее время интенсивно ведется разработка изделий ТСВЧЭ, в том числе полупроводниковых приборов, интегральных схем и электронных модулей для аппаратуры специального назначения. Тенденция развития этого направления связана с совершенствованием технологий нано- и микроэлектроники, использованием новых полупроводниковых структур и элементов на их основе, функциональным усложнением разрабатываемых изделий до уровня «система на кристалле» (СнК), «система в корпусе» (СвК), сочетающих в своем составе СВЧ приемопередающие тракты, тракты промежуточной частоты и функциональные блоки цифровой обработки и управления.

С одной стороны, функциональное усложнение современных изделий ТСВЧЭ приводит к увеличению совокупной сложности системы информативных

параметров изделий и предъявляет новые требования к методам и средствам контроля их работоспособности. С другой стороны, использование для реализации изделий новых типов структур и полупроводниковых элементов (наногетероструктурных транзисторов на соединениях А3В5, субмикронных МОП транзисторов на структурах кремний-на-изоляторе (КНИ), кремний-германиевых (81Се)БиКМОП элементов и других) сопровождается проявлением новых радиационных эффектов, что определяет специфику выбора и развития эффективных методов контроля работоспособности изделий ТСВЧЭ в условиях их эксплуатации в радиационных полях.

Методические и технические трудности измерения и контроля информативных параметров изделий ТСВЧЭ в процессе и после радиационных воздействий, необходимость создания и использования специализированного контрольно-измерительного и испытательного оборудования, коаксиальных и волноводных измерительных трактов, специализированной СВЧ измерительной оснастки в процессе дистанционных измерений параметров и в условиях высоких уровней помех испытательных установок (ИУ) привели к тому, что в течение последних двадцати лет большинство радиационных испытаний изделий ТСВЧЭ практически не учитывали их специфику, а контроль работоспособности при испытаниях по сути сводился к измерению значений простейшего набора параметров, общих для большинства классов низкочастотных аналоговых ЭРИ, таких как, например, ток потребления. Между тем, применительно к современным и перспективным изделиям ТСВЧЭ, эти параметры малоинформативны и, зачастую, вообще не являются критериальными, что проводит к недостоверной оценке уровня радиационной стойкости.

Поэтому представленная диссертация, посвященная разработке научно обоснованной методологии и инструментария для измерения информативных параметров и в целом контроля работоспособности изделий ТСВЧЭ при воздействии радиационных факторов, является актуальной.

Состояние исследований по проблеме

Методы и средства радиационных испытаний кремниевых цифровых и аналоговых интегральных схем были развиты в работах д.т.н. Улимова В.Н., к.т.н. Фигурова (ФГУП «НИИП»), д.т.н. Скоробогатова П.К., д.т.н. Никифорова А.Ю., д.т.н. Чумакова А.И. (НИЯУ МИФИ), Вологдина Э.Н. (ФГУП «НПП «Пульсар»),

Расчетно-экспериментальному исследованию радиационной стойкости арсенид-галлиевых (GaAs) изделий посвящены научные работы д.т.н. Громова Д.В. (НИЯУ МИФИ) и Оболенского C.B. (НГУ им. Лобачевского) в части дискретных приборов и аналоговых СВЧ ИС, к.т.н. Елесина В.В. (НИЯУ МИФИ) в части цифровых ИС, но объектами их исследований были приборы «предыдущего» поколения.

Отдельные вопросы развития методических и технических средств измерения и контроля специфических параметров изделий ТСВЧЭ в процессе радиационного эксперимента рассмотрены в публикациях д.т.н. Мальцева П.П. (ИСВЧПЭ РАН), к.т.н. Щербакова C.B., Петрова А.И., Полевича С.А. (ФГУП «НПП «Исток»), однако данные работы были направлены на решение других задач.

За рубежом помимо монографии Chaffin R., вышедшей в конце прошлого столетия, по рассматриваемой проблеме следует отметить работы Anderson W., McMorrow D., Knudson A. R., Zuleeg R., FlesnerL.D., Papaioannou G.J., Cressler J.D. и др. Представленные результаты также относятся к конкретным темам проводимых исследований и не решают общей задачи создания методического обеспечения контроля работоспособности изделий ТСВЧЭ.

В тоже время многие научно-методические вопросы достоверного измерения и контроля параметров изделий ТСВЧЭ в процессе радиационного эксперимента до сих пор проработаны недостаточно. Не обоснован рациональный набор контролируемых информативных параметров в привязке к функциональному назначению и технологии изготовления. Имеющиеся

методики измерения СВЧ параметров не учитывают особенностей радиационного эксперимента, а имеющиеся измерительные оснастки не пригодны к использованию в условиях высокого уровня помех при радиационных испытаниях. Разработанные программные средства автоматизации измерений и обработки экспериментальных данных не адаптированы к условиям радиационных испытаний и не позволяют проводить управление режимом работы испытательных установок.

