Экспериментально-статистическое моделирование применения радиационно-технологических процессов для замедления деградации UOL биполярных интегральных микросхем в полях ионизирующих злучений

Экспериментально-статистическое моделирование применения радиационно-технологических процессов для замедления деградации UOL биполярных интегральных микросхем в полях ионизирующих злучений

В работе анализируется распределение уровня сигнала «логический ноль» (UOL) для выборки биполярных ИМС, изготовленных с применением радиационно-технологического процесса с использованием α-частиц от радиоизотопного источника и электронов с энергией ≡ 5 МэВ при действии тестирующего γ- и электронного...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2018
1. Verfasser: Быткин, С.В.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України 2018
Schriftenreihe:Журнал физики и инженерии поверхности
Online Zugang:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/168187
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Экспериментально-статистическое моделирование применения радиационно-технологических процессов для замедления деградации UOL биполярных интегральных микросхем в полях ионизирующих злучений / С.В. Быткин // Журнал фізики та інженерії поверхні. — 2018. — Т. 3, № 1. — С. 26-36. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-168187
record_format dspace
spelling irk-123456789-1681872020-04-25T01:25:33Z Экспериментально-статистическое моделирование применения радиационно-технологических процессов для замедления деградации UOL биполярных интегральных микросхем в полях ионизирующих злучений Быткин, С.В. В работе анализируется распределение уровня сигнала «логический ноль» (UOL) для выборки биполярных ИМС, изготовленных с применением радиационно-технологического процесса с использованием α-частиц от радиоизотопного источника и электронов с энергией ≡ 5 МэВ при действии тестирующего γ- и электронного облучения. Показана возможность эффективного повышения радиационной стойкости ИМС, имеющих бимодальное распределение UOL до облучения. В роботі аналізується розподіл рівня сигналу «логічний нуль» (UOL) для вибірки біполярних ІМС, виготовлених із застосуванням радіаційно-технологічного процесу з використанням α-частинок від радіоізотопного джерела і електронів з енергією ≡ 5 МеВ при дії γ- і електронного тестуючого опромінення. Доведена можливість ефективного підвищення радіаційної стійкості ІМС, що мають бімодальний розподіл UOL до опромінення. The work analyzes the distribution of the signal level “logical zero” (UOL) for the sampling of bipolar ICs manufactured using the radiation-technological process based on using α-particles from a radioisotope source and electrons with an energy of ≡ 5 MeV under the action of testing γ- and electron irradiation. The possibility of effectively increasing the radiation resistance of ICs having a bimodal UOL distribution before irradiation was shown. 2018 Article Экспериментально-статистическое моделирование применения радиационно-технологических процессов для замедления деградации UOL биполярных интегральных микросхем в полях ионизирующих злучений / С.В. Быткин // Журнал фізики та інженерії поверхні. — 2018. — Т. 3, № 1. — С. 26-36. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 2519-2485 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/168187 662.61.537.66.092 ru Журнал физики и инженерии поверхности Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description В работе анализируется распределение уровня сигнала «логический ноль» (UOL) для выборки биполярных ИМС, изготовленных с применением радиационно-технологического процесса с использованием α-частиц от радиоизотопного источника и электронов с энергией ≡ 5 МэВ при действии тестирующего γ- и электронного облучения. Показана возможность эффективного повышения радиационной стойкости ИМС, имеющих бимодальное распределение UOL до облучения.
format Article
author Быткин, С.В.
spellingShingle Быткин, С.В.
Экспериментально-статистическое моделирование применения радиационно-технологических процессов для замедления деградации UOL биполярных интегральных микросхем в полях ионизирующих злучений
Журнал физики и инженерии поверхности
author_facet Быткин, С.В.
author_sort Быткин, С.В.
