автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Методическое обеспечение и технические средства испытаний КМОП микросхем на структурах "кремний-на-сапфире" на импульсную электрическую прочность

На правах рукописи Экз. №

ГЕРАСИМЧУК ОЛЕГ АНАТОЛЬЕВИЧ

МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЙ КМОП МИКРОСХЕМ НА СТРУКТУРАХ «КРЕМНИЙ-НА-САПФИРЕ» НА ИМПУЛЬСНУЮ ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ПРОЧНОСТЬ

05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Автор:

00349082Б

Москва - 2009

003490826

Работа выполнена в Национальном исследовательском ядерном университете «МИФИ»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Скоробогатов Петр Константинович ПИЯ У «МИФИ»

доктор технических наук Данилин Николай Семенович РНИИКП

кандидат технических паук Вавилов Владимир Алексеевич ОАО «НИИМЭ и Микрон»

Ведущая организация:

ФГУ «22 ЦНИИИ Минобороны России»

Защита состоится 15 феврале 2010 г. в 16 час. 00 мин в аудитории К-608 на заседании диссертационного совета Д 212.130.02 в Национальном исследовательском ядерном университете «МИФИ» по адресу:

115409 Москва, Каширское шоссе, 31, тел. 324-84-98, 323-91-76

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ»

Автореферат разослан января 2010 г.

Просим принять участие в работе совета или прислать отзыв в одном экземпляре, заверенный печатью организации.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

П.К. Скоробогатов

Общая характеристика работы

Диссцлация посвящена решению важной научно-технической задачи — разработке методов и средств испытаний КМОП микросхем на структурах «крсмний-па-сапфирс» (КМОП/КИС) на импульсную элооричсскую прочность, чго позволит обешечшь комплектование устройств вычислительной техники и систем управления объектов военного и специального назначения современной элементной базой с высокими эксплуатационными характеристиками и повышенной стойкостью к воздействию электромагнитных источников естественного и искусственного происхождения.

Актуальность темы диссертации. Доля ИС и БИС, выполненных по КМОП (комплементарные мсталлчжиссл-попупроводник) технологии, составляет по количеству и номенклатуре от 60 до 80% общего объема микросхем, комплектующих аппаратуру современных объектов вооружения и военной техники (ВВТ). Стойкость этих изделий к радиационным и электромагнитным воздействиям в значительной мере определяет технические характеристики и ресурсные возможности аппаратуры. Наиболее перспективными КМОП-щделиями для комплектования объектов ВВТ являются КМОП ИС, выполненные по технологии «крсмпий-на-сапфирс» (КГ 1С), вследствие своей потенциально высокой радиационной стойкости и способности работать в широком температурном диапазоне.

Однако помимо радиационных факторов на функционирование и работоспособность современных устройств вычислительной техники и систем управления оказывают влияние электромагнитные излучения (ЭМИ) естественного и искусственного происхождения. Для аппаратуры объектов ВВТ необходим также учет влияния ЭМИадсрпого взрыва (ЯВ).

В соответствии с нормативными документами стойкость ИС к воздействию наводок от ЭМИ характеризуют импульсной электрической прочностью (ИЭП), под которой понимают зависимости пределыю-донусгимых значений напряжения (тока, мощности, энергии) от длительности одиночных электрических импульсов (ОИН), возникающих от действия элекгромашишого импульса.

Увеличение числа возможных источников ЭМИ, расширение их спектра в сторону высоких частот, повышение степени интеграции современной элементной базы требуют проведения исследований с целью разработки методического аппарата и технических средств для определения уровней стойкости ИС к воздействию ЭМИ современных и перспективных источников.

При всех своих достоинствах по радиационной стойкости КМОП/КНС ИС имеют ряд особенностей, связанных с тонкоплепочной структурой рабочих слоев. К ним относятся, прежде всего, низкая устойчивость к электростатическим разрядам, малые пробивные напряжения, что может накладывать ограничения на их использование в аппаратуре ВВТ.

Возможности расчетной оценки стойкости КМОП/КНС ИС к воздействию ОИН существенно ограничиваются сложным характером КНС структур, разбросом технологических параметров, зависимостью электрических и тепловых параметров элементов структур от их геометрических размеров и взаимного расположения.

Поэтому возникла актуальная научная задача, которая заключается в разработке методического обеспечения и технических средств испытаний КМОПЖНС ИС военного и специального назначения на импульсную элеетрическую прочность.

Важность и актуальность темы диссертации отражена в «Основах политики Российской федерации в области развития элеетронной компонентой базы на период до 2010 года и дальнейшую перспективу», утвержденных Презцдаггом Российской Федерации 12.042002, в соответствии с которыми создание радиациопно-сгойкой электронной компонентой базы отнесено к одной из приоритетных заддч в области се дальнейшего развития при разработке, производстве и применении в стратегически значимых системах.

Решению этих вопросов, а именно: анализу механизмов повреждения КМОП/КНС ИС под действием ОИН и разработке на этой основе методического обеспечения и tcxi гаческих средств испытаний КМОП/КНС микросхем военного и специального назначения на импульсную электрическую прочность - посвящены исследования, проводившиеся с 2003 по 2009 год, итогом которых и является данная диссертация.

Состояние исследований по проблеме. Исследованиям воздействия импульсных ОИН на ИС посвящено значительное число работ как российских, так и зарубежных авторов, результаты которых отражены в большом количестве монографий, статей, докладов на конференциях, стандартов, руководящих документов и методик.

Вопросам создания и развития КМОП/КНС ИС посвящены работы Полякова И.В., Герасимова Ю.М., Григорьева Н.Г., Киргизовой A.B. и других специалистов. Трудами Герасимова В.Ф., Посысаева Е.И., Яковлева E.H., Хрулева А.К. исследованы основы физики повреждений ИС при воздействии ОИН В диссертации Скоробогатова

П.К рассмотрены методические и технические основы проведения испытаний ИС на ИЭП. В работах Ванина В.И. и Макеева С.II. предложены и развиты аппаратные и программные средства для определения ИЭП полупроводниковых приборов (ПП) и И С.

Проблема воздействия ЭМИ па РЭЛ усугубляется созданием и появлением в последние годы источников помех с широким спектром излучений - ЭМИ перспективных источников (ЭМИ ПИ).

Однако обзор существующих моделей, методик и технических средств испытаний показал, что они не могут в полной мере быть использованы для определения показателей ИЭП современных КМОП/КПС ИС по следующим основным причинам:

узкий диапазон используемых ОИН, ограниченный требованиями современных нормативных документов, и не учитывающий возможность воздействия перспективных источников ЭМИ с расширенным спектром излучения;

отсутствие учета особенностей проявления тепловых механизмов повреждения КМОП/КНС, связанных с тонкопленочным характером КНС структур;

отсутствие возможности учета формы и длительности ОИП на показатели ИЭП КМОП/КПС ИС;

отсутствие обоснования требований к параметрам технических средств испытаний КМОП/КНС ИС на стойкость к воздействию ОИН и самих аттестованных средств.

Отмечи шые выше недостатки существующих моделей, методик и технических средств, сдерживают применение КМОП/КНС ИС в аппаратуре специального назначения и не позволяют им в полной мере реализовать на практике свои преимущества.

Целью диссертации является разработка методов и средств испытаний КМОГЖНС ИС военного и специального назначения на импульсную электрическую прочность, что позволит решить важную научно-техническую задачу расширения сферы применения КМОП/КНС ИС в аппаратуре объектов ВВТ.

Указа! н 1ая цель достигается решением в рабогс следующих задач:

теоретическим анализом, моделированием и экспсрима пильным исследованием влияния ЭМИ естественного и искусственного происхождения на КМОП/КНС ИС;

развитием имитацися п 1ых методов моделировш шя воздействия ЭМИ I га КМОГЖНС ИС использованием генератора ОИН;

разработкой моделей повреждения элементов КМОГЖНС ИС под действием наведенных ОИН с учетом особенностей процессов теплопереноса в тонкопленочных структурах, нелинейных эффектов переноса носителей в полупроводнике и с учетом возможности воздействия наводок с различной формой импульса;

разработкой методов испытаний КМОГЖНС ИС на стойкость к воздействию ОИН с учетом возможности проявления скрытых и аддитивных механизмов повреждения;

разработкой технических средств испытаний КМОГЖНС ИС, включая сложно-функциональные, на стойкость к воздействию ОИН;

проведением экспериментальной апробации разработанных моделей, методов и технических средств.

Научная новизна работы:

1. На основании электромагнитного анализа взаимодействия ЭМИ с КМОП/КНС ИС, показано, что с расширением спектрального состава ЭМИ растет доля поглощенной в кристалле ИС энергии. Однако, даже с учетом спектра ЭМИ перспективных источников излучения, поглощенной в кристалле ИС энергии недостаточно для заметного энерговыделения в КМОП/КНС ИС и непосредственным влиянием поля ЭМИ на кристалл ИС также можно пренебречь.

2. На основании электромагнитного и физико-топологического анализа типовой КМОП/КНС струюуры показано, что основным источником возможных повреждений при воздействии ЭМИ являются электрические сигналы, наведенные на выводы ИС и соединительные проводники. Это позволяет использовать имитационные методы моделирования воздействия ЭМИ на КМОП/КНС ИС путем под ачи на внешние выводы ОИН от генератора-имитатора

3. На основании двумерного численного моделирования электротепловых процессов к КНС структурах определена зависимость ИЭП от длительности ОИН. Показано, что зависимость ИЭП от длительности ОИН слабее, чем предсказывает

формула Ут ~ ^ с коэффициентом к = -0,5 (модель Вунша-Белла).

Показано также, что импульсная электрическая прочность р-п переходов КНС структур при воздействии ОИН двухэкспоненциалыюй формы примерно на 20-30% больше, чем при воздействии ОИН прямоугольной формы.