В указанных работах исследования влияния ионизирующих излучений проводились в основном для СВЧ приборов и ИС, выполненных по технологиям прошлого века на основе ваЛв. В последнее десятилетие наблюдалось бурное развитие в области разработки новых изделий ТСВЧЭ на основе как совершенствования уже известных полупроводниковых технологий, так и внедрения новых структур для СВЧ-применений (гетероструктур на основе соединений А3В5, кремний-на-изоляторе, кремний-германий), новых технологических процессов и схемотехнических решений, поэтому задачи развития методик и средств контроля работоспособности современный и перспективных изделий ТСВЧЭ при радиационных воздействиях являются актуальными.

Цель диссертации:

Разработка и развитие научно-методических, аппаратных и программных средств контроля работоспособности современных и перспективных изделий твердотельной СВЧ электроники для задач радиационных экспериментальных исследований и испытаний.

Цель достигается путем решения следующих основных задач;

1. Анализ тенденций развития изделий ТСВЧЭ и особенностей их применения в радиационно-стойкой аппаратуре. Сравнительное исследование особенностей полупроводниковых технологий, используемых при создании современных и перспективных изделий ТСВЧЭ. Определение типовых

структурных схем построения приемо-передающих модулей для систем связи, локации и навигации СВЧ диапазона, выявление базового набора составных функциональных блоков (СФБ). Анализ основных закономерностей радиационного поведения, доминирующих радиационных эффектов и механизмов радиационных отказов в изделиях ТСВЧЭ. Выбор и научное обоснование рационального (необходимого и достаточного) набора контролируемых информативных параметров, достоверно характеризующих радиационную стойкость базовых СФБ в зависимости от их функционального назначения и технологии реализации.

2. Критический анализ существующих методов и средств контроля работоспособности изделий ТСВЧЭ при испытаниях на радиационную стойкость, экспертиза достоверности подхода к оценке показателей стойкости на основании контроля только статических параметров изделий ТСВЧЭ. Разработка научно-методических и аппаратно-программных средств экспериментального исследования параметров изделий ТСВЧЭ в составе измерительных коаксиальных трактов при радиационных воздействиях с использованием моделирующих и имитирующих испытательных установок. Разработка методик автоматизированных измерений и контроля параметров, сбора и обработки экспериментальных данных при стационарных и импульсных видах воздействия.

3. Разработка и развитие методов и средств подключения кристаллов изделий ТСВЧЭ к измерительным коаксиальным и зондовым СВЧ трактам, создание специализированной и универсальной СВЧ оснасток, моделей корпусов для изделий ТСВЧЭ, методик автоматизированного исключения влияния измерительной оснастки при испытаниях изделий ТСВЧЭ.

4. Получение и систематизация оригинальных экспериментальных результатов радиационного поведения изделий ТСВЧЭ в широких диапазонах изменения режимов работы и уровней воздействия с целью подтверждения эффективности предложенных методов и средств, расчетно-экспериментального

моделирования радиационных эффектов, прогнозирования радиационной стойкости на этапах проектирования.

5. Развитие базовой методики лазерных имитационных испытаний ОаАэ изделия ТСВЧЭ применительно к контролю основных информативных СВЧ параметров и в диапазоне предельных значений мощности дозы импульсного ионизирующего излучения.

Научная новизна работы;

1. Выявлены и систематизированы основные закономерности радиационного поведения, доминирующие радиационные эффекты и механизмы радиационных отказов в современных изделиях ТСВЧЭ на кремниевых, кремний-на-изоляторе, кремний-германиевых и арсенид-галлиевых структурах. Определен и научно-обоснован рациональный (необходимый и достаточный) набор контролируемых информативных параметров радиационной стойкости базовых составных функциональных блоков изделиях ТСВЧЭ в зависимости от функциональной принадлежности и технологии их реализации.

2. Создана оригинальная расчетно-экспериментальная методика определения информативных параметров и контроля работоспособности изделий ТСВЧЭ, включая разработку моделей корпусов для СВЧ ИС, других элементов испытательной оснастки, оценку эффективности их применимости для диапазона сверхвысоких частот, разработку методики автоматизированного исключения влияния измерительной оснастки при радиационных испытаниях изделий ТСВЧЭ.

3. Получены и систематизированы оригинальные экспериментальные результаты по характеру радиационного поведения широкой номенклатуры современных изделий ТСВЧЭ в широком диапазоне изменения режимов работы, рабочих частот до 26 ГГц и уровней радиационных воздействий до 6Ус по ГОСТ РВ 20 39.414.2, подтвердившие высокую эффективность предложенных методов и средств контроля работоспособности и в целом прогнозирования радиационной стойкости изделий ТСВЧЭ в ходе их проектирования.

4. Развита базовая методика лазерных имитационных испытаний ваАз изделий ТСВЧЭ, адаптированная к контролю основных информативных СВЧ параметров в диапазоне предельных значений мощности дозы импульсного ионизирующего излучения, не достижимых на моделирующих установках.

