автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Полупроводниковые приборы, интегральные микросхемы и устройства на их основе в условиях воздействия мощного импульсного СВЧ излучения

РГБ ОД

15 ЛЕН 1935

На правах рукописи

АНТИПИН Василий Вячеславович

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ, ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ И УСТРОЙСТВА НА ИХ ОСНОВЕ В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ МОЩНОГО ИМПУЛЬСНОГО СВЧ ИЗЛУЧЕНИЯ

05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Авто-

Москва - 1996 г.

Работа выполнена в Московском.государственном инженерно-физическом институте' (техническом университете)

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

кандидат технических наук, с.н.с. Громов Д.В.

доктор технических наук, профессор Мальцев ЦП. кандидат технических наук, с.н.с. Телец В.А

Московский . Радиотехнический Институт

Защита состоится 2 декабря 1996г. в 16 час. в ауд. 202 на заседании диссертационного совета K053.03.03 МИФИ по адресу: 115409, Москва, Каширское шоссе, дом 31, телефон 323-91-67. С диссертацией молено ознакомиться в библиотеке МИФИ. Автореферат разослан 1 ноября 1996г. . Просим принять участие в работе совета или прислать отзыв в одном экземпляре, заверенный печатью организации.

Ученый секретарь диссертационного совета

к.тл., доцент ОЦ жоц ¿?# ,"С& " Онгаценко В.М.

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Совершенствование методов поражения объектов и разработка оружия на новых физических принципах вызывает необходимость разработки новых методов исследования стойкости ИЭТ. Одним из наиболее эффективных способов повреждения элементов является воздействие мощного импульсного СВЧ излучения.

Данной проблеме посвящено относительно небольшое количество работ. Результаты, полученные в этих исследованиях, носят в большинстве случаев экспериментальный характер и, как правило, существенно зависят от условий проведения эксперимента, что лишает возможности использовать эти результаты даже при незначительных изменениях в схемотехнике, конструктивно-технологических особенностях исследуемого объекта, а также параметрах воздейсвующего СВЧ излучения. Таким образом, высокая чувствительность ряда ИЭТ и узлов РЭА, главным образом, приемно-передагощих, к воздействию СВЧ излучения, а также отсутствие корректных моделей, адекватно описывающих экспериментальные результаты, приводят к необходимости исследования указанных эффектов с целью разработки моделей физического и электрического уровней описания. Кроме того, исследования на традиционных моделирующих установках по производительности и условиям проведения испытаний не позволяют провести достаточно достоверный и оперативный анализ стойкости ИЭТ и узлов РЭА к воздействию СВЧ излучения на . этапе разработки, поэтому существенный интерес представляют методики и технические средства адекватных имитационных испытаний, совместимые с измерительной аппаратурой,

не представляющие электромагнитной опасности для персонала и имеющие простую перестройку уровня воздействия.

Пель и задачи исследования.

Целью диссертационной работы является разработка теоретических методов анализа и методик экспериментального исследования доминирующих механизмов отказов элементов ИЭТ и устройств на их основе при воздействии мощного импульсного СВЧ излучения на примере базовых элементов ИЭТ и узлов РЭА, разработка моделей, а также выработка рекомендаций по повышению их стойкости к указанному воздействию.

Научная новизна и значимость работы.

Впервые проведен теоретический анализ всего спектра эффектов от обратимого до катастрофического нарушений работоспособности ряда отечественных ПП и ИМС, изготовленных по различной технологии, для различных по мощности и длительности уровней СВЧ воздействия.

Для биполярных АИМС и ТТЛ(Ш) ЦИМС на основе модифицированной модели Эберса-Молла разработаны электрические модели, позволяющие рассчитать реакцию на СВЧ воздействие с помощью пакета программ РБРГСЕ. В процессе моделирования на примере ТТЛ(Ш) логического элемента рассмотрено влияние элементов корпуса в случае наводки СВЧ сигнала на выводы, установлена зависимость поглощенной на элементе СВЧ мощности от его логического состояния. Результаты моделирования ' хорошо согласуются с полученными экспериментальными данными. С .использованием предложенного подхода установлены доминирующие механизмы отказа в разных логических состояниях ЦИМС и выявлены каскады, определяющие стойкость исследуемых биполярных АИМС и ЦИМС к указанному воздействию. Осуществлена проверка адекватности моделей

на наборе тестовых структур в широком диапазоне изменения параметров.