Практическая значимость работы:

1. Разработала методика проведения испытаний КМОП/КПС ИС на ИЭП, позволившая стандартизировать процедуру испытаний и распространить ее на соврсма н 1ыс КМОП/К11С ИС и БИС высокой фу! пецио! ильной слона юста.

2. Сформулированы и изложены основные требования к генератору-имитатору ОИН для моделирования воздействия ЭМИ наКМОП/К11С ИС.

3.Разработан и изготовлен генератор ОИН для определения ИЭП КМОПУК11С ИС, удовлетворяющий поставленной задаче. Проведена аттестация разработанного генератора, подтвердившая необходимые электрические параметры ОИН.

3. Разработаны типовая структура экспериментальной установки дня проведения испытаний КМОГЖНС ИС на ИЭП. Разработана методика проведения испытаний ИС на стойкость к ОИН, учитывающая особенности КМОП/КНС ИС. Предложены и апробированы методические и программные средства, повышающие достоверность проведения испытаний ИС на ИЭП

4. Результаты экспериментов подтвердили адекватность разработанной численной модели разогрева тонких структур под действием ОИН. Они подтвердили, в частности, что зависимость ИЭП от длительности ОИН для КМОП/КНС ИС существенно слабее, чем для КМОП ИС объемной или эпитаксиалыюй технологий.

5. Результаты диссертации использованы на практике при разработке и обеспечении импульсной элсюричсской прочности КМОП/КНС ИС серии 5511 ФГУП «ФНПЦ НИИИС» и серии 1825 ОАО «Ангстрем», использованы в ОАО «ЭНПО СПЭЛС» при разработке нового поколения га 1срагоров ОИ11.

Результаты, выносимые на защиту:

1. Модели повреждения элементов КМОП/КНС ИС под действием ОИН с учетом особенностей процессов теплоперсноса в тонкопленочных структурах и с учетом особенностей воздействия ЭМИ современных и перспективных источников излучения и ОИН различной длительности и формы.

2. Методика проведения испытаний КМОП/КНС ИС на ИЭП, позволившая стандартизировать процедуру испытаний и распространить ее на современные КМОП/КНС ИС и БИС высокой функциональной сложности.

3. Разработанные аппаратные и программные средства для проведения испытаний КМОП/КНС ИС на ИЭП.

4. Результаты экспериментов по определению ИЭП КМОП/КНС ИС подтвердившие адекватность разработанных моделей разогрева тонких структур под действием ОИН.

Апробация работы.

Основные результаты диссертации докладывались на российских научных конференциях «Радиационная стойкость электронных систем» (Лыткарино, МО, 2003, 2005 - 2009 гг); научных сессиях МИФИ (Москва, 2004, 2005 и 2008 гг.); научных конференциях «Электроника, микро- и наноэлектроника» (г. Кострома, 2003 г., г.Н.Новгород 2004 г., г. Гатчина, 2006 г.); на научно-практических семинарах «Проблемы создания специализированных радиациионно-стойких СБИС на основе гетероструктур» (г. Н.Новгород, 2003 и 2004 гг.).

Основные результаты диссертации опубликованы в 18 работах (в период с 2003 по 2009 гг.). Две работы опубликованы без соавторов. Две работы опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. По результатам работы получено положительное решение о выдаче патента па полезную модель генератора импульсных сигналов.

Основные результаты диссертации также вошли в отчетные материалы по 5 госбюджетным и хоздоговорным НИР. Список основных работ приведен в конце диссертации.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, и заключения. Содержит 176 страниц печатного текста, включая 80 рисунков, 7 таблиц и список литературы из 97 наименований.

Содержание диссертации

Обзор современного уровня развития КМОП/КНС ИС. Показано, что технология «кремний-на-сапфире» является весьма перспективной для разработки современных ИС устройств вычислительной техники и систем управления объектов ВВТ. При этом диэлектрическая изоляция активных элементов потенциально позволяет обеспечить существенное повышение показателей радиационной стойкости, особенно к воздействию импульсного ионизирующего излучения, по сравнению с объемной КМОП технологией.

Однако помимо несомненных достоинств КМОП/КНС изделий существуют проблемы использования КНС технологии и приборов на ее основе. Основными из них являются такие как саморазогрев, низкая стойкость к электростатическим разрадам, малые пробивные напряжения, что ограничивают сферу применения КНС приборов и требуют учета при их разработке и применении. Широкому использованию КМОП/КНС ИС препятствует их повышенная уязвимость к воздействию ОИН, вызванных воздействием ЭМИ естественного и искусственного происхождения. Поэтому актуальной является задача по разработке методов и средств котроля импульсной электрической прочности КМОП/КНС ИС.

Анализ типичных ситуаций показал, чго ф°Рмы импульсов ОИП, воздействующих на ИС, различны в зависимости ог конфигурации линии и вида нагрузки и могут имсть апериодический одно- и двухполупсриодпый или колебательный затухающий характер Форма импульса, как правило, хорошо аппроксимируется суммой двух экспонент. Поэтому импульсную электрическую прочность ПП и ИС определяют по максимально допустимой амнлтуде ОИН двухэкспопенциальной формы. Длительность фронта принимают равной 5 -10 не, а длигслы юсть импульса i ia полувысотс от 0,1 до 10 мкс.

Сложность определения уровней стойкости КМОГЖНС ИС к ОИН обусловлена следующими причинами:

- многообразием физических эффектов, происходящих в ИС при воздействии ОИН, и связанной с этим необходимостью использования мпогопараметричсских критериев стойкости;

- сильной зависимостью уровня стойкости от выбранных для испытаний выводов элсмс! гта;

- нелинейным характером большинства происходящих процессов и связанным с этим зависимостью стойкости по данной группе выводов КМОП/КПС ИС от условий подключения на других выводах;

- зависимостью уровня стойкости от формы ОИН и эквивалентного импеданса окружающей схемы, включая организацию цепи питания;

- сложностью внутренней структуры современных КМОП/КПС ИС, toi 1копленоч11ым характером прибор11ых слоев КНС структур.

Поэтому необходимо проведение исследований особенностей электрического повреждения КНС приборов с целыо определи 1ия потенциальных механизмов отказов изделий и их уровней, а именно:

- анализ влияния ЭМИ, включая перспективные источники излучений, на КМОП/КПС ИС;

- разработка моделей повреждения элементов КМОП/КПС ИС иод действием ОИН с учетом особенностей процессов теплопсрспоса в тонконлепочных cipymypax, нелинейных эффектов переноса носителей в полупроводнике и с учетом возможности воздействия наводок с различной формой импульса;

- разработка методов испытаний КМОП/КНС ИС на стойкость к воздействию ОИН с учетом возможности проявления скрытых и аддитивных механизмов повреждения;

- разработка и изготовление технических средств испытаний КМОП/КНС ИС на стойкость к воздействию ОИН;

- проведение экспериментальной апробации разработанных моделей, методов и технических средств.

Анализ пределов применимости имитационных методов моделирования воздействия ЭМИ на КМОП/КНС ИС.

Практически полное отсутствие влияния электрической и магнитной компонент ЭМИ -ЯВ на параметры ПП и ИС бьио доказало теоретически и экспериментально в ряде работ. Однако, с расширением спектрального состава ЭМИ современных и перспективных источников и появления ИС новых технологических исполнений (КМОП/КНС) возникла необходимость оценки непосредственного энерговыделения за счет поглощения энергии поля ЭМИ в кристалле ИС.

Типичная геометрия облучения КМОП/КНС ИС полем ЭМИ приведена на рис. 1. Кристалл сапфира толщиной 250 - 500 мкм с тонким кремниевым слоем (доли мкм) размещен на проводящем основа! ши.

Вцу Сир)

Рисунок 1 - Кристалл КМОП/КНС ИС в поле плоской электромагнитной волны

Рисунок 2 - Падение плоской электромагнитной волны па границу раздела воздух-полупроводник

Энергия электромагнитного поля приводит к энерговыделению в полупроводниковом слое вследствие двух основных механизмов:

непосредственное поглощение части энергии поля в полупроводящем слое ИС;

- наводка сигналов на подводящие выводы ИС и последующая передача энергии в кристалл.

С целью определения границ применимости имитационных методов моделирования воздействия ЭМИ на ИС, необходимо было определить соотношение между этими механизмами энерговыделения

для типовой геометрии воздействия, показанной па рис. 2.

Область 0 представляет собой воздух, область 1 - слой кремния, 2 -сапфировая подложка, 3 - металлическое основание. Здесь dsi -толщина приборного слоя кремния, с^шз - толщина сапфировой подложки. Рассматривалась плоская электромагнитная волна, падающая из воздуха на границу раздела между областями 0 и 1.

В результате линейного электромагнитного анализа было показано, что доля поглощенной в кристалле КНС ИС энергии растет с ростом частоты спектра ЭМИ и уровня легирования приборного слоя. На рис. 3 приведены графики спектральной плотности двух рассматриваемых видов ЭМИ вместе с расчетным графиком максимального коэффициента поглощения энергии ЭМИ кристаллом КНС от частоты.

Рисунок 3 - Графики спектральной плотности двух видов ЭМИ (\У)

(1 - ЭМИ Я В, 2 - ЭМИ ПИ) вместе с графиком максимального коэффициента поглощения энергии ЭМИ (К1ШГ) кристаллом КНС от

частоты

В качестве примеров были выбраны следующие импульсы ЭМИ:

1. Типичный импульс ЭМИ ЯВ (Етах=300 кВ/м, Нтах=790 А/м, 1И= 100 не, 1ф= 5 не). Поток энергии, переносимый импульсом ЭМИ ЯВ (вектор Умова-Пойтинга) составляет около 8-10"4 Дж/см2.