Практическая значимость работы:

1. Разработан и внедрен в эксплуатацию универсальный автоматизированный аппаратно-программный комплекс (АПИК) для расчетно-экспериментальных исследований и испытаний всей номенклатуры изделий ТСВЧЭ в диапазоне частот до 26 ГГц.

2. Разработан маршрут исследований и испытаний корпусированных и некорпусированных (кристаллов) СВЧ приборов и ИС СВЧ диапазона, включающий в себя разработку программ-методик испытаний с обоснованным выбором контролируемых параметров, разработку испытательной оснастки с учетом конструктивных и функциональных параметров образцов, адаптацию СВЧ измерительного стенда и средств автоматизации, проведение испытаний и автоматизированную обработку результатов.

3. Разработаны модели корпусов для СВЧ ИС, как элементов испытательной оснастки, проведена оценка их применимости для сверхвысоких частот.

4. Обоснована и практически реализована возможность радиационных исследований изделий ТСВЧЭ на пластинах с контролем параметров зондовыми методами на ранних этапах разработки и производства, чтоособо актуально при испытаниях изделий с рабочими частотами выше 12ГГц.

5. Получены оригинальные результаты экспериментальных исследований и испытаний более чем 100 типов изделий ТСВЧЭ отечественного и иностранного производства.

6. Результаты диссертации внедрены в ряде НИОКР проводимых ОАО «НИИМА «Прогресс», ОАО «НИИМЭ и Микрон», ФГУП «НПП «Исток»,

ИСВЧПЭ РАН и ОАО «ЭНПО СПЭЛС» в части экспериментальных исследований и испытаний изделий СВЧ диапазона на радиационную стойкость.

Результаты, выносимые на защиту:

1. Базовая расчетно-экспериментальная методика определения информативных параметров и в целом контроля работоспособности изделий ТСВЧЭ и реализующий ее аппаратно-программный автоматизированный испытательный комплекс, обеспечивающий измерение и контроль полного набора информативных параметров изделий ТСВЧЭ в диапазоне частот до 26 ГГц при испытаниях на радиационную стойкость.

2. Маршрут исследований и испытаний корпусированных и некорпусированных (кристаллов) СВЧ приборов и ИС СВЧ диапазона, включающий в себя разработку программ-методик испытаний с обоснованным выбором контролируемых параметров, разработку испытательной оснастки с учетом конструктивных и функциональных параметров образцов, адаптацию СВЧ измерительного стенда и средств автоматизации, проведение испытаний и автоматизированную обработку результатов.

3. Расчетно-экспериментальная методика определения параметров СВЧ моделей корпусов ИС, оригинальные модели ряда отечественных металлокерамических и металлостеклянных корпусов в диапазоне от 2 до 10 ГГц и выше.

4. Оригинальные результаты экспериментальных исследований и испытаний широкой номенклатуры (более чем 100 типов) изделий ТСВЧЭ отечественного и иностранного производства.

Апробация работы

Основные результаты диссертации были представлены и обсуждались на российских и международных конференциях и семинарах: «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии (КрыМиКо)» (Севастополь, 2009 г.),

«Научно-техническая конференция «Пульсар» (2009-2012 гг.), «Радиационная стойкость электронных систем» (Лыткарино, 2008-2012 гг.), «Электроника, микро- и наноэлектроника» (2007-2012 гг.), «Проблемы создания специализированных радиационно-стойких СБИС на основе гетероструктур» (Н.Новгород, 2012 г.), научных сессиях МИФИ (Москва, 2008-2013 гг.) и других. По теме диссертации опубликовано более 40 печатных работ (в период с 2007 по 2013 гг.), в том числе 6 статей в журналах перечня ВАК, 1 монография, 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Объем и структура диссертации Диссертация содержит 125 страницы, в том числе 57 рисунков, 12 таблиц, список литературы из 95 наименований и состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы.

Введение обосновывает актуальность работы, кратко обобщает постановку задачи и полученные результаты исследований.

Первая глава посвящена классификации современных зарубежных и отечественных ИС и БИС СнК для систем связи, обнаружения и навигации, выделению основных составных функциональных блоков, перечню и диапазону значений их параметров, анализу методов и средств контроля работоспособности изделий ТСВЧЭ при испытаниях на радиационную стойкость.

Вторая глава посвящена разработке аппаратно-программного испытательного комплекса, методических и технических средств измерения и контроля параметров изделий ТСВЧЭ, а также средствам автоматизации радиационного эксперимента.

Третья глава посвящена разработке методов и средств подключения кристаллов изделий ТСВЧЭ к измерительным коаксиальным СВЧ трактам, созданию специализированной и универсальной СВЧ оснастки, моделей корпусов, методик автоматизированного исключения влияния испытательной оснастки (ИО).

Четвертая глава посвящена обобщению и систематизации оригинальных экспериментальных результатов радиационного поведения изделий ТСВЧЭ, а также развитию базовой методики лазерных имитационных испытаний ваЛв изделий ТСВЧЭ применительно к контролю основных информативных СВЧ параметров в диапазоне предельных значений мощности дозы импульсного ионизирующего излучения.