title Экспериментально-статистическое моделирование применения радиационно-технологических процессов для замедления деградации UOL биполярных интегральных микросхем в полях ионизирующих злучений
title_short Экспериментально-статистическое моделирование применения радиационно-технологических процессов для замедления деградации UOL биполярных интегральных микросхем в полях ионизирующих злучений
title_full Экспериментально-статистическое моделирование применения радиационно-технологических процессов для замедления деградации UOL биполярных интегральных микросхем в полях ионизирующих злучений
title_fullStr Экспериментально-статистическое моделирование применения радиационно-технологических процессов для замедления деградации UOL биполярных интегральных микросхем в полях ионизирующих злучений
title_full_unstemmed Экспериментально-статистическое моделирование применения радиационно-технологических процессов для замедления деградации UOL биполярных интегральных микросхем в полях ионизирующих злучений
title_sort экспериментально-статистическое моделирование применения радиационно-технологических процессов для замедления деградации uol биполярных интегральных микросхем в полях ионизирующих злучений
publisher Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
publishDate 2018
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/168187
citation_txt Экспериментально-статистическое моделирование применения радиационно-технологических процессов для замедления деградации UOL биполярных интегральных микросхем в полях ионизирующих злучений / С.В. Быткин // Журнал фізики та інженерії поверхні. — 2018. — Т. 3, № 1. — С. 26-36. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.
series Журнал физики и инженерии поверхности
work_keys_str_mv AT bytkinsv éksperimentalʹnostatističeskoemodelirovanieprimeneniâradiacionnotehnologičeskihprocessovdlâzamedleniâdegradaciiuolbipolârnyhintegralʹnyhmikroshemvpolâhioniziruûŝihzlučenij
first_indexed 2025-07-15T02:53:18Z
last_indexed 2025-07-15T02:53:18Z
_version_ 1837679818245668864
fulltext Journal of Surface Physics and Engineering, 2018, vol. 3, No. 1, pp. 26-36 © С. В. Быткин, 2018 26 УДК 662.61.537.66.092 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-СТАТИСТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ РАДИАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ДЛЯ ЗАМЕДЛЕНИЯ ДЕГРАДАЦИИ UOL БИПОЛЯРНЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ В ПОЛЯХ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ С. В. Быткин1 1ПАО «Запорожсталь», ул. Южное шоссе, 72, 69008, Запорожье, Украина E-mail: bytkin@birmir.net Поступила в редакцию 16.03.2018 В работе анализируется распределение уровня сигнала «логический ноль» (UOL) для выборки биполярных ИМС, изготовленных с применением радиационно-технологического процесса с использованием α-частиц от радио- изотопного источника и электронов с энергией ≅ 5 МэВ при действии тестирующего γ- и электронного облуче- ния. Показана возможность эффективного повышения радиационной стойкости ИМС, имеющих бимодальное распределение UOL до облучения. Ключевые слова: повышение радиационной стойкости ИМС, применение радиационно-технологического процесса ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-СТАТИСТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ЗАСТОСУВАННЯ РАДІАЦІЙНО-ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ (РТП) ДЛЯ УПОВІЛЬНЕННЯ ДЕГРАДАЦІЇ UOL БІПОЛЯРНИХ ІНТЕГРАЛЬНИХ МІКРОСХЕМ (ІМС) У ПОЛЯХ ІОНІЗУЮЧИХ ВИПРОМІНЮВАНЬ С. В. Биткін1 1ПАТ «Запоріжсталь», вул. Південне шосе, 72, 69008, Запоріжжя, Україна В роботі аналізується розподіл рівня сигналу «логічний нуль» (UOL) для вибірки біполярних ІМС, виготовлених із застосуванням радіаційно-технологічного процесу з використанням α-частинок від радіоізотопного джерела і електронів з енергією ≅ 5 МеВ при дії γ- і електронного тестуючого опромінення. Доведена можливість ефек- тивного підвищення радіаційної стійкості ІМС, що мають бімодальний розподіл UOL до опромінення. Ключові слова: підвищення радіаційної стійкості ІМС, застосування радіаційно-технологічного процесу EXPERIMENTAL AND STATISTICAL MODELING OF THE APPLICATION OF RADIATION TECHNOLOGICAL PROCESSES (RTP) FOR DECELARATION OF BIPOLAR INTEGRAL CIRCUITS (IC) UOL DEGRADATION IN THE FIELDS OF IONIZING RADIATIONS Serhiy Bytkin1 1PJSC «Zaporizhstal», 72 South Highway Str., 69008, Zaporizhia, Ukraine The work analyzes the distribution of the signal level “logical zero” (UOL) for the sampling of bipolar ICs manufactured using the radiation-technological process based on using α-particles from a radioisotope source and electrons with an energy of ≅ 5 MeV under the action of testing γ- and electron irradiation. The possibility of effectively increasing the radiation resistance of ICs having a bimodal UOL distribution before irradiation was shown. Keywords: increase of radiation resistance of IC, application of radiation-technological process ORCID IDs Serhiy Bytkin: https://orcid.org/0000-0003-3583-3371 ВВЕДЕНИЕ Задача обеспечения радиационной стойкости [1, 2] актуальна не только для интегральных микросхем (ИМС) аэрокосмических систем, чувствительных к воздействию протонов, но и для микроэлектроники наземного оборудо- вания – с уменьшением топологических раз- меров активных элементов и повышением ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-СТАТИСТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ РАДИАЦИОННО- ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ДЛЯ ЗАМЕДЛЕНИЯ ДЕГРАДАЦИИ UOL БИПОЛЯРНЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ В ПОЛЯХ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ 27 JSPE, 2018, vol. 3, No. 1 плотности упаковки возрастает чувствитель- ность микросхем к наземным высокоэнерге- тическим атмосферным нейтронам. Сущест- вует тенденция применения коммерческих ИМС в условиях действия ионизирующих излучений, несмотря на недостаточный уро- вень их надёжности (функциональные отка- зы) по суммарной накопленной дозе, их стойкость не контролируется от партии к партии, а надежность в экстремальных усло- виях эксплуатации не определена. Основная причина: разработка и изготовление ИМС со специальными свойствами требует значи- тельных затрат, вследствие чего ≅ 20 % по- лупроводниковых компаний прекратили производство стойких к радиации ИМС, вы- росли цены и сроки поставки специализиро- ванных изделий. Необходима разработка ме- тодов обеспечения низкой степени деграда- ции электрофизических характеристик ИМС в условиях действия ионизирующего излу- чения, совместимых с типичной полупро- водниковой технологией, например, различ- ных форм радиационно-термической обра- ботки пластин, на которых сформированы транзисторные структуры. Специфическая часть технологии цифровых биполярных ИС существенно улучшает их радиационную стойкость [3, 4]. Например, для повышения радиационной стойкости ИС могут быть предложены практические результаты разра- ботки и сравнительного анализа радиацион- но-технологических процессов (РТП) для npn структур, представленные автором спе- циалистам NASA на Military and Aerospace Applications of Programmable Devices and Technologies Conference (MAPLD 1999, 2000, 2001, 2004) в Johns Hopkins University – Applied Physics Laboratory, Laurel, Maryland, USA [5]. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ И ЭКСПЕРИМЕНТОВ Физико-технологические аспекты радиаци- онной технологии, использующей энергию пучка электронов ≅ 6 – 10 МэВ для дискрет- ных приборов изучены практически исчер- пывающе [6]. Вместе с тем, для планарных мелких структур ИМС с глубиной залегания ≤ 3..5 мкм возможно применение изотопных источников высокоэнергети-ческих α- частиц. Физические процессы в кремнии, протекающие при его облучении α- частицами описаны в обзоре [7] и получен- ные результаты подтверждают возможность легирования полупроводниковых материа- лов радиационными дефектами, а, следова- тельно, их технологическое применение. Ис- пользованная в этой работе технология включает процесс облучения пластин с ИМС потоком высокоэнергетических частиц, на- пример, α-частиц с энергией ≈ 4,5 МэВ по- сле формирования npn транзисторов диффу- зией, но до осаждения металлизации. Для подтверждения принципиальной возможно- сти использования РТП для повышения ста- бильности ИМС при действии облучения ис- пользованы изделия, изготовленные по тех- нологии «кремний с диэлектрической изоля- цией» (КСДИ) с