2. Импульс ЭМИ перспективных источников (ЭМИ ПИ) (Етах=300 кВ/м, Нтах=790 А/м, £„= 2,5 не, 1ф= 0,1 не). Поток энергии, переносимый импульсом ЭМИ ПИ составляет около 2-10"5 Дж/см2.

Видно, что с ростом частоты сигнала падает спектральная плотность энергии, переносимая ЭМИ, но растет доля поглощенной в

к

пог.макс

\ЛЛВт-Гц/м2

1.0

105 10е 107 103 10® Ю10 1011 f,f4

кристалле КИС ИС энергии. Расчеты показывают, что из переносимых ЭМИ ЯВ через 1 см2 энергии (8-10"4 Дж) может максимально поглотиться 5-Ю"5 Дж. То есть около 6% всей энергии. Даже если считать, что вся эта энергия полностью выделилась в приборном слое кремния, плотность энерговыделения составит около 1 Дж/см3, а дополнительный нагрев слоя не превысит 2°С.

Результаты расчетов показали, что из переносимых ЭМИ ПИ через 1 см2 энергии (2-10'5 Дж) может максимально поглотиться 4-10"6 Дж. То есть около 20% всей энергии. Однако, сама величина этой энергии недостаточна для существенного нагрева приборного слоя.

Для оценки энерговыделения в приборном слое КМОП/КНС ИС вследствие наводки от ЭМИ была рассмотрена геометрия облучения, при которой наводка обусловлена наличием всего лишь выводов ИС длиной 2 см. С целью анализа энерговыделения был использован программный комплекс физико-топологического моделирования "ОКЮ1>2В", позволяющий анализировать двумерный нестационарные процессы переноса носителей в полупроводниковых структурах, в том числе, и при воздействии внешних ОИН.

В качестве модели входной цепи была выбрана КМОП/КНС ИС с типичной цепью защиты на входе, изображенная на рис. 4. На рис. 5 приведено пространственное распределение энерговыделения по поперечнику анализируемой входной цепи КМОП/КНС ИС при воздействии ЭМИ 51В (в момент времени максимума энерговыделения).

р п+

5 10 15 20 25 х.ыкм

Рисунок 5 - Пространственное распределение энерговыделения в Вт/см3 по сечению схемы защиты

Видно, что максимальное энерговыделение локализовано в узкой приповерхностной области под р+-областыо в п-кармане, а

Рисунок 4 - Физико-топологическая модель схемы защиты на входе КМОП/КНС ИС

интенсивность энерговыдслспия доходит до величины 6-1012 Вт/см3. Полная величина удельного энсрговыдсления составляет по расчетам 4,8-103 Дж/см3, что более чем на 3 порядка превосходит величину энерговыделеиия от непосредственного поглощения энергии ЭМИ в приборном слое кремния (1 Дж/см3)!

При воздействии ЭМИ ПИ интенсивность энерговыделеиия доходит до величины 5,8-1015 Вт/см3 в точке максимального энерговыделеиия, что более чем на два порядка превышает соответствующую величину от ЭМИ ЯВ. Полная величина удельного энерговыделения составляет по расчетам 3,8-105 Дж/см3, что более чем на 6 порядков превосходит величину энерговыделеиия от непосредственного поглощения энергии ЭМИ в приборном слое кремния (0,08Дж/см3)! Столь высокие значения энерговыделеиия связаны с тем, что почти вся энергия выделяется в очень маленьком объеме у поверхности кристалла.

В случае воздействия наводки от ЭМИ, поступающая по выводам прибора, поглощенная энергия локализуется в относительно небольших по размеру областях энерговыделения, что приводит к появлению опасных для работы прибора областей локального перегрева. Внешние выводы улавливают энергию ЭМИ, а внутренняя металлизация и неоднородная структура ИС локализуют энерговыделение в малых критичных объемах. Именно этот механизм приводит к появлению первичных и вторичных механизмов необратимого повреждения ИС под действием ЭМИ.

Следовательно, во веем диапазоне времен, частот и интенсивностсй, присущих современным и перспективным источникам ЭМИ, действие ЭМИ может быть смоделировано воздействием на выводы КМОП/КНС ИС электрических сигналов от специализированных генераторов-имитаторов.

Модели повреждения КМОП/КНС ИС иод действием ОИН.

На основании анализа технологии изготовления современных КМОП/КНС ИС показано, что их стойкость к воздействию ОИН определяется схемотехникой и топологией цепей защиты входных, выходных цепей, а также цепей разводки питания. Поэтому ИЭП КМОП/КНС ИС определяется, в конечном счете, электротспловым поведением р-п переходов цепей защиты.

Анализ электротеплового поведения цепей защиты потребовал совместного решения фундаментальной системы уравнений для

перепета носителей заряда вместе с уравнениями тепловьщеления и теплопереноса. Для получения адеквашых решений были учтены температурные зависимости электрофизических параметров кремния, а также тсплоемкоста и теплопроводности полупроводниковых и диэлектрических слоев.

На основе одномерного элекгрогеплового анализа показано, что с уменьшением толщины приборного слоя кремния КМОГЖНС ИС увеличивается ее сопротивление и плошоегь тока перегрузки в ней. В результате характеристики защиты от ОИН могут ухудшаться с уменьшением толщины пленки кремния в КНС структурах. В результате моделирования показано, что только при пропорт(иональном уменьшении всех размеров КНС-структуры максимальная температура с ростом степени интеграции увеличивается незначительно. Это связано с увеличением отношения охлаждающей площади к объему структуры при сокращи ши всех линейных размеров.

С целью определения характера влияния параметров ОИН на ИЭП было выполнено численное двумерное моделирование теплового пробоя типичных КМОП и КМОП/КНС структур. Применение двумерного моделирования позволило учесть реальную геометрию моделируемых структур и граничные условия на Го1 пактах и поверхности полупроводника.

В качестве примера на рис. 6 приведены диаграммы распределения температуры и эффективной концентрации в р-п переходе КМОП и КМОП/КНС-технологии при воздействии ОИН двухэкспоненциалыюй формы длительностью 0,1 мке в мометгг максимума температуры.

|од10(п1_е^

Т,°К

1од10(п|_еГГ>

22.5 22 21.5 21

20.5 20 19.5 19 18,5

Г

I 17.5

а)

Рисунок 6 - Диаграммы распределения температуры и эффективной концентрации носителей в р-п переходе КМОП (а) и КМОП/КНС КНС-технологии (б) при воздействии ОИН двухэкспоненциалыюй формы длительностью 0,1 мке:

Из анализа видно, что точка перегрева, в которой происходит тепловой пробой, находится в р-области вблизи контакта. В этой точке достигаются максимальная эффективная концентрация и температура. Градиенты температуры и концентрации носителей в поперечном направлении для КМОП/КНС структуры практически равны нулю, что связано с малой толщиной приборного слоя.

Результаты численного моделирования были использованы для анализа влияния длительности ОИП на ИЭП элементов ИС различных технологий. Максимальные значения амплитуды ОИН двухэкспоненциальной формы определены для длительностей импульса в диапазоне от 0,1 мке до 10 мке для трех образцов различной технологии и представлены на рис. 7.

а) б)

Рисунок 7 - Зависимости максимальной амплитуды (Ут) ОИН двухэкспоненциальной (а) и прямоугольной (б) форм от длительности ОИН для р-п переходов различных технологий:

- объемная технология; - эпитаксиальпая; - КНС Как и предполагалось, наибольшую стойкость имеют образцы с максимальным размером границы р-п перехода, то есть объемной технологии. Значения максимальной амплитуды экспоненциально убывают при увеличении длительности ОИН. Обращает на себя внимание тот факт, что с уменьшением размеров элементов, уменьшается разница между показателями стойкости к воздействию ОИН различной длительности.

Линейная регрессия расчетных данных показывает, что: - для р-п переходов, сформированных объемной технологией снижение показателей стойкости при увеличении длительности ОИН двухэкспоненциальной формы от 0,1 до 10 мке составляет 8,9 раза;

- для р-n переходов эпитакеиалыюй технологии - 4,6 раза;

- для р-n переходов КНС-технологии - 3,55 раза.

Такое явление связано с увеличением роли теплообмена с окружающей средой при уменьшении размеров элементов. Это означает, что для КНС-структур предположение о промежуточном характере нагрева (модель Вунша-Белла) не работает и зависимость

ИЭП от длительности ОИН слабее зависимости Vm ~ t* с

коэффициентом к = -0,5. Значение этого коэффициента для КМОП/КНС структур лежит в диапазоне -0,28...-0,32.

Воздействие ОИН прямоугольной формы принципиально не отличается от воздействия ОИН двухэкспоненциалыюй формы. С уменьшением размеров элементов, также уменьшается разница между показателями стойкости к воздействию ОИН различной длительности. Линейная регрессия расчетных данных показывает, что:

- для р-п переходов, сформированных объемной технологией снижение показателей стойкости при увеличении длительности ОИН от 0,1 до 10 мке составляет 7,4 раза;

- для р-n переходов эпитакеиалыюй технологии - 2,7 раза;

- для р-n переходов КНС-технологии - 3,7 раза.

В целом, результаты расчетов показали, что импульсная электрическая прочность р-n перехода при воздействии ОИН прямоугольной формы примерно на 20-30% ниже, чем при воздействии ОИН двухэкспоненциалыюй формы.

Таким образом, результаты численного моделирования подтвердили предположение о том, что при прочих равных условиях (амплитуда и длительность) наиболее опасным по последствиям является прямоугольный ОИН. Двухэкспоненциальный импульс, используемый при испытаниях па ИЭП, является менее опасным. Для расчета ИЭП при прямоугольном импульсе надо умножить показатель ИЭП для двухэкспоненциального импульса, который заносится в ТУ на изделие, на 1,4 ± 0,1.