Заключение обобщает основные теоретические и практические результаты диссертации.

Заключение диссертации по теме «Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления», Чуков, Георгий Викторович

Выводы

Обобщенный анализ результатов проведенных исследований и испытаний радиационной стойкости изделий ТСВЧЭ позволил установить следующее:

1. Для космических применений, требующих высокого уровня стойкости к дозовым эффектам, наиболее предпочтительными являются 8Юе биполярные СВЧ МИС; на втором месте находятся КМОП ИС, изготовленные по технологии «кремний-на-изоляторе» и ИС на основе ОаАз; третье место занимают кремниевые биполярные ИС.

2. Для применений, дополнительно требующих повышенной стойкости к воздействию нейтронов, наиболее перспективной является технология КНИ/КНС КМОП; на втором месте по этому фактору стоят КМОП ИС и схемы на основе ваЛв.

3. Для военных применений, дополнительно требующих повышенной стойкости к импульсным ионизирующим излучениям, перспективной является технология КМОП КНИ/КНС; на втором месте по этому фактору стоят 8Юе биполярные ИС и ИС на основе ваАз.

Проведенные исследования в области развития лазерной методики испытания изделий ТСВЧЭ на основе ваАв позволили определить параметры лазерного излучения, при которых импульсная реакция исследуемого образца по своим амп л иту дно-временным характеристикам соответствует импульсной реакции при импульсном воздействии на моделирующей установке.

Заключение

Основным результатом диссертации является решение важной научно-технической задачи разработки и развития научно-методических, аппаратных и программных средств контроля работоспособности современных и перспективных изделий ТСВЧЭ, функционирующих при воздействии ионизирующих излучений в составе электронных устройств и систем управления, связи, локации и навигации военных, космических и ядерных комплексов для улучшения их технико-экономические и эксплуатационные характеристики.

Проведенный обобщенный анализ проблемной ситуации позволил:

1) выявить отсутствие к началу диссертационной работы единого подхода к методам и средствам прогнозирования и оценки радиационной стойкости изделий ТСВЧЭ, изготовленных по современным полупроводниковым технологиям;

2) выявить научное противоречие, которое заключается одновременно в необходимости и невозможности обеспечить достоверную оценку уровня радиационной стойкости современных изделий ТСВЧЭ, оставаясь в рамках имеющихся методов и средств теоретического и экспериментального моделирования без их существенного научно-технического развития.

Поэтому целью диссертации являлась разработка и развитие научно-методических, аппаратных и программных средств контроля работоспособности современных и перспективных изделий ТСВЧЭ для задач радиационных экспериментальных исследований и испытаний.

Основные научные результаты диссертации заключаются в следующем:

1. Выявлены и систематизированы основные закономерности радиационного поведения, доминирующие радиационные эффекты и механизмы радиационных отказов в современных изделиях ТСВЧЭ на кремниевых, кремний-на-изоляторе, кремний-германиевых и арсенид-галлиевых структурах. Определен и научнообоснован рациональный набор контролируемых информативных параметров радиационной стойкости базовых составных функциональных блоков изделиях

114

ТСВЧЭ в зависимости от функциональной принадлежности и технологии их реализации.

2. Создана оригинальная расчетно-экспериментальная методика определения информативных параметров и контроля работоспособности изделий ТСВЧЭ, включая разработку моделей корпусов для СВЧ ИС, других элементов испытательной оснастки, оценку эффективности их применимости для диапазона сверхвысоких частот, разработку методики автоматизированного исключения влияния измерительной оснастки при радиационных испытаниях изделий ТСВЧЭ.

3. Развита базовая методика лазерных имитационных испытаний ваАв изделий ТСВЧЭ, адаптированная к контролю основных информативных СВЧ параметров в диапазоне предельных значений мощности дозы импульсного ионизирующего излучения, не достижимых на моделирующих установках.

Основной практический результат диссертации заключается в разработанных научно-методических и аппаратно-программных средствах, обеспечивающих достоверный параметрический и функциональный контроль современных изделий ТСВЧЭ при проведении радиационных исследований и испытай на моделирующих установках и лабораторных источниках ионизирующего излучения. Разработанные методы и средства внедрены в ОАО «НИИМА «Прогресс», ОАО «НИИМЭ и Микрон», ФГУП «НПП «Исток», ИСВЧПЭ РАН и ОАО «ЭНПО СПЭЛС» в части экспериментальных исследований и испытаний изделий СВЧ диапазона на радиационную стойкость.

Частные практические результаты работы и их реализация:

1. Разработан и внедрен в эксплуатацию универсальный автоматизированный аппаратно-программный комплекс для расчетно-экспериментальных исследований и испытаний всей номенклатуры изделий ТСВЧЭ в диапазоне частот до 26 ГГц.

2. Разработан маршрут исследований и испытаний СВЧ приборов и ИС СВЧ диапазона, включающий в себя разработку программ-методик испытаний с обоснованным выбором контролируемых параметров, разработку испытательной оснастки с учетом конструктивных и функциональных параметров образцов, адаптацию СВЧ измерительного стенда и средств автоматизации, проведение испытаний и автоматизированную обработку результатов.