Получены экспериментальные данные по реакции КМДП ЦИМС на указанное воздействие, где наряду с реакцией защитных диодных структур удалось определить характерные условия воздействия (длительность и мощность воздействующего СВЧ • импульса), при которых происходит "latch-up" с переходом КМДП структуры в низкоимпедансное состояние.

Разработана электрофизическая модель, описывающая реакцию GaAs ПТШ на СВЧ воздействие и учитывающая как процесс переноса носителей, ограниченный пространственным зарядом и режим большого сигнала, так и долговременные релаксационные процессы, отражающие состояние границы канал-подложка.

Экспериментально получены данные о ряде новых переходных эффектов для GaAs ПТШ при воздействии СВЧ импульса (конкурирование процессов детектирования СВЧ импульса на нелинейностях переходов 3-И и 3-С, а также запирания ПТШ в момент воздействия импульса с последующей длительной релаксацией тока стока по окончании воздействия СВЧ импульса).

Получены обширные экспериментальные данные по уровням катастрофического повреждения для различных отечественных ПП и ИМС. Предложена модифицированная модель Вунша-Белла теплового вторичного пробоя с идентифицированными из эксперимента численными коэффициентами ' для каждого конкретного типа исследуемых ПП и ИМС.

Разработана методика экспериментальных исследований ПП и ИМС на моделирующих установках (МУ), а также экспериментальный стенд для проведения испытаний элементной базы на МУ. На основе

-б -

импульсного генератора СВЧ излучения предложена экспериментальная методика исследований ПП и ИМС на лабораторном имитаторе, а также экспериментальный стенд для проведения имитационных испытаний. Проведен анализ адекватности исследований на МУ и ЛИ. Определена область корректного применения методики имитационных испытаний для исследовательских и аттестационных испытаний.

Автор защищает: *

1. Модифицированную модель Вунша-Белла теплового вторичного пробоя, позволяющую прогнозировать уровень (СВЧ мощность) катастрофического повреждения в зависимости от длительности воздействующего СВЧ импульса для широкого диапазона длительности импульса и большой номенклатуры испытанных ПП и ИМС.

2. Электрофизическую модель полупроводникового диода, учитывающую детектирование СВЧ сигнала на нелинейности диода, . которая предназначена для использования в моделях других ПП, описывающих на электрическом уровне реакцию ПП и ИМС на воздействие СВЧ излучения.

3. Модифицированную модель Эберса-Молла биполярного транзистора, позволяющую учитывать эффекты детектирования СВЧ сигнала на переходах транзистора при машинном моделировании биполярных АИМС и ЦИМС с использованием САПР.

4. Электрофизическую модель, описывающую реакцию СлАб ПТШ на СВЧ воздействие и учитывающую мгновенную и долговременную составляющие изменений . тока стока, с помощью которой на ПЭВМ рассчитываются Б- параметры в режиме большого сигнала.

5. Результаты машинного моделирования воздействия СВЧ излучения на биполярные АИМС и ТТЛ(Ш) ЦИМС с использованием

модифицированной модели Эберса-Молла БТ в сравнение с экспериментальными результатами, что дает возможность прогнозировать стойкость ИМС на этапе проектирования.

6. Методики и результаты испытаний узлов РЭА и элементов ИЭТ на моделирующих установках и лабораторных имитаторах СВЧ воздействия, сокращающие стоимость испытаний в 5..:10 раз и сроки в 3...5 раз.

7. Рекомендации по повышению стойкости узлов РЭА и элементов ИЭТ к воздействию СВЧ излучения, разработанные на основе представлений о механизмах обратимых и катастрофических отказов в рамках предложенных моделей, применение которых приводит к уменьшению чувствительности к указанному воздействию в 2...5 раз.

Практическая полезность.