С целью исследования влияния фронта на ИЭП проведено моделирование воздействия ОНИ длительностью 0,1 мке на образцы р-п переходов различного размера для ряда значений фронта в диапазоне от 0,1 до 5 не. Результаты расчетов показывают, что с уменьшением длительности фронта стойкость ИС к ОИН падает. Однако изменения эти небольшие и составляют чуть более 3% в диапазоне длительностей фронтов от 0,1 до 5 не.

Методы и средства проведения испытаний КМОП/КНС ИС на

НЭП. Показано, что в ходе испытаний необходимо учитывать особенности поведения КМОП/КНС ИС при воздействии ОИН, к которым относятся:

- малые постоянные времени собственного нагрева элементов КНС ИС, составляющие порядка нескольких десятков наносекунд и менее;

- возможность появления участков негативного сопротивления КНС элементов до порога тепловой неустойчивости;

- широкий диапазон уровней ИЭП в зависимости от конструктивно-технологического исполнения КМОП/КНС ИС.

Эти особенности необходимо учитывать при выборе технических средств, разработке программ-методик и проведении самих испытаний. К основным мерам относятся следующие:

- выбор диапазона изменения амплитуды испытательного ОИН;

- выбор шага изменения амплитуды ОИН;

- выбор временного интервала между подачами очередных ОИН;

- необходимость контроля не только функционирования, но и деградации параметров КМОП/КНС ИС после каждого воздействия с целью выявления скрытых и аддитивных механизмов повреждения изделия (параметрический контроль);

- выбор приборного парка для контроля функционирования и деградации параметров КМОП/КНС ИС с учетом малых времен установления тепловых процессов в элементах ИС.

На основе проведенного анализа были сформулированы требования к генератору ОИН с перечисленными ниже параметрами.

1. Генератор ОИН предназначен для формирования на выводах КМОП/КНС ИС импульсов тока и напряжения, имитирующих соответствующие импульсы тока и напряжения, наводимые при воздействии ЭМИ.

2. Форма импульса сигнала напряжения, вырабатываемая генератором подчиняется двухэкспоненциалыгому приближению V(t) = Vm[exp(-t/T!) - exp(-t/T2)] с параметрами:

- т2 = 2-10"9 с; Т| = 1,5-10"7 с, 1,5-10_6си 1,5-10'5с;

- Vm регулируется плавно в пределах от долей вольта до 4 киловольт.

3. Внутреннее сопротивление генератора 50 Ом.

4. Возможность ручного запуска и внешней синхронизации ОИН.

Схема генератора должна обеспечивать возможность контроля

уровня воздействия (Vm), а также параметров напряжений и токов на

испьпуемых выводах ИС в процессе испытаний.

Обзор отечественной и зарубежной литературы показал, что промышленностью не выпускается генераторов ОИН с необходимыми параметрами. Наиболее близким техническим решением к требуемому является генератор импульсов напряжения с субнаносекуцдным фронтом, разработанный ипегтутом элсюрофизики УрО РАН, содержшций в качестве коммутатора рпутный геркон с электромагнитом и позволяющий получить импульсы напряжения с амплитудой до 3,5 кВ на нагрузке 50 Ом при длительности импульсов до 10 нс.

В разработанном генераторе ОИН была существенно увеличена величина коммутируемого герконом тока, что позволило:

- увеличить амплшуду напряжений генерируемых на низкоомной нагрузке (25.. .50 Ом) до 4 кВ, при этом амплитуда коммутируемого ртутным герконом тока достигает 160 А;

- расширить диапазон длительностей ОИН до 10 мке;

- предотвратить сваривание контактов рпушого геркона при работе генератора в режиме экстремальных нагрузок величиной до 25 Ом.

Результаты аттестации показали соответствие измеренных параметров выходного напряжения генератора ОИН заданным требованиям. Разработана типовая структура экспериментальной установки для проведения испытаний КМОП/КНС ИС на ИЭП, пригодная для проведения испытаний сложно-фу! 1кцио1 галы 1ых ИС.

Для ко1тгроля хода испытаний используется анализ осциллограмм напряжения и тока при воздействии ОИН на испытуемый вывод. К основным признакам состояний, предшествующих тепловому вторичному пробою при воздействии ОИН относятся: искажение формы импульса выходного напряжения в области напряжений лавинного пробоя и появление осцилляций тока за счет развития механизмов токовой неустойчивости в режиме вторичного пробоя. Определение такого состояния позволяет уменьшить шаг амплитуды ОИН в этой области и более точно определить урова 1ь ИЭП.

С целью повышения производительности и достоверности проведения испытаний, а также с целью исключения влияния субъективного фактора была разработана методика и программное обеспечение, позволяющее более точно оценить уровень амплитуды ОИН, предшествующий тепловому вторичному пробою, определить энергию повреждения.

Результаты апробации разработанных методов и технических средств проведения испытаний.

Эксперимаггальпая апробация разработанных методов и средств испытаний на ИЭП проводилась со следующими целями:

- отработка процедуры проведения испытании с учетом специфики КМОП/КНС ИС и проверка работоспособности стенда;

- сравнение показателей импульсной электрической прочности КМОП/КНС ИС с результатами исиытш шй объем! 1ых КМОП ИС;

- проверка адекватности разработанных и предегадлепных выше моделей поврежда шя КМ01 Ш\ 1С ИС под действием ОИН;

- выработка рекомендаций по применению КМОП/КНС ИС в аппаратуре вое1 п юго пенсии алы юга IШ1 гача шя.

В период с 2003 по 2009 годы испытаниям на ИЭП подвергались различные КМОП ИС, включая 17 типов КМОП/КНС и КМОП/КНИ микросхемы.

Общим для полученных результатов является то, что при малой длительности ОИН (0,1 мке) электрическая прочность КМОП/КНС ИС существенно ншке, чем у объемных КМОП ИС. В области средних длительностей (1,0 мке) разница в уровнях прочности незначительна, а при длительности ОИН 10 мке КМОП/КНС ИС не уступают и даже 11есколько превосходят обьем11ые.

Результаты исследований импульсной электрической прочности входных цепей испытанных КМОП/КНС ИС приведены па рис. 8 в ввде графиков зависимостей максималы ю-допусгимых 31 гачег гий ОИН от их длителы юсти.

Рисунок 8 - Зависимости предельно-допустимых напряжений ОИН на входах КМОП/КНС ИС от длотелытости ОИН

Сплошной линией выделена линейная регрессия 1-го порядка от всех

приведенных на каждом рисунке данных по ИЭП Это соответствует зависимости

V

* ш % '

где к = - 0,3 для входных цепей и к = - 0,32 для выходных цепей.

Приведенные в главе 3 результаты численных расчетов зависимости показателя ИЭП (Ут) от длительности ОИН для тонких структур дали значение коэффициента к = 0,28. Таким образом, результаты экспериментов над КМОП/КНС ИС подтвердили адекватность разработанной численной модели разогрева тонких структур под действием ОИН. Они подтвердили, в частности, что зависимость показателя ИЭП от длительности ОИН в данном случае существенно слабее, чем для КМОП ИС объемной или эгштаксиалыюй технологий.

В ходе проведения испытаний на ИЭП проводился анализ осциллограмм напряжения и тока на исследуемом выводе ИС, позволяющий предсказать появление необратимых повреждений изделия при дальнейшем росте напряжения ОИН. В качестве примера на рис. 9 приведены характерные осциллограммы напряжения и тока при воздействии ОИН на КМОП/КНС ИС.

.....¡пи-.., : £ !,,..;.....:..... .1111 >.|, | м и| 1.11|.... | м..

/

!

1)С1\1 -О'.'сас г : г'.н2... ro.Vi.it. л: то * •г:.. . + ....;.... 1 ....;... . ^«(ф^ДОИ.'« V «¿я мкмловни. «.<«..!.... ........................

а) б)

Рисунок 9 - Анализ осциллограмм реакции КМОП/КНС ИС при воздействии ОИН: а) - вторичный пробой; б) - перегорание металлизации

По характерным осцилляциям тока отчетливо фиксируется начало вторичного пробоя, а по обрыву цепи тока - перегорание металлизации. Это позволяет более точно определить ИЭП испытуемой микросхемы и в ряде случаев идентифицировать тип повреждения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные результаты диссертации заключаются в следующем:

1. На основании электромагнитного анализа взаимодействия ЭМИ с КМОП/КНС ИС, показано, чго с расширением спектрального состава излучения растет доля поглощенной в кристалле ИС энергии. Однако, поглощенной в кристалле ИС энергии поля ЭМИ недостаточно для замелют энерговыделения и повреждения КМОП/КНС ИС. Поэтому непосредственным влиянием поля ЭМИ на кристалл КМОП/КНС ИС можно пренебречь.

2. По результатам электромагнишого и физико-топологического анализа типовой КМОП/КНС структуры показано, что в случае воздействия наводки от ЭМИ, поступающей по выводам, поглощенная энергия локализуется в небольших по размеру областях эперговьщеления, что приводит к появлению опасных для работы ИС областей локального перегрева. Поэтому, действие ЭМИ может быть смоделировано воздействием на выгоды ИС электрических сип шов от специалшировш шьк гсперагоров-имшторов.

3. На ос! юват 1ии шшиза свойств КМОП/КНС ИС показа! ю, чго с уме! 1ьше1 тем толщины приборного слоя кремния увеличивается ее сопротивление и плотность тока перегрузки. В результате характеристики защиты от ОИИ могут ухудшаться. На основании одномерного электрогеплового моделирования показано, чго только при пропорциональном уменьшении всех размеров КНС-структуры максимальная температура с ростом степени интеграции увеличивается незначительно.

4. На основании двумерного численного электрогеплового моделирования показано, чго рост теплообмена с окружающей средой в КНС-структурах приводит к тому, чго предположение об промежуточном характере нагрева (модель Вунша-Бсша) в данном случае не работает и зависимость ИЭП от длительности ОИН

_1/

слабее, чем предсказывает формула Ут ~ Ь/2 с коэффициентом в

показателе лежащем в диапазоне 0,28...0,32.

По результатам анализа показано, что импульсная электрическая прочность р-п переходов КНС ИС при воздействии ОИН двухэкспоненпиалыюй формы примерно на 20-30% больше, чем при воздействии ОИН прямоугольной формы. Д лительность фро! гта ОИН оп юситслыю слабо влияет на ИЭП структур.

Основные практические результаты диссертации заключаются в следующем:

1. На основании проведенных исследований и испытаний обоснованы параметры унифицированных видов ОИН, необходимые для определения ИЭП современных КМОП/КНС ИС.

2. Разработан генератор ОИН для определения ИЭП КМОП/КНС ИС, удовлетворяющий поставленной задаче. Проведена аттестация разработанного генератора, под твердившая заданные электрические параметры ОИН.

3. Разработаны экспернмешальная установка для проведения испытаний КМОП/КНС ИС на ИЭП. Установка позволяет проводить испытания всех типов КМОПУКНС ИС, включая сложно-функциональные. Разработана методика проведения испытаний ИС на стойкость к ОИН, учитывающая особенности КМОП/КНС ИС. Предложены методические и программные средства, повышающие достоверность проведения испытаний ИС на ИЭП

4. С целью проверки эффективности и достоверности разработанных методов и средств были проведены испытания ИЭП цифровых КМОП ИС, включая 17 типов КМОП/КНС микросхем. 0б1цим для полученных результатов является то, что при малой длительности ОИН (0,1 мке) электрическая прочность КМОП/КНС ИС существенно ниже, чем у объемных КМОП ИС. В области средних длительностей (1,0 мке) разница незначительна, а при длительности ОИН 10 мке КМОП/КНС ИС не уступают и даже несколько превосходят объемные.

5. Результаты экспериментов над КМОП/КНС ИС подтвердили адекватность разработанной численной модели разогрева тонких структур под действием ОИН. Они подтвердили, что зависимость уровня ИЭП от длительности ОИН для КМОП/КНС ИС слабее, чем для КМОП ИС объемной или эпигаксиалыюй технологий.

Таким образом, в ходе работы над диссертацией достигнута ее основная цель, а именно: разработаны научно обоснованные методы и средства испытаний КМОП микросхем на структурах «кремний-на-сапфире» на импульсную электрическую прочность, что позволит обеспечить комплектование устройств вычислительной техники и систем управления объектов военного и специального назначения современной элементной базой с высокими эксплуатационными характеристиками и повышенной стойкостью к воздействию ЭМИ естественного и искусственного происхождения.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Скоробогагов П.К, Барбашов В.М., Гсрасимчук ОЛ. Результаты испытаний ИС серии 1554ТБМ на импульсную электрическую прочностью/Научно -технический сборник «Радишщонпая стойкость ашароппых систем - «Стойкость— 2003». Выпуск 6. М.: МИФИ, 2003. С. 105-106.

2. Скоробогагов ГШ., Барбашов ВМ, Гсрасимчук ОЛ. Исследования совместного воздействия одиночных импульсов напряжения и ионизации на полупроводниковые структурыУ/Научно - технический сборник «Радиационная стойкость электронных систем - «Стойкость-2003». Выпуск 6. М.: МИФИ, 2003. С. С.127-128.

3. Гсрасимчук ОА. Требования к параметрам генератора одиночных импульсов напряжения для проведения испьпапий полупроводниковых изделий электронной техники на импульсную электрическую прочносгь//В сб.: Электроника, микро- и наноэлеюроника. - М.: МИФИ, 2003. - С. 235-236.

4. Герасимчук ОА., Скоробогагов ПК, Поликапин A.C. Методика определения энергетических параметров импульсной электрической прочности полупроводниковых изделий электронной тсхникиЮлектропика, микро- и наноэлекгроника. Сборник научных трудов/Под ред. ВЛ.Сгенина. - М.: МИФИ, 2004. С. 278-281.

5. Барбашов ВМ, Герасимчук ОА., Поликапин A.C., Скоробогагов П.К. Сравнение импульсной электрической прочности КМОП ИС, выполненных по эпитаксиалыюй и КНС технологиям// В сб. Научная сессия МИФИ-2004. Том 1, сборник научных трудов. М.: МИФИ. 2004. с.183 -184.

6. Герасимчук ОА., Скоробогагов П.К, Поликапин A.C., Барбашов ВМ Влияние технологического исполнения на импульсную электрическую прочность КМОП ИСУ/Научпо-техничеекий сборник: «Радиационная стойкость электронных систем - «Сгойкосгь-2005». - М.: МИФИ, 2005, вып.8, с. 131-132.

7. Поликапин A.C., Герасимчук ОА, Караганова E.H. Результаты испытаний ИС серии 1825 па импульсную электрическую г rponiюспУ/71ау<нго-тсиimcciaiii сборник: «Радиационная стойкость электронных систем - «Сгойкостъ-2005». - М.: МИФИ, 2005, вып.8, с. 133-134.

8. Барбашов ВМ, Гсрасимчук ОЛ. Оценка качества функционирования БИС при воздействии импульсов электрического перенапряжения/,© сб. научных трудов «Научная сессия МИФИ-2005». Том 1.М.:МИФИ,2004.С. 175-176.

9. Барбашов ВМ, Епифанцев КА, Герасимчук ОЛ, Скоробогагов ПК. Анализ взаимосвязи нечеткости и неопределенности в оценке качества функционирования БИС при воздействии одиночного импульса налряжения//Научно-технический сборник: «Радиационная стойкость электронных

систем - «Огойкость-2006». - М.: МИФИ, 2006, вып.9, с. 121-122

10. Епифшщев КЛ, Барбашов В.М., Герасимчук ОА Сравнение импульсной электрической прочност КМОП ИС одного типа, выполненных по КИС технологии разными производителями // В сб. Научная сессия МИФИ-2006. Том 1, сборник научных трудов, с.187-188.

11. Епифшщев КЛ., Барбашов В.М, Герасимчук ОА Влияние длительности одиночного импульса напряжения на отказы ИС вследствие вторичного пробоя //Электроника, микро- и наноэлсктроника Сборник научных трудов/Под ред. В.Я. Стенина. -М.: МИФИ, 2006.-сЖ) -201.

12. Епифшщев КА, Барбашов В.М., Герасимчук ОА. Влияние параметров одиночного импульса напряжения на электрическую импульсную прочность КМОП ИС по параметрическому и функциональному отказу // В сб. Научная сессия МИФИ-2007. Том 15, сборник науч11ых трудов, с.105-106.

13. Герасимчук ОА, Епифшщев КА., Скоробогагов П.К. Анализ результатов испытаний ИС на импульсную электрическую про1шость//Научно-технический сборник: «Радиационная стойкость электронных систем - «Сгойкосгь-2007». - М.: МИФИ, 2007, вып. 10, с. 163-164.

14. Герасимчук О А. Зависимости уровней импульсной электрической прочности КМОП ИС от длительности одиночных импульсов напряжения//Научно-технический сборник: «Радиационная стойкость электронных систем-«Сгойкос1ъ-2008».-М.:МИФИ,2008,вып.11,с. 139-140.

15. Барбашов В.М, Герасимчук ОА, Муравьева О.В. Повышение достоверности испытаний ИС на импульсную электрическую прочность// В сб. научных трудов «Научная сессия МИФИ-2008». Том 8. М.: МИФИ, 2008. С. 79-80.

16. Герасимчук ОА, Скоробогагов 11.К. Анализ влияния электромагнитных излучений на изделия микрголектроники//Научно-тсхиический сборник. «Радиационная стойкость электронных систем — «Стойкоспг-2009». М.: МИФИ, 2009, вып. 12.-С. 240-243.

17. Епифанцев КА, Герасимчук О А., Скоробогагов П.К. Расчешо-экснерименталыюе моделирование воздействия одиночных импульсов напряжения, вызванных электромагнитными импульсами, на интегральные схемыШикроэлсктроника, 2009, т38, №4, с284-301.

18. Герасимчук О А, Скоробогагов 11.К. Защита информации в изделиях микроэлектроники при воздействии элеюромагнишых излучений//Безопасносгь информационных технологий, 2009, №3, С. 111-115.

Подписано в печать 11.01.2010 г. Печать лазерная цифровая Тираж 100 экз.