3. Разработаны модели корпусов для СВЧ ИС, как элементов испытательной оснастки, проведена оценка их применимости для сверхвысоких частот.

4. Обоснована и практически реализована возможность радиационных исследований изделий ТСВЧЭ на пластинах с контролем параметров зондовыми методами на ранних этапах разработки и производства, что особо актуально при испытаниях изделий с рабочими частотами выше 12 ГГц.

5. Получены оригинальные результаты экспериментальных исследований и испытаний более чем 100 типов изделий ТСВЧЭ отечественного и иностранного производства.

Таким образом, достигнута основная цель диссертации, а именно: разработаны, развиты и обоснованы научно-методические, аппаратные и программные средств контроля работоспособности современных и перспективных изделий твердотельной СВЧ электроники для задач радиационных экспериментальных исследований и испытаний.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Чуков, Георгий Викторович, 2013 год

Литература

1. Техническая документация на СБИС ADF7020. URL: http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/ADF7020.pdf (дата обращения 01.05.13).

2. Техническая документация на СБИС ADF7025. URL: http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/ADF7025.pdf (дата обращения 01.05.13).

3. Техническая документация на СБИС ADF7242. URL: http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/ADF7242.pdf (дата обращения 01.05.13).

4. Техническая документация на СБИС ADF9356. URL: http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/ADF9356.pdf (дата обращения 01.05.13).

5. Техническая документация на СБИС ADF2828. URL: http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/ADF2828.pdf (дата обращения 01.05.13).

6. Техническая документация на СБИС ADF2830. URL: http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/ADF2830.pdf (дата обращения 01.05.13).

7. Техническая документация на СБИС ADF2837. URL: http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/ADF2837.pdf (дата обращения 01.05.13).

8. Техническая документация на СБИС ADF2838. URL: http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/ADF2838.pdf (дата обращения 01.05.13).

9. Anderson W. MMIC Radiation Effects in Reliability of Gallium Arsenide MMICs,

ed. by A. Christou. New York: John Wiley & Sons, 1992.-435 p. Ю.Вавилов B.C. Действие излучений на полупроводники. M.: Физматгиз, 1963. -264 с.

П.Вавилов B.C., Ухин H.A. Радиационные эффекты в полупроводниках и полупроводниковых приборах. М.:Атомиздат, 1969.-269 с.

12.Першенков B.C., Попов В.Д., Шальнов A.B. Поверхностные радиационные эффекты в элементах интегральных микросхем. М.: Энергоатомиздат, 1988. — 255 с.

13.Ionizing Radiation Effects in MOS devices and Circuits, ed. by T.P. Ma and P.V. Dressendorfer, New York: John Wiley & Sons, 1989. .-538 p.

14. Вавилов B.C., Кекелидзе Н.П., Смирнов JI.C. Действие излучений на полупроводники. М.: Наука, 1988. -192 с.

15. Радиационная стойкость широкозонных полупроводников (на примере карбида кремния)/ Лебедев A.A., Козловский И.И., Строкан Н.Б. и др.// Физика и техника полупроводников. - 2002. - том 36. - вып.11. -С. 1354 - 1359.

16. Rüdiger Quay. Gallium Nitride Electronics. Springer Series in Materials Science, 1996 .498 p.

17. Данилин В, Жукова Т., Кузнецов Ю., Тараканов С., Уваров Н. Транзистор на GaN пока самый крепкий орешек. //ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. 2005. №4. С.20 - 29.

18.Umana-Membreno G.A., Dell J.M., Parish G. et al.60Co Gamma Irradiation Effects on n - GaN Schottky Diodes // IEEE Transactions on Electron Devices. 2003. Vol. 50. №12. P.2326- 2334.

19. Куракин A.M. Влияние гамма - радиации на характеристические сопротивления нитридгаллиевых гетероструктурных транзисторов с высокой подвижностью электронов. // Письма в ЖТФ. 2003 Том 29. Вып. 18. С.3-5.

20.Громов Д.В., Матвеев Ю.А., Назарова Т.Н. Исследование влияния ионизирующих излучений на характеристики гетероструктурных полевых транзисторов на нитриде галлия //Проблемы разработки перспективных микро- и наноэлектронных систем - 2012. Сборник научных трудов / под общ. ред. А. Л. Стемпковского. - М.: Hill IM РАН, 2012.-с. 598-603.

21.Чумаков А.И. Действие космической радиации на ИС. - М.: Радио и связь. -2004. - 320 с.

22. Ладыгин Е.А. Действие проникающей радиации на изделия электронной техники. -М.: Сов. радио, 1980. -224 с.

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

24.Устюжанинов В.Н., Чепиженко А.З. Радиационные эффекты в биполярных интегральных микросхемах. - М.: Радио и связь, 1989.-144 с.

25. Stein Н. J. Electrical Studies of Neutron-Irradiated n-Type Si: Defect Structure and Annealing // Phys. Rev. - V. 163. N. 3 - p. 801-808.