целью практического ис- ключения токов утечки планарных активных элементов на результаты измерений. Прибо- ры изготовлены на пластинах CZn-Si с ρ = 0.3 Ом·см, концентрацией междоузель- ного кислорода NОi= 7·1017 cm-3, углерода CS = 2·1016 cm-3. После облучения проводится изотермический отжиг пластин для получе- ния предусмотренных технической докумен- тацией значений h21E выходных npn транзи- сторов ИМС для обеспечения UOL ≤ 0,4 В. Для выбора эффективных режимов РТП с точки зрения замедления деградации коэф- фициентов усиления транзисторов h21E про- водился полный факторный эксперимент 22с использованием тестовых npn структур для прогнозирования влияния радиационно- термической обработки на деградацию h21E, или, иными словами, вычислялось численное значение Y= h21E(Φ) / h21E(0), (Φ – доза облу- чения, к которому необходимо повысить ус- тойчивость ИС, например, Φγ для γ- облученных npn структур). Для тестовых транзисторов, облученных технологически- ми α-частицами и прошедших отжиг в соот- ветствии с режимами, предусмотренными матрицей планирования эксперимента (обычно 250 – 350 °С) исследована деграда- ция коэффициента усиления по току при Dγ ≈ С. В. БЫТКИН JSPE, 2018, vol. 3, No. 1 28 107 Rad (источник 60Co). Изменения Y рас- считываются с использованием эксперимен- тальных данных при изменении условий проведения радиационно-технологического процесса: интегрального потока α-частиц (Φα, см-2) и температуры изотермического отжига (tann.,°C). Условие Y = 1 является при- знаком отсутствия изменения h21E(Dγ). Наи- более эффективным является применение Φα ≥ 5·1012 см-2 и tann.,°C ≤ 300. Для ИМС, изго- товленных с применением РТП, необходимо подтверждение возможности перехода от технологии повышения радиационной стой- кости тестовых npn структур к статистически обоснованной технологии замедления дегра- дации критериальных параметров цифровых ИМС, прежде всего наиболее чувствительно- го к радиации уровня «логический ноль», UOL [8]. Выбор составляющих радиационной тех- нологии ИМС, например, вида применяемо- го технологического облучения также далеко не тривиальная задача, требующая учёта ви- да воздействующего на изделие облучения в процессе его эксплуатации. Для оценки влияния типа технологического облучения (альфа-частицы или электроны) на радиаци- онную стойкость ИМС, оцениваемую по де- градации UOL при облучении электронами с энергией ≈ 5 МэВ и γ-квантами, используем ранее полученные экспериментальные дан- ные по распределению UOL ТТЛ ИМС (рис. 1), изготовленных по технологии КСДИ. Рис. 1. Электрические режимы измерения UOL для ИС 4И-НЕ: питание 4,5 V (вход 4); логические входы 1, 12, 13, 14 UIH = 2,4 V; логические входы 6, 7, 8, 9 UIL = 0,4 V; выходы 2, 10 IOH = 2,4 mA, IOL =45 mA Характеристики применённого РТП:Φα ≈ 8x1010cm-2, tann. ≈ 350 °C, время отжига τ ≈ 20 min, Φe≈8x1015 cm-2, tann.≈350°C, τ≈ 90 min. Режим далеко не оптимален с точки зрения достижения Y = 1, но позволяет не вносить изменения в существующий технологиче- ский процесс диффузии. Результаты измере- ния UOL (данные с 12 логических выходов) обрабатывались в среде STATISTICA, полу- ченные функции распределения признака обрабатывались в среде MathCAD по стан- дартным технологиям этих программ. На- пример, гистограмма UOL ИМС, изготовлен- ных с применением α-облучения, до облуче- ния ускоренными электронами, приведена на рис. 2, а), то же после облучения – на рис. 2, б) (распределение плотности вероятности предложены программой, до коррекции в режиме custom function): а б Рис. 2. Экспериментальные данные по деградации UOL для ИС, изготовленных с применением радиаци- онной технологии с использованием технологическо- го α-облучения после испытательного облучения ус- коренными электронами с энергией ≅ 5 МэВ, Φe ≅ 1·1013 см-2 Аналогично проводилась обработка экс- периментальных результатов для других вы- ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-СТАТИСТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ РАДИАЦИОННО- ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ДЛЯ ЗАМЕДЛЕНИЯ ДЕГРАДАЦИИ UOL БИПОЛЯРНЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ В ПОЛЯХ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ 29 JSPE, 2018, vol. 3, No. 1 борок ИС, стандартных и изготовленных с применением РТП на основе облучения ус- коренными электронами. Наглядно радиаци- онная стойкость ИС, изготовленных с при- менением различных технологий, проявляет- ся в характере смещения распределений UOL вправо (более высокие значения UOL, т.