Типография Aegis-Print 115230, Москва, Варшавское шоссе, д. 42 Тел.: 543-50-32 www.autoref.ae-print.ru

Введение

Глава 1 Анализ тенденций развития элементной базы КМОП/КНС для объектов ВВТ

1.1. Современное состояние и перспективы применения ИС элементно-технологического базиса КМОП/КНС в объектах ВВТ

1.2. Механизмы воздействия ЭМИ на элементную базу КМОП/КНС в составе аппаратуры. Оценка наводимых импульсов тока и напряжения

1.3. Особенности повреждения КМОП/КНС ИС при воздействии ОИН

1.4. Выводы

Глава 2 Анализ пределов применимости имитационных методов моделирования воздействия ЭМИ на КМОП/КНС ИС

2.1. Оценка энерговыделения в кристалле КМОП/КНС ИС при непосредственном воздействии поля ЭМИ

2.2. Оценка энерговыделения в приборном слое КМОП/КНС ИС при воздействии наводки от поля ЭМИ

2.3. Условия адекватности имитации воздействия ЭМИ на КМОП/КНС ИС воздействию одиночных импульсов напряжения

2.4. Выводы

Глава 3 Разработка моделей повреждения КМОП/КНС ИС под действием

3.1. Анализ доминирующих механизмов повреждения элементов КМОП/КНС ИС под действием ОИН

3.2. Разработка моделей повреждения элементов КМОП/КНС ИС под действием ОИН

3.3. Анализ влияния формы и параметров ОИН на импульсную электрическую прочность КМОП/КНС ИС

3.4. Выводы

Глава 4 Методическое и техническое обеспечение испытаний КМОП/КНС

ИСнаИЭП

4.1. Особенности проведения испытаний КМОП/КНС ИС на НЭП

4.2. Обоснование требований к генератору ОИН для определения НЭП КМОП/КНС ИС (ТЗ на разработку)

4.3. Разработка генератора ОИН для определения ИЭП КМОП/КНС ИС

4.4. Особенности организации и методики проведения испытаний КМОП/КНС ИС на стойкость к ОИН

4.5. Выводы

Глава 5 Экспериментальная апробация разработанных методов и технических средств испытаний

5.1. Выбор элементной базы для проведения испытаний ^^

5.2. Сравнение результатов испытаний КМОП ИС объемной технологии с результатами испытаний КМОП/КНС ИС

5.3. Выводы

Общая характеристика работы

Диссертация посвящена решению важной научно-технической задачи — разработке методов и средств испытаний КМОП микросхем на структурах «кремний-на-сапфире» (КМОП/КНС) на импульсную электрическую прочность, что позволит обеспечить комплектование устройств вычислительной техники и систем управления объектов военного и специального назначения современной элементной базой с высокими эксплуатационными характеристиками и повышенной стойкостью к воздействию электромагнитных источников естественного и искусственного происхождения.

Актуальность темы диссертации. Доля ИС и БИС, выполненных в элементно-технологическом базисе (ЭТБ) КМОП (комплементарные металл-окисел-полупроводник), составляет по количеству и номенклатуре от 60 до 80% общего объема микросхем, комплектующих аппаратуру современных объектов вооружения и военной техники (ВВТ). Стойкость этих изделий к радиационным и электромагнитным воздействиям в значительной мере определяет технические характеристики и ресурсные возможности аппаратуры. Наиболее перспективными КМОП-изделиями для комплектования объектов ВВТ являются КМОП ИС микросхемы, выполненные по технологии «кремний-на-изоляторе» (КНИ), вследствие своей потенциально высокой радиационной стойкости и способности работать в широком температурном диапазоне [1-3].

Наиболее освоенной отечественной КНИ технологией для изготовления КМОП ИС является технология кремний-на-сапфире (КНС). За последние 10 лет созданы отечественные КМОП КНС БИС ЗУ (серия 1620), обеспечивающие уровни сбоеустойчивости ОЗУ (1.5).Ю10 ед/с для информационной емкости (4.8) Кбит и 1012 ед/с для информационной емкости (2.4) Кбит. Ближайшими задачами являются создание БИС ОЗУ емкостью (32.64) Кбит и БИС ПЗУ 512 Кбит.1

Мбит с уровнем сбоеустойчивости не менее 1011 ед/с и БИС спецОЗУ емкостью не

12 менее (8. .16) Кбит с уровнем сбоеустойчивости (1. .5).10 ед/с [4].

Однако помимо радиационных факторов на функционирование и работоспособность современных устройств вычислительной техники и систем управления оказывают влияние электромагнитные излучения (ЭМИ) естественного и искусственного происхождения, такие как молниевые разряды, помехи от силового оборудования, излучение радиопередающих станций и т.п. Для аппаратуры объектов ВВТ необходим также учет влияния ЭМИ ядерного взрыва (ЯВ) [5].

Особенностью ЭМИ как воздействующего фактора является практически полное отсутствие его непосредственного влияния на параметры ИС [6, 7]. Воздействие ЭМИ на элементную базу проявляется косвенно через энергию сигналов наводки, способных вызвать сбои и повреждения чувствительных к ним ИС. Экранирование аппаратуры от ЭМИ ЯВ не дает полного эффекта, поскольку взаимодействие гамма- и рентгеновского излучений с материалами экранов приводит к появлению вторичного (внутреннего) ЭМИ [8]. Таким образом, ЭМИ является непременным сопутствующим фактором импульсных радиационных воздействий и должно учитываться при оценке стойкости ИС, предназначенных для использования в аппаратуре объектов ВВТ [9].

В соответствии с нормативным документом [10] стойкость ИС к воздействию наводок от ЭМИ характеризуют импульсной электрической прочностью (ИЭП), под которой понимают зависимости предельно-допустимых значений напряжения (тока, мощности, энергии) от длительности одиночных электрических импульсов (ОИН), возникающих от действия электромагнитного импульса.

Увеличение числа возможных источников ЭМИ, расширение их спектра в сторону высоких частот, повышение степени интеграции современной элементной базы требуют проведения исследований с целью разработки методического аппарата и технических средств для определения уровней стойкости ИС к воздействию ЭМИ современных и перспективных источников.

При всех своих достоинствах по радиационной стойкости КМОП/КНС ИС имеют ряд особенностей, связанных с тонкопленочной структурой рабочих слоев. К ним относятся такие явления как саморазогрев, низкая устойчивость к электростатическим разрядам, малые пробивные напряжения [11], что может накладывать ограничения на их использование в аппаратуре ВВТ.

Возможность проявления латентных (скрытых) механизмов повреждения КМОП/КНС ИС, а также опасность накопления повреждений при воздействии ОИН накладывает дополнительные требования к методике проведения испытаний на ИЭП, предъявляет специальные требования к испытательному оборудованию.

Возможности расчетной оценки стойкости КМОП/КНС ИС к воздействию ОИН существенно ограничиваются сложным характером КНС структур, разбросом технологических параметров, зависимостью электрических и тепловых параметров элементов структур от их геометрических размеров и взаимного расположения.

Поэтому возникла актуальная научная задача, которая заключается в разработке методического обеспечения и технических средств испытаний КМОП/КНС ИС военного и специального назначения на импульсную электрическую прочность.

Важность и актуальность темы диссертации отражена в «Основах политики Российской федерации в области развития электронной компонентной базы на период до 2010 года и дальнейшую перспективу», утвержденных Президентом Российской Федерации 12.04.2002, в соответствии с которыми создание радиационно-стойкой электронной компонентной базы отнесено к одной из приоритетных задач в области ее дальнейшего развития при разработке, производстве и применении в стратегически значимых системах.

Решению этих вопросов, а именно: анализу механизмов повреждения КМОП/КНС ИС под действием ОИН и разработке на этой основе методического обеспечения и технических средств испытаний КМОП/КНС микросхем военного и специального назначения на импульсную электрическую прочность - посвящены исследования, проводившиеся с 2003 по 2009 год, итогом которых и является данная диссертация.

Состояние исследований по проблеме. Исследованиям воздействия импульсных ОИН на ИС посвящено значительное число работ как российских, так и зарубежных авторов, результаты которых отражены в большом количестве монографий, статей, докладов на конференциях, стандартов, руководящих документов и методик [5 — 23].

Вопросам создания и развития КМОП КНС ИС посвящены работы Полякова И.В., Герасимова Ю.М., Григорьева Н.Г., Киргизовой A.B. и других специалистов. Трудами Герасимова В.Ф., Посысаева Е.И., Яковлева E.H., Хрулева А.К. исследованы основы физики повреждений ИС при воздействии ОИН, разработаны методические и технические основы проведения испытаний ИС на ИЭП. В диссертации Скоробогатова П.К рассмотрены методические и технические основы проведения испытаний ИС на ИЭП. В работах Ванина В.И. и Макеева С.Н. предложены и развиты аппаратные и программные средства для определения ИЭП широкого класса полупроводниковых приборов (ПП) и ИС.

Проблема воздействия ЭМИ на РЭА усугубляется созданием и появлением в последние годы преднамеренных источников электромагнитных помех с широким спектром излучений [24].

Однако обзор существующих моделей, методик и технических средств испытаний показал, что они не могут в полной мере быть использованы для определения показателей ИЭП современных КМОП/КНС ИС по следующим основным причинам:

- узкий диапазон используемых ОИН, ограниченный требованиями современных нормативных документов и не учитывающий возможность воздействия перспективных источников ЭМИ с расширенным спектром излучения;

- отсутствие учета особенностей проявления тепловых механизмов повреждения КМОП/КНС. связанных с тонкопленочным характером КНС структур;

- отсутствие возможности учета формы и длительности ОИН на показатели ИЭП КМОП/КНС ИС;

- отсутствие обоснования требований к параметрам технических средств испытаний КМОП/КНС ИС на стойкость к воздействию ОИН и самих аттестованных средств.

Отмеченные выше недостатки существующих моделей, методик и технических средств сдерживают применение КМОП/КНС ИС в аппаратуре специального назначения и не позволяют им в полной мере реализовать на практике свои преимущества.

Целью диссертации является разработка методов и средств испытаний КМОП/КНС ИС военного и специального назначения на импульсную электрическую прочность, что позволит решить важную научно-техническую задачу расширения сферы применения КМОП/КНС ИС в аппаратуре объектов ВВТ.

Указанная цель достигается решением в работе следующих задач:

- теоретическим анализом, моделированием и экспериментальным исследованием влияния ЭМИ естественного и искусственного происхождения на КМОП/КНС ИС;

- развитием имитационных методов моделирования воздействия ЭМИ на КМОП/КНС ИС с использованием генератора ОИН;

- разработкой моделей повреждения элементов КМОП/КНС ИС под действием наведенных ОИН с учетом особенностей процессов теплопереноса в тонкопленочных структурах, нелинейных эффектов переноса носителей в полупроводнике и с учетом возможности воздействия наводок с различной формой импульса;

- разработкой методов испытаний КМОП/КНС ИС на стойкость к воздействию ОИН с учетом возможности проявления скрытых и аддитивных механизмов повреждения;

- разработкой и изготовление технических средств испытаний КМОП/КНС ИС, включая сложно-функциональные, на стойкость к воздействию ОИН;

- проведением экспериментальной апробации разработанных моделей, методов и технических средств.