результаты работы вошли в отчетные материалы по НИР "Помеха-С", К-3 "Пульсар-МИФИ", "Безграничность" - МРТИ, выполняемых по заказу МО и Госкомоборонпром, что подтверждается соответствующими актами о внедрении;

- результаты работы использованы при разработке первых отечественных лабораторных имитаторов мощного импульсного СВЧ воздействия, которые позволили создать новую экспериментальную базу' для исследования воздействия СВЧ излучения на ПП, ИМС и узлы РЭА.

Апробация и публикации.

Материалы, изложенные в диссертационной работе, докладывались на Всесоюзных конференциях (Всесоюзная научно-техническая конференция "Проблемы обеспечения высокой надежности микроэлектронной аппаратуры" Запорожье, 1990), межотраслевых совещаниях (5- межотраслевое совещание-семинар "Проблемы создания

ПП, ИС и РЭА на их основе, стойких к ВВФ", Петрозаводск, 9-13 сентября, 1991), научных семинарах кафедры Электроники МИФИ. Материалы диссертации изложены в 5-и печатных работах (список приведен в конце реферата), а также в научно-технических отчетах.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения. Содержит 254 стр. печатного текста, в том числе 88

рисунков, 27 таблиц и библиографию, включающую 102 наименования.

•

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ -В начале работы обоснована актуальность темы исследования. Проведен обзор основных эффектов в ИЭТ и узлах РЗА при воздействии мощного импульсного СВЧ излучения. Сделан вывод, что данной проблеме посвящено относительно небольшое количество работ.

Проанализированы особенности процессов; в проводниках, диэлектриках и полупроводниковых материалах, применяемых для изготовления ИЭТ. Сделан вывод о том, что наиболее чувствительными ' элементами ИЭТ, как в случае обратимого, так и в случае катастрофического отказа являются полупроводниковые активные элементы схем. Характерные частоты и энергии ионизации СВЧ излучения малы по сравнению с ширинами запрещенных зон основных полупроводниковых материалов, используемых в ПП, что не приводит к ионизации носителей (например "зона-зона"). В этих случаях деградация ПП при воздействии СВЧ излучения определяется следующими первичными эффектами: 1) непосредственным разогревом носителей заряда, уже имеющихся в зоне, полем электромагнитной волны; 2) разогревом носителей в полупроводниковой структуре за счет передачи к ней тепла от разогретых полем металлических контактов; 3)

процессами генерации-рекомбинации через глубокие уровни в запрещенной зоне полупроводника.

Указанные эффекты вместе с детектированием на нелинейности энергетических барьеров СВЧ сигнала приводят к деградации вольт-амперных характеристик (ВАХ) переходов ПП и изменению режима функционирования ИЭТ.

. С точки зрения построения моделей поведения полупроводниковых элементов при- воздействии СВЧ излучения в литературе основное внимание сфокусировано на первичных эффектах, связанных с лавинным и туннельным пробоем, а также пробоем подзатворного диэлектрика. Причем, среди вторичных эффектов катастрофические повреждения являются в большинстве случаев результатом теплового' вторичного пробоя (ТВП). Кратко описаны указанные первичные и вторичные эффкты.

Далее рассмотрены механизмы нарушения работоспособности типовых полупроводниковых элементов. Проанализирован процесс влияния разогрева электронов СВЧ электрическим полем на электрические свойства диодов с барьером Шотки. Отмечено, что при разогреве электронов '. СВЧ электрическим полем нарушается диффузионно-дрейфовое равновесие в ОПЗ полупроводника и при нулевом смещении через диод в прямом направлении течет ток. Из сопоставления результатов повреждения смесительных диодов СВЧ импульсом для различных типовых структур диодов Шотки на СаАэ, полученых зарубежными исследователями, установлено, что в предпробойной области имеет место деградация СВЧ характеристик диодов: шумовое отношение, потери преобразования, коэффициент шума возрастают, а напряжение пробоя падает с ростом мощности воздействующего СВЧ импульса.

Для биполярных транзисторов (БТ) установлено экспериментально и теоретически, что ТВП прибора связан, как правило, со шнурованием тока в результате неустойчивости однородного распределения тока в транзисторной структуре в импульсном режиме и при воздействии СВЧ импульса. При малых уровнях мощности СВЧ сигнала Ра зависимость изменения тока базы от ^Ра остается линейной, но при больших мощностях линейность нарушается. При определенном уровне Ра коэффициент передачи по току снижается, поскольку переход эмиттер-база транзистора смещен в обратном направлении в течение некоторой части периода переменного сигнала. Граничная мощность обратимого-нарушения работоспособности структуры определяется увеличением детектированных токов перехода база-эмиттер до величин, сравнимых с режимными.