е. из- менение (деградация) критериального пара- метра). Нормальное распределение UOL стандартных образцов до облучения элек- тронами после облучения плавно переходит в экстремальное распределение (extreme value distribution) с образованием длинного правого «хвоста», создающего предпосылки для параметрического отказа изделия, что может указывать на монотонное накопление радиационных дефектов в npn КСДИ струк- туре. Бимодальное распределение UOL ИМС, изготовленных с применением α-РТП, стано- вится «статистически более правильным» (распределение Лапласа после облучения), причём первый пик не наблюдается, а второй экстремум вправо смещается незначительно и «хвост» распределения своей формы не меняет, рис. 3. Следует отметить, что для рассматриваемой выборки образцов, изго- товленных с применением технологического α-облучения, принципиально важным явля- ется эффект, связанный с уменьшением UOL (смещение распределений влево и переход от бимодального к логистическому распре- делению признака) при действии внешнего (не технологического) излучения. Фактиче- ски, внешнее воздействие расходует энергию на перестройку кристаллической структуры кремния, причём этот процесс тем эффек- тивнее, чем более насыщена термическими и радиационными технологическими дефекта- ми система планарных npn структур, обра- зующих ИМС. Уравнения (листинг 1MathCAD), описывающие деградацию UOL стандартных ИС и изготовленных по техно- логии КСДИ с применением РТП на основе α-облучения при облучении электронами с энергией 5 МэВ, Φe ≅ 1·1013 см-2 приведены ниже: Листинг 1. Организация вычислений в MathCAD вероятностей численных значений UOL для ИМС, изготовлен- ных с применением технологического α-облучения и испытательного облучения ускоренными электронами С. В. БЫТКИН JSPE, 2018, vol. 3, No. 1 30 Визуализация результатов обработки гистограмм приведена на рис. 3: Рис. 3. Вероятность численного значения UOL для ИС («кремний с диэлектрической изоляцией»), изготовлен- ных с применением α-РТП (технологическое α-облучение) и по стандартной технологии до и после облучения электронами с энергией 5МэВ, флюенс Φe ≅ 1·1013 см-2 Оценка повышения радиационной стойко- сти ИС, изготовленных с применением тех- нологического α-облучения может быть про- ведена с использованием сравнения инте- гральной вероятности попадания численного значения UOL в зону правого «хвоста» рас- пределения, т.е. вероятности UOL принять значение после облучения выше, чем наибо- лее вероятное (экстремум распределения) для изделий, изготовленных по стандартной технологии и исследуемой: ( ) ( ) 582,3 4 2 4 22 = ∫ ∫ ∞ ∞ a OL a OLOL dxUP dUUP , где а22 и а4 – значения UOL, соответствую- щие экстремумам соответствующих кривых. Иными словами, для ИМС, изготовленной по стандартной технологии, интегральная вероятность отклонения численного значе- ния напряжения уровня «логического ноля» после облучения электронами с энергией 5МэВ не менее, чем в 3 раза выше, чем для ИМС, изготовленных с применением РТП на основе технологического α-облучения. Вы- сокая устойчивость таких ИМС к ионизи- рующему излучению может быть связана с процессами накопления кластеров ваканси- онно-газовых дефектов при облучении крем- ниевой структуры ионами He с энергией ≈ 4,5 МэВ [9] и последующим их радиацион- ным отжигом, т. е. перестройкой структуры кремния за счет освобождения запасенной в кристалле энергии при проведении РТП [10]. Распределение UOL для ИМС, изготовлен- ных с применением электронного РТП под- чиняется распределению Вейбулла и плавно смещается вправо при облучении электрона- ми (см. листинг 2). Оценка повышения радиационной стойко- сти ИМС, изготовленных с применением технологического облучения электронами: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-СТАТИСТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ РАДИАЦИОННО- ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ДЛЯ ЗАМЕДЛЕНИЯ ДЕГРАДАЦИИ UOL БИПОЛЯРНЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ В ПОЛЯХ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ 31 JSPE, 2018, vol. 3, No. 1 ( ) ( ) 23,2 7 2 7 22 = ∫ ∫ ∞ ∞ b OL a OLOL dxUP dUUP . Следовательно, эффективность альфа- РТП при облучении электронами практиче- ски в 1,6 раза выше, чем РТП с применением ускоренных электронов, которое, тем не ме- нее, может быть использовано, например, при производстве дискретных силовых по- лупроводниковых приборов. Листинг 2. Уравнения в MathCAD, описывающие деградацию UOL ИМС, изготовленных с использованием технологического облучения электронами Следовательно, использование технологического облучения электронами менее эффек- тивно с точки зрения повышения радиационной стойкости ИМС (рис. 4): Рис. 4. Вероятность численного значения UOL для ИС, изготовленных с применением РТП (технологическое облучение электронами) и по стандартной технологии «кремний с диэлектрической изоляцией» до и после облучения электронами с энергией 5 МэВ (Φe ≅ 1·1013 см-2) Сравним распределение UOL для ИС, из- готовленных по стандартной технологии и с применением α-РТП после облучения γ- квантами (листинг 3): С. В. БЫТКИН JSPE, 2018, vol. 3, No. 1 32 Листинг 3. Уравнения в формате MathCAD, описывающие изменение распределения UOL для стандартных ИМС и изготовленных с применением α-РТП после γ-облучения Распределение вероятности UOL для ИМС, изготовленных по стандартной технологии и с применением α-РТП до и после γ- облучения приведено на рис. 5. Наблюдается существенное, двукратное улучшение качества ИС, изготовленных с применением α-РТП, выражающееся в уменьшении вероятности параметрического отказа ИС до облучения: ( ) ( ) 026,2 10 8 102 82 = ∫ ∫ ∞ ∞ dxUP dUUP OL a OLOL . Радиационная стойкость ИМС, изготов- ленных с применением α-РТП также сущест- венно выше, чем у стандартных образцов: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-СТАТИСТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ РАДИАЦИОННО- ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ДЛЯ ЗАМЕДЛЕНИЯ ДЕГРАДАЦИИ UOL БИПОЛЯРНЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ В ПОЛЯХ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ 33 JSPE, 2018, vol. 3, No. 1 ( ) ( ) 438,1 11 9 317,0 32,0 = ∫ ∫ ∞ ∞ dxUP dUUP OL OLOL Интересен эффект образования стати- стически стойких к действию ионизирующе- го облучения выборок ИМС, изготовленных по стандартной технологии. Выборка ИМС, изготовленных по стандартной технологии, за счёт смещения выборки в сторону мень- ших значений UOL и достижения «статисти- чески более правильного» логистического распределения показывает более высокую радиационную стойкость, чем образцы, изго- товленные с применением РТП на основе облучения электронами (листинг 4, рис. 6): Рис. 5. Вероятность численного значения UOL для ИС, изготовленных с применением α-РТП и по стандартной технологии «кремний с диэлектрической изоляцией» до и после облучения гамма-квантами Листинг 4. Влияние γ-облучения на изменение формы распределения UOL ИМС, изготовленной с применением РТП на основе облучения электронами С. В. БЫТКИН JSPE, 2018, vol. 3, No. 1 34 Рис. 6. Эффект образования «статистической» радиационной стойкости «Статистически сложное» распределение UOL для ИС, изготовленных по стандартной технологии оказывается более радиационно стойким, чем выборка ИС, изготовленных с применением РТП с электронным облучени- ем: a92=0,32В < a13=0,325В, т.е. по крите- рию наиболее вероятного численного значе- ния UOLстандартная технология визуально (на ≈1,6%) более предпочтительна, чем РТП с технологическим облучением электронами. Листинг 5. Расчетное подтверждение более высокой радиационной стойкости ИМС, изготовленной с при- менением электронного облучения при действии γ- облучения Однако средневзвешенное значение UOL для стандартных ИС после облучения выше (≈ 16 %), чем для изделий, изготовленных с применением этого вида РТП, имеющих бо- лее «узкое» лапласовское распределение. Таким образом, радиационная стойкость ИС, изготовленных с применением РТП на основе облучения α-частицами, существенно выше, чем для образцов, изготовленных с применением РТП на основе облучения электронами. Радиационная стойкость вы- борки ИМС после облучения существенно зависит от распределения в ней UOL до облу- чения, т.