Научная новизна работы:

1. На основании электромагнитного анализа взаимодействия ЭМИ с КМОП/КНС ИС, показано, что с расширением спектрального состава ЭМИ растет доля поглощенной в кристалле ИС энергии. Однако, даже с учетом спектра ЭМИ перспективных источников излучения, поглощенной в кристалле ИС энергии недостаточно для заметного энерговыделения в КМОП/КНС ИС и непосредственным влиянием поля ЭМИ на кристалл ИС также можно пренебречь.

2. На основании электромагнитного и физико-топологического анализа типовой КМОП/КНС структуры показано, что основным источником возможных повреждений при воздействии ЭМИ являются электрические сигналы, наведенные на выводы ИС и соединительные проводники. Это позволяет использовать имитационные методы моделирования воздействия ЭМИ на КМОП/КНС ИС путем подачи на внешние выводы ОИН от генератора-имитатора.

3. На основании двумерного численного моделирования электротепловых процессов к КНС структурах определена зависимость ИЭП от длительности ОИН. Показано, что зависимость ИЭП от длительности ОИН слабее, чем предсказывает формула Ут ~ с коэффициентом к = -0,5 (модель Вунша-Белла). Показано также, что импульсная электрическая прочность р-п переходов КНС структур при воздействии ОИН двухэкспоненциальной формы примерно на 20-30% больше, чем при воздействии ОИН прямоугольной формы.

Практическая значимость работы:

1. Разработана методика проведения испытаний КМОП/КНС ИС на ИЭП, позволившая стандартизировать процедуру испытаний и распространить ее на современные КМОП/КНС ИС и БИС высокой функциональной сложности.

2. Сформулированы и изложены основные требования к генератору-имитатору ОИН для моделирования воздействия ЭМИ на КМОП/КНС ИС.

3. Разработан и изготовлен генератор ОИН для определения ИЭП КМОП/КНС ИС, удовлетворяющий поставленной задаче. Проведена аттестация разработанного генератора, подтвердившая необходимые электрические параметры ОИН.

4. Разработаны типовая структура экспериментальной установки для проведения испытаний КМОП/КНС ИС на ИЭП. Разработана методика проведения испытаний ИС на стойкость к ОИН, учитывающая особенности КМОП/КНС ИС. Предложены и апробированы методические и программные средства, повышающие достоверность проведения испытаний ИС на ИЭП

5. Результаты экспериментов подтвердили адекватность разработанной численной модели разогрева тонких структур под действием ОИН. Они подтвердили, в частности, что зависимость показателя ИЭП от длительности ОИН для КМОП/КНС ИС существенно слабее, чем для КМОП ИС объемной или эпитаксиальной технологий.

6. Результаты диссертации использованы на практике при разработке и обеспечении импульсной электрической прочности КМДП/КНС ИС серий 5511 и 1825 предприятия НИИИС, серии 1825 ОАО «Ангстрем», использованы в ОАО «ЭНПО СПЭЛС» при разработке нового поколения генераторов ОИН.

Результаты, выносимые на защиту:

1. Модели повреждения элементов КМОП/КНС ИС под действием ОИН с учетом особенностей процессов теплопереноса в тонкопленочных структурах и с учетом особенностей воздействия ЭМИ современных и перспективных источников излучения и ОИН различной длительности и формы.

2. Методика проведения испытаний КМОП/КНС ИС на ИЭП, позволившая стандартизировать процедуру испытаний и распространить ее на современные КМОП/КНС ИС и БИС высокой функциональной сложности.

3. Разработанные аппаратные и программные средства для проведения испытаний КМОП/КНС ИС на ИЭП.

4. Результаты экспериментов по определению ИЭП КМОП/КНС ИС подтвердившие адекватность разработанных моделей разогрева тонких структур под действием ОИН.

Апробация работы.

Основные результаты диссертации докладывались на российских научных конференциях «Радиационная стойкость электронных систем» (Лыткарино, МО, 2003, 2005 - 2009 гг); научных сессиях МИФИ (Москва, 2004, 2005 и 2008 гг.); научных конференциях «Электроника, микро- и наноэлектроника» (г. Кострома, 2003 г., г.Н.Новгород 2004 г., г. Гатчина, 2006 г.); на научно-практических семинарах «Проблемы создания специализированных радиациионно-стойких СБИС на основе гетероструктур» (г. Н.Новгород, 2003 и 2004 гг.).

Основные результаты диссертации опубликованы в 18 работах (в период с 2003 по 2009 гг.). Две работы опубликованы без соавторов. Две работы опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Основные результаты диссертации также вошли в отчетные материалы по 5 госбюджетным и хоздоговорным НИР. Список основных работ приведен в конце диссертации.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, и заключения. Содержит 176 страниц печатного текста, включая 80 рисунков, 7 таблиц и список литературы из 97 наименований.

5.3. Выводы

1. С целью проверки эффективности и достоверности разработанных методов и средств были проведены испытания ИЭП более 120 типов цифровых КМОП ИС, включая 17 типов КМОП/КНС микросхем.

2. В результате проведенных испытаний было обнаружено, в частности, что коэффициент корреляции между напряжением ИЭП (Уга) и максимально-допустимой энергией повреждения (1П1) ниже, чем для КМОП ИС объемной технологии. Это свидетельствует о меньшей отработанности КМОП/КНС технологии на настоящее время.

Общим для полученных результатов является то, что при малой длительности ОИН (0,1 мкс) электрическая прочность КМОП/КНС ИС существенно ниже, чем у объемных КМОП ИС. В области средних длительностей (1,0 мкс) разница в уровнях прочности незначительна, а при длительности ОИН 10 мкс КМОП/КНС ИС не уступают и даже несколько превосходят объемные.

3. Результаты экспериментов над КМОП/КНС ИС подтвердили адекватность разработанной (глава 3) численной модели разогрева тонких структур под действием ОИН. Они подтвердили, в частности, что зависимость показателя ИЭП от длительности ОИН для КМОП/КНС ИС существенно слабее, чем для КМОП ИС объемной или эпитаксиальной технологий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основным результатом диссертация является решение важной научно-технической задачи - разработке методов и средств испытаний КМОП микросхем на структурах «кремний-на-сапфире» (КМОП/КНС) на импульсную электрическую прочность, что позволит обеспечить комплектование устройств вычислительной техники и систем управления объектов военного и специального назначения современной элементной базой с высокими эксплуатационными характеристиками и повышенной стойкостью к воздействию электромагнитных источников естественного и искусственного происхождения.

Основные научные результаты диссертации заключаются в следующем:

1. На основании электромагнитного анализа взаимодействия ЭМИ с КМОП/КНС ИС, показано, что с расширением спектрального состава ЭМИ растет доля поглощенной в кристалле ИС энергии. Однако, как в случае воздействия ЭМИ ЯВ, так и в случае воздействия ЭМИ перспективных источников (со спектром излучения до 1011 Гц), поглощенной в кристалле ИС энергии недостаточно для заметного энерговыделения и повреждения КМОП/КНС ИС. Связано это с тем, что в случае воздействия поля ЭМИ распределение поглощенной энергии по кристаллу остается близким к равномерному, что не приводит к образованию опасных для работоспособности ИС локальных областей концентрации энергии. Поэтому непосредственным влиянием поля ЭМИ на кристалл КМОП/КНС ИС можно пренебречь.

2. По результатам электромагнитного и физико-топологического анализа типовой КМОП/КНС структуры показано, что основным отличием воздействия наведенных сигналов от непосредственного воздействия поля ЭМИ на ИС от является существенная разница в характере распределения энерговыделения по объему полупроводника. В случае воздействия наводки от ЭМИ, поступающей по выводам прибора, поглощенная энергия локализуется в относительно небольших по размеру областях энерговыделения, что приводит к появлению опасных для работы прибора областей локального перегрева. Внешние выводы улавливают энергию

ЭМИ, а внутренняя металлизация и неоднородная структура ИС локализуют энерговыделение в малых критичных объемах. Именно этот механизм приводит к появлению первичных и вторичных механизмов необратимого повреждения ИС под действием ЭМИ. Следовательно, во всем диапазоне времен, частот и интенсивностей, присущих современным и перспективным источникам ЭМИ, действие ЭМИ может быть смоделировано воздействием на выводы ИС электрических сигналов от специализированных генераторов-имитаторов.

3. На основании анализа технологии изготовления современных КМОП/КНС ИС показано, что их стойкость к воздействию ОИН определяется схемотехникой и топологией цепей защиты входных, выходных цепей, а также цепей разводки питания. Поэтому ИЭП КМОП/КНС ИС определяется, в конечном счете, электротепловым поведением р-п переходов цепей защиты. С уменьшением толщины приборного слоя кремния КМОП/КНС ИС увеличивается ее сопротивление и плотность тока перегрузки в ней. В результате характеристики защиты от ОИН могут ухудшаться с уменьшением толщины пленки кремния в КНС структурах. На основании одномерного электротеплового моделирования показано, что только при пропорциональном уменьшении всех размеров КНС-структуры максимальная температура с ростом степени интеграции увеличивается незначительно. Это связано с увеличением отношения охлаждающей площади к объему структуры при сокращении всех линейных размеров.

4. На основании двумерного численного электротеплового моделирования показано, что точка перегрева, в которой происходит тепловой пробой р-п перехода, находится в р-области вблизи контакта. В этой точке достигаются максимальная эффективная концентрация и температура. Рост теплообмена с окружающей средой в КНС-структурах приводит к тому, что предположение об промежуточном характере нагрева (модель Вунша-Белла) в данном случае не работает и зависимость ИЭП от длительности ОИН слабее, чем предсказывает формула Уш ~ 1:и/2 с коэффициентом в показателе лежащем в диапазоне 0,28.0,32.