При анализе физических основ нарушения работоспособности ПТШ на СгаАэ в условиях воздействия СВЧ излучения в зависимости от эффективного уровня входной мощности импульсного СВЧ сигнала и его длительности выделены . два случая потери ■ работоспособности, связанные с обратимыми и катастрофическими отказами. Причем в случае обратимого отказа наблюдается "быстрая" и долговременная стадии восстановления работоспособности ПТШ. В зависимости от уровня импульсной СВЧ мощности наблюдаются три основные ситуации в импульсных реакциях СаАэ структур:

- быстро протекающие процессы роста. тока стока и изменение коэффициента усиления ПТШ за счет детектирования сигнала на нелинейных элементах прибора при относительно' низких значениях мощности импульса СВЧ излучения Рсвч;

- долговременные процессы восстановления параметров СаАэ ПТШ, связанные с захватом носителей заряда на глубокие уровни на

-ft-

границе раздела канал-полуизолирующая подложка' и дальнейшей релаксацией при повышенных уровнях Рсвч ;

- катастрофический выход из строя ПТШ за счет необратимой деградации параметров (начального тока стока, коэффициента шума и т.п.), а также ТБП при критических значениях Рсвч.

Катастрофическое разрушение ПТШ связано, как правило, с пробоем промежутков затвор-исток и затвор-сток транзисторной структуры с образованием перемычек и проплавлением металлизации электродов ПТШ.

При рассмотрении • эффектов, возникающих в интегральных микросхемах (ИМС) при воздействии СВЧ излучения установлено, что в большинстве случаев катастрофический отказ приемного модуля определяется, выходом из строя входного малошумящего усилителя (МШУ), а в цифровых КМДП ИМС доминирующим является эффект "защелкивания" (latch-up). ' .

В целом, проведенный анализ данных по исследованию воздействия СВЧ излучения на ИЭТ и узлы РЭА выявил широкий разброс в уровнях обратимого и катастрофического нарушения работоспособности (Рпогл~ 10"2...102 Вт), что обусловлено как технологическими отличиями, режимом работы схем, так и параметрами воздействующего импульса.

Следует отметить разрозненность и в ряде случаев противоречивость полученных данных, что связано с различиями в методиках проведения эксперимента, отличиями в исследуемой элементной базе. Указанные особенности вызывают необходимость разработки моделей ПП, а впоследствии на их основе моделей ИМС.

■ В результате сравнительного анализа существующих расчетных методов моделирования СВЧ воздействия на ИЭТ и узлы РЭА

установлено, что сложный характер наблюдаемых эффектов не удается полностью описать ни одной из существующих моделей единого уровня. Точность расчетного моделирования определяется .адекватностью используемых моделей, а также достоверностью идентификации их. параметров, что обуславливает необходимость привлечения экспериментальных методов.

Для моделирования и определения порогов катастрофического повреждения исследуемых структур были использованы различные модификации модели Вунша-Белла ТВП. Что же касается обратимых отказов, то здесь при моделировании учитывались доминирующие физические механизмы, характерные для каждого конкретного типа исследуемых ПП и ИМС.

Показано, что в общем случае для . анализа процессов, происходящих в элементах при воздействии СВЧ излучения необходимо решать одновременно два уравнения: теплопроводности и непрерывности. Для маломощных и микромощных ИМС, ПП СВЧ диапазона, имеющих малые геометрические размеры, при длительности импульса 1и~0.1... 10 мкс возможно раздельное решение этих уравнений. Условия устойчивости будут определяться в следующей последовательности: 1 - установление электрических режимов; 2 -тепловыделение в ПП и ИМС

Выражение, используемое для оценки энергии повреждения элемента, является частным случаем модели, предложенной Вуншем и Беллом, впоследствии развитой Таска и другими исследователями: Рп= А V1 + В + С , (1)

где Р0(Е0)-мощность (энергия) повреждения, ^-длительность импульса. Константы А, В и С, представляют собой соответствующие коэффициенты в решении уравнения теплопроводности, которые

целесообразно в ряде случаев не рассчитывать, а идентифицировать их значения из экспериментальных зависимостей Рд (*„)> что и сделано для всех испытанных ПП, ИМС и тестовых структур.