26. Deep level transient spectroscopic study of neutron-irradiated n-type 6H-SiC / Chen X.D., Fung S., Ling C.C., Beling C.D. et al. // Journal of Applied Physics. - V. 94. -I. 5.-p. 3004-3010.

27. Particle dependence of the gallium vacancy production in irradiated n-type gallium arsenide / Khanna S.M., Jorio A.,Carlone C., Parenteau M. // Nuclear Science, IEEE Transactions on. - V. 42. -1. 6. - P. 2095-2103.

28. Коршунов Ф.П., Богатырев Ю.В., Вавилов B.A. Взаимодействие радиации на интегральные микросхемы. - Мн.: Наука и техника, 1986. - 254 с.

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

30.In-Fixture Measurements Using Vector Network Analyzers. Application Note 1287-9.URL: http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf75968-5329E.pdf (дата обращения 01.05.13).

31.Исследование ионизационной реакции малошумящих усилителей СВЧ / Д.В. Громов, С.А. Полевич, Д.И.Дюков, С.В. Оболенский // Научно-технический сборник «Радиационная стойкость электронных систем - Стойкость-2008». -М.:МИФИ. - 2008. -с. 63-64.

32. Гагарин С.В., Петров А.И. Исследование стойкости МИС - транзисторных генераторов СВЧ к воздействию спецфакторов по КГВС «Климат-7» // Научно-технический сборник «Радиационная стойкость электронных систем -Стойкость-2008». -М.:МИФИ. - 2008. -с. 67-68.

ЗЗ.Чуков Г. В., Дмитриев В. А. Разработка аппаратно-программного комплекса для проведения автоматизированных измерений параметров СВЧ

электрорадиоизделий // Научная сессия МИФИ-2010: Сборник научных трудов: В 6 томах: МИФИ, 2010.

34. ГОСТ 23221-78. Модули СВЧ, блоки СВЧ. Термины, определения и буквенные обозначения [Текст]. Введен 01.01.1980.

35. ГОСТ 20271.1-91. Изделия электронные СВЧ. Методы измерения электрических параметров [Текст]. Введен 14.02.1992.

36. Каталог контрольно-измерительного оборудования компании Agilent Tech. URL: http://www.home.agilent.com (дата обращения 01.05.13).

37. Каталог контрольно-измерительного оборудования компании Rohde & Schwarz. URL: www.rohde-schwarz.ru (дата обращения 01.05.13).

38. Каталог контрольно-измерительного оборудования компании www.anritsu.com. URL: http://www.anritsu.com (дата обращения 01.05.13).

39. Каталог контрольно-измерительного оборудования компании НПФ МИКРАН. URL: http:// www.micran.ru/ (дата обращения 01.05.13).

40. S-Parameters Techniques // Application Notes 95-1. URL: http://sss-mag.com/pdf/hpan95-l.pdf (дата обращения 01.05.13).

41. Understanding the Fundamental Principles of Vector Network Analysis // Application Notes 1287-1. URL: http://na.tm.agilent.com/8720/applicat/appl.pdf (дата обращения 01.05.13).

42. Martens J. Parameter extraction from 110+ GHz S-parameter measurements: A heuristic analysis of sensitivity and uncertainty propagation // Microwaves, Communications, Antennas and Electronics Systems (COMCAS), 2011 IEEE International Conference on. - p. 1-4.

43.Traceability to national standards for S-parameter measurements of waveguide devices from 110 GHz to 170 GHz / Clarke R., Pollard R., Ridler N., Salter M. et al. // Microwave Measurement Conference, 2009 73rd ARFTG. - p. 1-10.

44. Agilent PNA and ENA Network Analyzers Frequency Converter and Mixer Test. URL: http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5988-8149EN.pdf (дата обращения 01.05.13).

45. PNA - Mixers - Advances in Converter Test. URL: http://www.home.agilent.com/upload/cmc_upload/All/PNA_Advances_Converter_T esting.pdf (дата обращения 01.05.13).

46. Алмазов-Долженко К.И. Коэффициент шума и его измерение на СВЧ. Москва: Научный мир, 2000.- 240 с.

47.Tiemeijer L.F., Havens R.J., de Kort R., Scholten, A.J. Improved Y-factor method for wide-band on-wafer noise-parameter measurements // Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions on. -V. 53. -1. 9. - P. 2917-2925.

48. Noise Figure Measurements. URL: http://www.ieee.li/pdi7viewgraphs/noise_figure_measurements.pdf (дата обращения 01.05.13).

49. Каталог анализаторов спектра компании Agilent Tech. URL: http://www.home.agilent.com/ru/pc-1000000520%3Aepsg%3 Apgr/spectrum-analyzer-signal-analyzer (дата обращения 01.05.13).

50. Каталог анализаторов шума компании Agilent Tech. URL: http://www.home.agilent.com/agilent/product.jspx7nid—

536902445.0.00&lc=eng&cc=US (дата обращения 01.05.13).