е., фактически, от степени совер- шенства исходного материала и его склонно- сти образовывать термические центры ре- комбинации в базе тестовых структур. Это особенно наглядно проявляется при сравне- нии результатов γ-облучения стандартных образцов ИС и изготовленных с применени- ем РТП на основе электронного технологи- ческого облучения. Возможно, понятие «ра- диационная стойкость» в большей степени относится к выборке испытуемых ИМС, а не ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-СТАТИСТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ РАДИАЦИОННО- ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ДЛЯ ЗАМЕДЛЕНИЯ ДЕГРАДАЦИИ UOL БИПОЛЯРНЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ В ПОЛЯХ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ 35 JSPE, 2018, vol. 3, No. 1 к отдельному образцу изделия, характери- стики которого могут находиться в разных точках распределения ИМС по UOL до и по- сле облучения. ВЫВОДЫ 1. Использование радиационно-технологи- ческих процессов, как с применением техно- логического α-облучения, так и электронов с энергией ≅ 5 МэВ позволяет в 2 – 3 раза улучшить радиационную стойкость цифро- вых биполярных ИМС даже при использова- нии режимов РТП, позволяющих не коррек- тировать существующий технологический режим изготовления npn структур, т. е. не оптимальных с расчетной точки зрения. 2. Форма распределения UOL до облучения позволяет прогнозировать радиационную стойкость выборки ИМС, причем чем слож- нее форма распределения, тем выше вероят- ность отсутствия возникновения длинных правых «хвостов» распределения UOL и, сле- довательно, вероятности параметрического отказа ИМС после воздействия испытатель- ного ионизирующего излучения. ЛИТЕРАТУРА 1. Мироненко Л. Повышение радиационной стойкости интегральных схем. Конструктив- ные методы на базе промышленной техноло- гии / Л. Мироненко, В. Юдинцев // Электро- ника. – 2012, № 8 (00122). – С. 74-87. 2. Полесский С. Обеспечение радиационной стойкости аппаратуры космических аппаратов при проектировании / С. Полесский, В. Жаднов, М. Артюхова, В. Прохоров // Компоненты и технологии. – 2010, № 9. – С. 93-98. 3. Bytkin S. V. Improvement of the radiation hard- ness of the digital bipolar IC with dielectric isola- tion. manufactured in accordance with the RTP technology / S. V. Bytkin // Components fit for Space Seminar Proceedings. Royal Military Col- lege of Science. Shrivenham. Swindon. UK. (17th February 1999). pp. 99-108. 4. Bytkin S. V. Comparison of the Radiation Hard- ness of the Dielectric Isolation ICs Made in Ac- cordance With Different Types of the Prelimi- nary Radiation & Thermal Processing / S. V. Bytkin // 2nd Military and Aerospace Ap- plications of Programmable Devices and Tech- nologies Conference (MAPLD 1999) Proceed- ings. September 28-30. 1999. The Johns Hopkins University - Applied Physics Laboratory. Laurel. Maryland. USA. http://klabs.org/richcontent/MAPLDCon99/Paper s/P4_Bytkin_P.pdf 5. Быткин С. В. Конкурентная разведка конъ- юнктурно-технологических перспектив тра- диционного и high-tech экспорта Украины: монография / С. В. Быткин // Запоріз. держ. інж. акад. – Запоріжжя: ЗДІА, 2017. – 276 с. 6. Лагов П. Б. Повышение импульсно-частотных, тепловых и инжекционных характеристик би- полярных кремниевых структур методом ра- диационно-термической обработки. / П. Б. Ла- гов // Дисс… доктора технич. наук по специ- альности 05.27.01 – Твердотельная электро- ника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах. МИСиС, М.– 2017 7. Козлов В. А. Легирование полупроводников радиационными дефектами при облучении протонами и α-частицами. / В. А. Козлов, В. В. Козловский // Обзор. Физика и техника полупроводников. – 2001. – Т. 35, вып. 7. – С. 769-795. 