Полупроводниковый диод был представлен простейшей моделью, учитывающей эффект детектирования СВЧ сигнала. При описании ТВП диодных структур была использована модель Вунша-Белла, причем показано, что наиболее адекватной реальной ситуации является . трехмерная модель области повреждения, предложенная для планарных диодов'Шотки на СаАБ.

Для биполярного транзистора влияние СВЧ воздействия на статические и динамические процессы рассматривалось, на основе модифицированной модели Эберса-Молла' БТ для большого сигнала, которая включает нелинейные эффекты транзисторных переходов. ■

Проведено моделирование ПТШ на СаАэ в режиме большого сигнала (БС) при возможно более полном учете нелинейных механизмов и паразитных элементов прибора. Учет долговременной составляющей восстановления тока до режимного значения, дает возможность принять во внимание в рамках данной модели весь спектр эффектов обратимого нарушения работоспособности ПТШ наОаАз при СВЧ воздействии.

Анализ существующих методов исследования воздействия СВЧ излучения на ИМС, как наиболее сложную элементную базу ИЭТ, показал, что самым перспективным направлением является совместное использование - метода физико-экспериментальных исследований и моделирование на ПЭВМ. Эффективность такого подхода определяется используемыми моделями элементов схем, способом включения в модель зависимостей изменения параметров моделей от уровня воздействия, а также корректностью решения задачи идентификации параметров. В качестве примера для моделирования воздействия СВЧ

излучения на входы (выводы) логического элемента 1533 был использован пакет прикладных программ РБР1СЕ.

Также было проведено моделирование воздействия СВЧ радиоимпульса на входы (выводы) биполярных цифровых (ЦИМС) и аналоговых (АИМС) микросхем. Модель реакции ЦИМС на воздействие СВЧ радиоимпульса рассмотрена на примере ТТЛ(Ш) базового логического элемента 2И-НЕ. Для моделирования воздействия СВЧ радиоимпульса на биполярные ЦИМС и АИМС нами была разработана следующая процедура.

1. Анализ функционирования схемы, ее элементов, особенности ее изготовления. На этом этапе определяются пути Проникновения СВЧ мощности, а также определяются элементы, реакция которых доминирует в реакции всей ИМС. Для этих элементов выбираются модели и способ включения в модель зависимостей изменения параметров элементов от уровней указанного воздействия.

2. Идентификация параметров .моделей наиболе.е критичных к воздействию элементов. На Основании серии определительных лабораторных испытаний критичных к воздействию элементов, входящих в состав анализируемой ИМС, определяются параметры моделей с учетом их технологического разброса ("наихудший случай").

3.. Расчет реакции ИМС на СВЧ воздействие с использованием пакета РБР1СЕ для различных значений падающей СВЧ мощности с целью выявления уровня обратимого нарушения работоспособности для данного набора параметров.

При экпериментальных исследованиях поведения ПП и ИМС в условиях воздействия СВЧ излучения представляется целесообразным рассмотреть два случая в методике эксперимента.

-14Г-

Первый из них определяется проведением экспериментальных работ на моделирующих установках (МУ), где исследуемый объект помещается непосредственно в поле излучения. В этом случае соответствующий выбор частоты СВЧ излучения, длительности импульса, диапазона мощностей и расстояния от излучающей системы до объекта обеспечивает максимальную близость эксперимента к натурным испытаниям. Второй вариант проведения испытаний связан с использованием более компактных, экономичных и дешевых лабораторных имитаторов (ЛИ) мощного импульсного СВЧ излучения, которые к тому же дают возможность избирательно подводить СВЧ мощность к наиболее чувствительным узлам РЭА, элементам ИЭТ(ПП и ИМС), а также выводам элементов. Кроме того, в данном случае существенно облегчается задача определения мощности, поглощенной исследуемым объектом. ЛИ должен иметь возможность варьировать параметрами воздействующего радиоимпульса (Рпад, критические значения которых определяются стойкостью исследуемой элементной базы и требованиями испытаний.