51. Елесин В.В., Назарова Т.Н., Кузнецов А.Г. / Расчетно-экспериментальное моделирование эффектов дозового воздействия в КМОП КНС СВЧ ИС фирмы Peregrine // Электроника, микро- и наноэлектроника. Сб. науч. тр.: НИЯУ МИФИ. 2011. С. 82-89.

52.Чуков Г.В. / Автоматизированное исследование параметров СВЧ ИС в условиях испытаний на радиационную стойкость // Электроника, микро- и наноэлектроника. Сб. науч. тр.: НИЯУ МИФИ. 2011. С. 154-162.

53.Амбуркин К.М., Чуков Г.В. / Разработка логического генератора-анализатора для испытаний СВЧ элекрорадиоизделий с цифровым управлением // Электроника, микро- и наноэлектроника. Сб. науч. тр.: НИЯУ МИФИ. 2011. С. 123-126.

54. Каталог контрольно-измерительного оборудования компании Tektronics. URL http://www.tek.com (дата обращения 01.05.13).

55.Каталог контрольно-измерительного оборудования компании LeCroy. URL: http://www.lecroy.com (дата обращения 01.05.13).

56.Громов Д.В., Полевич С.А., Дюков Д.И., Оболенский C.B. Исследование характеристик GaAs генераторов СВЧ при воздействии ионизирующего

излучения // Научно-технический сборник «Радиационная стойкость электронных систем - Стойкость-2007». -М.:МИФИ, 2007. С. 41-42.

57. Трэвис Дж., Кринг Дж. LabVIEW для всех. -М: ДМК Пресс. -2011. -912 с.

58.Магда Ю. С. LabVIEW. Практический курс для инженеров и разработчиков. -М: ДМК Пресс. - 2012. -208 с.

59. LabVIEW. Практикум по основам измерительных технологий / В. К. Батоврин, А. С. Бессонов, В. В. Мошкин, В. Ф. Папуловский // -М: ДМК Пресс.-2010.-232 с.

60.VEE Рго User's Guide. URL: http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/E2120-90011 .pdf (дата обращения 01.05.13).

61. Техническая документация на микросхему JTOS-3000. URL: www.minicircuits.com/pdfs/JTOS-3000.pdf (дата обращения 01.05.13).

62. Серия 1324 - СВЧ монолитные интегральные схемы. URL: http://www.pulsarnpp.ru/index.php/2010-06-25-10-46-19/-1324 (дата обращения 01.05.13).

63. Интернет-сайт компании ЗАО «НПП «Планета-Ар галл». URL: http://www.argall.ru (дата обращения 01.05.13).

64. Конструкторская документация на металлостеклянный корпус 401.14-5. URL: http://www.z-mars.ru/docum/401_14_5.pdf (дата обращения 01.05.13).

65. Техническое описание на корпуса типа LLCC. URL: http://www.zppl2.ru/catalog/llccnew.doc (дата обращения 01.05.13).

66.Елесин В.В., Никифоров А.Ю., Телец В.А., Чуков Г.В. Комплекс методических, аппаратных и программных средств для автоматизированных исследований параметров полупроводниковых СВЧ ИС в условиях испытаний на радиационную стойкость // Спецтехника и связь. - 2011. - С. 28-32.

67.Liang T., Pla J.A. Equivalent-circuit modeling and vérification of metal-ceramic packages for RF and microwave power transistors // IEEE Trans. Micro wave Theory Tech. - 1999. - Vol. 47. - P. 709-714.

68.Елесин B.B., Назарова Т.Н. Оптимизация параметров СВЧ переключателей для монолитных фазовращателей и аттенюаторов // Электронная техника. Сер. 2. Полупроводниковые приборы. - 2010. - Вып № 1 (224). - С. 7-11.

69. Исследование влияния ионизирующих излучений на характеристики кремний-германиевых интегральных схем СВЧ диапазона / В.В. Елесин, Г.В. Чуков, Д.В. Громов и др. // Микроэлектроника. - 2010. - Т. 39, № 2. - С. 136-148.

70. Техническая документация на материал R04003C. URL: http://www.rogerscoф.com/documents/726/acm/R04000-Laminates—Data-sheet.aspx (дата обращения 01.05.13).

71. Каталог продукции компании Jyebao. URL: http://www.jyebao.com.tw/files%20download/JYEBAO.pdf (дата обращения 01.05.13).

72. De-embedding and Embedding S-Parameter Networks Using a Vector Network Analyzer. Application Note 1364-1. URL: http://literature.agilent.com/litweb/pdf/5980-2784EN.pdf (дата обращения 01.05.13).

73.Cho H. Burk D.E. A three-step method for the de-embedding of high-frequency S-parameter measurements // Electron Devices, IEEE Transactions on. - V. 38. -I. 6. -p. 1371-1375.

74.Koolen M.C, Geelen J.A., Versleijen, M.P. An improved de-embedding technique for on-wafer high-frequency characterization // Bipolar Circuits and Technology Meeting.-1991.-p. 188-191.