8. Вологдин Э. Н. Радиационные эффекты в ин- тегральных микросхемах и методы испытаний изделий полупроводниковой электроники на радиационную стойкость. Учебное пособие по дисциплине «Радиационная стойкость изде- лий электронной техники» // Научно- образовательный центр Московского региона в области фундаментальных проблем радиа- ционной физики твердого тела и радиацион- ного материаловедения. НОЦ – Московский государственный институт электроники и ма- тематики. Составители: Вологдин Э. Н., Лы- сенко А. П. М., 2002. – 46 с. 9. Starchyk M. I. Voids’ layer structures in silicon irradiated with high doses of high-energy helium ions. Semiconductor Physics. / M. I. Starchyk, L. S. Marchenko, M. B. Pinkovska, G. G. Shmatko, V. I. Varnina // Quantum Electronics & Opto- electronics. – 2015. – Vol. 18. No. 3. – P. 292- 296. doi: 10.15407/spqeo18.03.292 10. Чернов И. П. Упорядочение структуры кри- сталлов ионизирующим излучением (эффект малых доз ионизирующего излучения) / И. П. Чернов, А. П. Мамонтов // Известия Томского политехнического университета [Известия ТПУ] / Томский политехнический университет (ТПУ). – Томск: Изд-во НТЛ, 2000. – Т. 303, вып. 1. – С. 74-80. С. В. БЫТКИН JSPE, 2018, vol. 3, No. 1 36 REFERENCES 1. Mironenko L. Povysheniye radiatsionnoy stoykosti integralnykh skhem. Konstruktivnyye metody na baze promyshlennoy tekhnologii / L. Mironenko, V. Yudintsev // Elektronika. – 2012. № 8 (00122). – S. 74-87. 2. Polesskiy S. Obespecheniye radiatsionnoy stoykosti apparatury kosmicheskikh apparatov pri proyektirovanii / S. Polesskiy, V. Zhadnov, M. Artyukhova, V. Prokhorov // Komponenty i tekhnologii. – 2010. No. 9. – S. 93-98. 3. Bytkin S. V. Improvement of the radiation hard- ness of the digital bipolar IC with dielectric isola- tion. manufactured in accordance with the RTP technology / S. V. Bytkin // Components fit for Space Seminar Proceedings. Royal Military Col- lege of Science. Shrivenham. Swindon. UK. (17th February 1999). pp. 99-108. 4. Bytkin S. V. Comparison of the Radiation Hard- ness of the Dielectric Isolation ICs Made in Ac- cordance With Different Types of the Prelimi- nary Radiation & Thermal Processing / S. V. Bytkin // 2nd Military and Aerospace Ap- plications of Programmable Devices and Tech- nologies Conference (MAPLD 1999) Proceed- ings. September 28-30. 1999. The Johns Hopkins University - Applied Physics Laboratory. Laurel. Maryland. USA. http://klabs.org/richcontent/MAPLDCon99/Paper s/P4_Bytkin_P.pdf 5. Bytkin S. V. Konkurentnaya razvedka konyunkturno-tekhnologicheskikh perspektiv traditsionnogo i high-tech eksporta Ukrainy: monografiya / S.V. Bytkin // Zaporіz. derzh. іnzh. akad. – Zaporіzhzhya: ZDІA. 2017. – 276 s. 6. Lagov P. B. Povysheniye impulsno-chastotnykh. teplovykh i inzhektsionnykh kharakteristik bipolyarnykh kremniyevykh struktur metodom radiatsionno-termicheskoy obrabotki / P. B. Lagov // Diss… doktora tekhnich. nauk po spetsialnosti 05.27.01 – Tverdotelnaya elektronika. radioelektronnyye komponenty. mikro- i nanoelektronika. pribory na kvantovykh effektakh. MISiS. M.– 2017. 7. Kozlov V. A. Legirovaniye poluprovodnikov radiatsionnymi defektami pri obluchenii protonami i α-chastitsami / V. A. Kozlov, V. V. Kozlovskiy // Obzor. Fizika i tekhnika poluprovodnikov. – 2001. – Vol. 35. issue 7. – S. 769-795. 8. Vologdin E. N. Radiatsionnyye effekty v integralnykh mikroskhemakh i metody ispytaniy izdeliy poluprovodnikovoy elektroniki na radiatsionnuyu stoykost. Uchebnoye posobiye po distsipline «Radiatsionnaya stoykost izdeliy elektronnoy tekhniki». Nauchno-obrazovatelnyy tsentr Moskovskogo regiona v oblasti fundamentalnykh problem radiatsionnoy fiziki tverdogo tela i radiatsionnogo materialovedeniya. NOTs – Moskovskiy gosudarstvennyy institut elektroniki i matematiki. Sostaviteli: E. N. Vologdin, A. P. Lysenko. M., 2002. – 46 s. 9. Starchyk M. I. Voids’ layer structures in silicon irradiated with high doses of high-energy helium ions. Semiconductor Physics. / M. I. Starchyk, L. S. Marchenko, M. B. Pinkovska, G. G. Shmatko, V. I. Varnina // Quantum Electronics & Opto- electronics. – 2015. – Vol. 18. No. 3. – P. 292- 296. doi: 10.15407/spqeo18.03.292 10. Chernov I. P. Uporyadocheniye struktury kristallov ioniziruyushchim izlucheniyem (effekt malykh doz ioniziruyushchego izlucheniya) / I. P. Chernov. A. P. Mamontov // Izvestiya Tom- skogo politekhnicheskogo universiteta [Izvestiya TPU] / Tomskiy politekhnicheskiy universitet (TPU). – Tomsk: Izd-vo NTL. 2000. – T. 303. vyp. 1. – S. 74-80.

Ähnliche Einträge