Предложена методика проведения испытаний стойкости узлов РЭА и элементов ИЭТ, к воздействию мощного импульсного СВЧ излучения на МУ для случая, когда СВЧ излучение воздействует на исследуемые объекты через окружающую среду за счет наведения электрических сигналов ("антенный эффект") на конструктивных элементах ИЭТ (проводники печатных плат,' выводы ПП и ИМС, цепи питания и т.п.).

Предложенная методика проведения имитационных испытаний стойкости ПП и ИМС к воздействию мощного импульсного СВЧ излучения на ЛИ распространяется для случая, когда обеспечивается избирательное воздействие СВЧ радиоимпульса с определенными

параметрами на соответствующие выводы ПП и ИМС при известной характеристике отражения (поглощения) СВЧ мощности от данного объекта.

Проведен анализ адекватности исследований на МУ и ЛИ. Показано, что по всему объему исследуемых ПП и ИМС • при испытаниях на ЛИ практически удается обеспечить адекватность моделирования на ' физическом и „ более высоких уровнях для параметров СВЧ радиоимпульса, аналогичных параметрам импульса МУ (частота, длительность и форма).

В проведенных ранее исследованиях . нарушения работоспособности СаАб ПТШ, а также схем на их основе при воздействии мощного импульсного СВЧ излучения основное внимание уделялось катастрофическим повреждениям структур вследствии ТВП. В соответствие с методикой имитационных испытаний на ЛИ для; исследуемых серийных СаАэ ПТШ ЗП324Б-2, ЗП325А-2 рассмотрены основные физические эффекты во всем • диапазоне мощностей воздействующего СВЧ импульса. ■

Экспериментальные зависимости изменения тока стока 1с ПТШ приведены на рис.1. При относительно низких мощностях " СВЧ радиоимпульса наблюдается рост тока стока ПТШ вследствие детектирования радиоимпульса на . нелинейности характеристик затвор-исток (рис.1, Рг). По мере увеличения входной мощности начинает проявляться эффект запирания прибора во время действия импульса и долговременная стадия релаксации тока до режимного значения после окончания воздействующего импульса (рис.1, Рг). Далее рост тока при увеличении Рсвч практически прекращается, и запирание транзистора происходит до окончания импульса, т.е. при Л<1„ (рис.1, Р3). При дальнейшем увеличении входной мощности доминирует,

.1ь

долговременная стадия восстановления (рис.1, Р4). Затем, при достижении критической мощности поврждения происходит катастрофический отказ ПТШ вследствие ТВП (рис.1, Р5) с ' проплавлением структуры в промежутках затвор-исток и затвор-сток с разбрызгиванием металлйзиции (рис. 2).

При исследовании СВЧ воздействия на ЦИМС были испытаны наиболее распространенные биполярные ТТЛ(Ш) ЦИМС серий 155, 531, 555, 1533, в частности 155ЛАЗ и 1533ЛА4, а также изготовленные по КМДП технологии ЦИМС серий 561, 564, 1526, в частности 561ЛН2, 564ЛА7, ЛА8, ЛН2, ЙЕ9, ИП2, ЛЕ5, ЛЕ6, ИР2, 1526ЛЕ6, ПУ4. Причем, по ряду ЦИМС испытания проводились на МУ и ЛИ..

В качестве типовых узлов РЭА на дискретных ПП и ИМС на МУ были проведены исследования следующих схем: усилитель низкой частоты, усилитель высокой частоты, цифровой узел, стабилизатор напряжения, балансный модулятор. Установлено,- что для типовых узлов РЭА на дискретных ПП И ИМС пороги повреждения существенно зависят не только от активных элементов (ПП и ИМС), но и от конструктивных особенностей узлов (эффективная площадь, на которую наводится излучение, разводка печатных проводников, наличие фильтров и т.п.). В заключении диссертации перечислены основные результаты: 1. Разработаны электрофизические модели реакций типовых ПП и ■ ИМС для различных уровней мощности и длительностей СВЧ воздействия, учитывающие временные стадии обратимого нарушения работоспособности и позволяющие определить уровни катастрофического повреждения. В зависимости от технологии и длительности СВЧ воздействия уровни поглощенной СВЧ мощности обратимого нарушения работоспособности типовых ПП и ИМС лежат в диапазоне 10"2...Ю Вт, а катастрофического повреждения - КИ.-.Ю2 Вт.