75.Елесин B.B., Чуков Г.В. Сравнительный анализ методик измерений S-параметров некоаксиальных СВЧ устройств // Научная сессия МИФИ-2008: Сб. научных трудов: В 15 т. МИФИ, 2008.

76. Методические рекомендации по измерению коэффициента шума. URL: http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5952-8255E.pdf (дата обращения 01.05.13).

77. Техническая документация на транзистор ATF-36077. URL: www.avagotech.com/docs/AV02-1222EN (дата обращения 01.05.13).

78. Техническая документация на СВЧ измерительные зонды. http://www.cmicro.com/files/Probe-Selection-Guide.pdf (дата обращения 01.05.13).

79. Техническая документация на подложки для калибровки. URL: http://www.cmicro.com/products/calibration-tools/impedance-substrate (дата обращения 01.05.13).

80. Техническая документация на прибор Agilent N9020A. URL: http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/N9060-90034.pdf (дата обращения 01.05.13).

81. Proton - Irradiation Effects on AlGaN/ AIN/GaN High Electron - Mobility Transistors/ Xinwen Hu, Karmarkar A.P., Bongim Junet al. // IEEE Transactions on Nuclear Science.-2003.-Vol. 50. - №6.-P. 1791- 1796.

82. Proton Irradiation Effects on GaN - Based High Electron - Mobility Transistors With Si - Doped AlxGal-xN Thick GaN Cap Layers/ Karmarkar A.P., Bongim Jun, Fleetwood D.M. et al. // IEEE Transactions on Nuclear Science. - 2004. - Vol. 51. -№6. - P.3801- 3806.

83. Process Dependence of Proton-Induced Degradation in GaN HEMTs/ T. Roy, E.X. Zhang, Y. S. Puzyrev et al. // IEEE Transactions on Nuclear Science. - 2010. - Vol. 57. - №6. - P.3060- 3065.

84. Radiation-Induced Defect Evolution and Electrical Degradation of AlGaN/GaN High-Electron-Mobility Transistors /Y. S. Puzyrev, T. Roy, E. X. Zhang et al. // IEEE Transactions on Nuclear Science. - 2011. - Vol. 58. - №6. - P.2918- 2924.

85.Proton and Heavy Ion Irradiation Effects on AlGaN/GaN HFET Devices/ Sonia G., Brunner F., Denker A. et al. // IEEE Transactions on Nuclear Science. - 2006. - Vol. 53. - №6. - P.3661- 3666.

86.Телец B.A., Никифоров А.Ю., Чумаков А.И. и др. Аспекты внедрения имитационных методов радиационных испытаний при проектировании и производстве изделий микроэлектроники // Вопросы атомной науки и техники, сер. Физика радиационного воздействия на РЭА, 1996, вып.1-3,-С.6-9.

87. А.Ю.Никифоров, П.К.Скоробогатов / Физические основы лазерного имитационного моделирования объемных ионизационных эффектов в пп и ИС: Линейная модель // Микроэлектроника. 2004. Т. 33. №2. С.91-107.

88. А.Ю.Никифоров, П.К.Скоробогатов / Физические основы лазерного имитационного моделирования объемных ионизационных эффектов в пп и ИС: Линейная модель // Микроэлектроника. 2004. Т. 33. №2. С.91-107.

89. Casey Н.С. Jr., SellD.D., WechtK.W. / Concentration dependence of the absorption coefficient for n- and p-type GaAs between 1.3 and 1.6 eV // Journ.Appl. Phys., 46, 250(1975).

90.Елесин В. В. Моделирование переходных ионизационных эффектов в элементах ЦИМС на основе арсенида галлия: диссертация ... кандидата технических наук: 05.13.05. - Москва, 1993. - 179 с.

91. Кругов А. В., Ребров А. С. / Монолитные широкополосные усилители на РНЕМТ транзисторах С-Х и К диапазона // 18-я Международная Крымская конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии». Материалы конференции КрыМиКо'2008. Севастополь, Крым, Украина. 2008. Т. 2. С. 67-68.

92. Егоров А.Н., Маврицкий О.Б., Чумаков А.И. и др. Лазерные имитаторы «ПИКО» для испытаний электронной компонентной базы на стойкость к воздействию отдельных ядерных частиц // Спецтехника и связь. 2011. № 4-5. С. 8-13

93.Елесин В. В. Моделирование переходных ионизационных эффектов в элементах ЦИМС на основе арсенида галлия: диссертация ... кандидата технических наук: 05.13.05. - Москва, 1993. - 179 с.

94.Исследование влияния ионизирующих излучений на характеристики гетероселективных GaAs/AlGaAs полевых транзисторов / Громов Д.В., Елесин В.В., Мокеров В.Г. и др.// Микроэлектроника. - 2004. - Т.ЗЗ. - №2 -С. 143-147.

95. Е. Р. Аствацатурьян, Д. В. Громов, В. М. Ломако. Радиационные эффекты в приборах и интегральных схемах на арсениде галлия. - Мн.: Университетское. - 1992.-218 с.