- 182. Идентифицированы параметры моделей и проведено машинное моделирование типовых элементов ИЭТ при указанном воздействии, что позволило на ранних стадиях исследований выявить более чувствительные элементы, в частности ПТ1Н на СаАв.

3. Разработаны методики экспериментальных исследований на МУ и имитационных испытаний на ЛИ на основе магнетронного СВЧ генератора. Обоснована адекватность перехода от воздействия СВЧ излучения МУ на объект в целом к воздействию СВЧ радиоимпульса на определенные выводы ИЭТ (ПП и ИМС) при испытаниях на ЛИ. Предложенные решения позволили сократить стоимость испытаний в 5..ДО раз и сроки в 3...5 раз.

4. Получены экспериментальные данные о характере обратимых нарушений работоспособности и катастрофических отказов типовых элементов ИЭТ и узлов РЭА, определены пороги повреждения и наименее стойкие к СВЧ воздействию режимы работы. Из обратимых эффектов впервые наблюдалась совокупность двух конкурирующих механизмов для ПТШ на ОаАэ: быстро протекающие процессы роста тока стока за счет детектирования сигнала на нелинейных элементах прибора, а также долговременные процессы восстановления параметров СаАз элементов, связанные е захватом носителей на глубокие уровни на границе раздела канал-полуизолирующая подложка.

5. На основании проведенного анализа предложены практические рекомендации по повышению стойкости элементов ИЭТ и узлов РЭА, применение которых приводит к уменьшению чувствительности к указанному воздействию в 2...5 раа

6. Результаты работы нашли практическое применение в различных организациях, о чем свидетельствуют соответствующие акты о внедрении.

-10- • • • .

7. Результаты работы докладывались на Всесоюзных

конференциях, межотраслевых совещаниях, научных семинарах кафедры Электроники МИФИ. Материалы диссертации изложены в 5-ти печатных работах, а также в научно-технических отчетах.

Опубликованные работы по теме диссертации:

1. Антипин В.В., Годовицын В.А., Громов Д.В., Кожевников А.О., Раваев А.А. Изменение параметров МШУ при воздействии мощных импульсных помех. - Радиотехника, 1991, №8, с.18-20.

2. Антипин В-В., Верещагин В.Л., Громов Д.В., Райзер М.Д. Особенности , нарушения работоспособности КМДП ЦИМС при воздействии

микроволнового излучения. - Межотраслевое совещание-семинар "Проблемы создания ПП, ИС и РЭА на их основе, стойких к ВВФ", Петрозаводск, 9-13 сентября, 1991.

3. Антипин В.В., Алексеев А.В., Громов Д.В. Моделирование мощных Импульсных микроволновых воздействий на интегральные микросхемы. - ВАНТ сер. Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру, 1994, вып. 3-й, с.86-93.

4. Антипин В.В., Годовицын В.А., Громов Д.В., Кожевников А.О., Раваев А.А. Деградация малошумящих СВЧ полевых транзисторов с затвором Шотки на арсениде галлия при воздействии мощных импульсных микроволновых помех. - Радиотехника, 1994, №8, с.34-38.

5. Антипин В.В., Годовицын В.А., Громов Д.В., Кожевников А.О., Раваев А.А. Влияние мощных импульсных, микроволновых помех на полупроводниковые приборы и интегральные микросхемы. Зарубежная радиоэлектроника, №1, 1995, с.37-53.

'свч

1сО

О

Р!<Р2<Р3<Р4<Р5 4

Рис.1. Характер изменения тока стока 1е ПТШ на йаАз при воздействии СВЧ радиоимпульса ЛИ.

Область повреждения (разрушение затвора)

Рис.2. Катастрофический пробой структуры ПТШ на СаАл.

Подписано в печать 3>Д 10 9С. Заказ Тираж ЮО

Типография МИФИ, Квшнреко« шосс*, 31