По результатам анализа показано, что импульсная электрическая прочность р-п переходов КНС ИС при воздействии ОИН двухэкспоненциальной формы примерно на 20-30% больше, чем при воздействии ОИН прямоугольной формы. Длительность фронта ОИН относительно слабо влияет на ИЭП структур.

Основные практические результаты диссертации заключаются в следующем:

1. На основании проведенных исследований и испытаний обоснованы параметры унифицированных видов ОИН, необходимые для определения импульсной электрической прочности современных КМОП/КНС ИС.

2. Разработан и изготовлен генератор ОИН для определения ИЭП КМОП/КНС ИС, удовлетворяющий поставленной задаче. Проведена аттестация разработанного генератора, подтвердившая заданные электрические параметры ОИН.

3. Разработаны типовая структура экспериментальной установки для проведения испытаний КМОП/КНС ИС на ИЭП. Оснащение установки позволяет проводить испытания всех типов КМОП/КНС ИС, включая сложно-функциональные. Разработана методика проведения испытаний ИС на стойкость к ОИН, учитывающая особенности КМОП/КНС ИС. Предложены методические и программные средства, повышающие достоверность проведения испытаний ИС на ИЭП

4. С целью проверки эффективности и достоверности разработанных методов и средств были проведены испытания ИЭП цифровых КМОП ИС, включая 17 типов КМОП/КНС микросхем. В результате проведенных испытаний было обнаружено, в частности, что коэффициент корреляции между напряжением ИЭП (Ут) и максимально-допустимой энергией повреждения (1т) ниже, чем для КМОП ИС объемной технологии. Это свидетельствует о меньшей отработанности КМОП/КНС технологии на настоящее время.

Общим для полученных результатов является то, что при малой длительности ОИН (0,1 мкс) электрическая прочность КМОП/КНС ИС существенно ниже, чем у объемных КМОП ИС. В области средних длительностей

1,0 мкс) разница в уровнях прочности незначительна, а при длительности ОИН 10 мкс КМОП/КНС ИС не уступают и даже несколько превосходят объемные.

5. Результаты экспериментов над КМОП/КНС ИС подтвердили адекватность разработанной численной модели разогрева тонких структур под действием ОИН. Они подтвердили, в частности, что зависимость показателя ИЭП от длительности ОИН для КМОП/КНС ИС существенно слабее, чем для КМОП ИС объемной или эпитаксиальной технологий.

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

2. Colinge J.-P. Silicon-on-Insulator Technology: Materials to VLSI / Kluwer Acad. Publ, USA, 1997, 272 p.

3. Перспективы применения структур кремний на изоляторе в микро-, наноэлектронике и микросистемной техники / Асеев А.Л. и др. // Микросистемная техника, 2002, №9 с.23-28.

4. Киргизова A.B. Прогнозирование эффектов функциональных сбоев в микросхемах запоминающих устройств на структурах «кремний-на-сапфире» при импульсных ионизирующих. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: МИФИ, 2007. 220 с.

5. Рикетс Л.У., Бриджес Дж.Э., Майлетта Дж. Электромагнитный импульс и методы защиты: Пер. с англ. М.: Атомиздат, 1979.- 328 с.

6. Мырова Л.О., Чепиженко А.З. Обеспечение стойкости аппаратуры связи к ионизирующим и электромагнитным излучениям. М.: Радио и связь, 1988. - 296 с.

7. Аствацатурьян Е.Р., Скоробогатов П.К. Исследование чувствительности линейных электронных схем к переменным магнитным полям//Ядерная электроника/Под ред. Т.М.Агаханяна. М.: Атомиздат, 1975. Вып. 5. С. 3-7.

8. Rickets L.W. Fundamentals of Nuclear Hardening of Electronic Equipment. -N.Y.: Wiley Interscience, 1972. - 548 p.

9. РД В 319.03.30-98. Изделия электронной техники, квантовой электроники и электротехнические военного назначения. Испытания на импульсную электрическую прочность. М.: МО РФ, 1998 г. - 18 с.

10. Palumbo W., Dugan М. Design and Characterization of Input Protection for CMOS/SOS Applications//Proc. 1986 EOS/ESD Symp. P. 182-187.

11. Ванин В.И. Импульсная электрическая прочность полупроводниковых приборов. Петербургский журнал электроники, вып. 4, 2008, С 87-92.

12. P.K.Skorobogatov, A.Y.Nikiforov, V.M.Barbashov "Electrical Overstress Hardness of Electron Components'V/Proceedings of the Third Workshop on Electronics for LHC Experiments. London, September 22-26, 1997. P. 546-549.

13. Skorobogatov P.K.Test Method for 1С Electrical Overstress Hardness Estimation //Proc. 4th European Conf. on Radiations and Its Effects on Components and Systems (RADECS 97), Sept. 15-19, 1997, Palm Beach, Cannes, France. P.174-177.

14. Барбашов B.M., Попов Ю.М., Скоробогатов П.К. Система параметров для оценки стойкости современных ИС к воздействию импульсов электрического перенапряжения //Сборник научных трудов. В 11 частях. 4.5. М.: МИФИ, 1998. -С. 229-231.

15. Duwury С., Amerasekera A. ESD: A Pervasive Reliability Concern for 1С Technologies//Proc. IEEE. 1993. Vol. 81, N 5. - P. 390 - 402.

16. ЭМИ-601. Комплекс СПЭЛС-ЛМК-601. Электрический имитатор ЭМИ-601. Техническое описание. СПЭЛС, 1995 г.

17. Лазер М.И., Шубарев В.А. Устойчивость цифровых микроэлектронных устройств. М.: Радио и связь, 1983. - 216 с.

18. Мырова JI.O. и др. Анализ стойкости систем связи к воздействию излучений/Jl.О.Мырова, В.Д.Попов, В.И.Верхотуров; Под. ред. К.И.Кукка. М.: Радио и связь, 1993. - 268 с.

19. Электромагнитный терроризм на рубеже тысячелетия / Под ред. Т.Р.Газизова. Томск: ТГУ, 2002. - 206 с.

20. Критенко М.И., Малюдин С.А., Телец В.А. Развитие элементной базы средств связи и вычислительной техники и современное состояние электронной промышленности/ТНаучная сессия МИФИ-2000. Сб. научн. трудов. Т. 1 — М.:МИФИ, 2000. С. 75-76.

21. J.P.Colinge. Silicon-on-Insulator Technology: Materials to VLSI. Kluwer Academic Publishers, 1997. -272 p.

22. G. Andreou, Z.K. Kalayjian, A. Apsel, P.O. Pouliquen, R.A. Athale, G. Simonis, and R. Reedy ''Silicon on Sapphire CMOS for Optoelectronic Microsystems'7/IEEE Systems and Circuits Magazine, vol. 1, no. 3, pp. 22-30, 2001.

23. Чумаков А.И. Действие космической радиации на интегральные схемы. — М.: Радио и связь, 2004. 320 с

24. Garcia G.A., Reedy R., Burgener M.L. High-Quality CMOS In Thin (100 nm) Silicon On Sapphire // IEEE Electron Device Letters. 1988. - Vol. 9. - P. 32.

25. L.T.Su, K.E.Goodson, D.A.Antoniadis, M.I.Flick and J.E.Chang "Measurement and Modeling of self-heating effects in SOI NMOSFET's'7/IEDM Tech. Dig., pp. 357-360, 1992.

26. W.Palumbo, M.Dugan "Design and characterization of input protection networks for CMOS/SOS applications//Proc. 1986 EOS/ESD Symp., pp. 182-187.

27. M.Yoshimi, H.Hazama, M.Takahashi, S.Kambayashi, T.Wada, K.Kato, and H.Tango "Two-dimensional simulation and measurement of high-performance MOSFET's made on a very thin SOI films'7/IEEE Trans. Electron Devices, vol. ED-36, pp. 493-503, Mar. 1989.

28. D. Yachou and J. Gautier, Proceedings of the 24th European Solid State Device Research Conference (ESSDERC), Ed. by. C. Hill and P. Ashbum. Editions Frontieres, p. 787, 1994

29. J. Mc Daid, S. Hall, P.H. Mellor, W. Eccleston, and J.C. Alderman, Electronics Letters, Vol. 25, p. 827, 1989

30. Roig, D. Flores, S. Hidalgo, M. Vellvehi and J. Rebollo Power Dissipation Process in Thin Film Silicon-On-Insulator and Silicon-On-Sapphire Substrates//Centro Nacional de Microelectrónica (CNM-CSIC), Campus UAB, 08193 Bellaterra, Barcelona, Spain.

31. ISE TCAD. User's Manual, Release 7, 2001.

32. B.M. Tenbroek et al., " Measurement of BOX thermal conditions for accurate electrothermal simulation of SOI Devices", IEEE Trans. El Dev., Vol.46, №1, pp. 251-3, 1999.

33. A.S. Okhotin, A.S. Pushkarski, V.V. Gorbachev, "Thermophysical Properties of Semiconductors", Moscow, "Atom" Publ. House, 1972.

34. C.J. Glassbrenner, G.A. Slack, "Thermal conductivity of silicon and germanium from 3K to the melting point", Physical Review, Vol. 134, pp. A1058-A1069, 1964.

35. B.M. Tenbroek. W. Redman-White. M.S.L. Lee, R.J.T. Bunyan, M.J. Uren, and K.M. Bmnso IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 43, No. 12, p. 2227, 1996

36. Скоробогатов П.К. Расчетно-экспериментальное моделирование воздействия импульсных гамма- и рентгеновского излучений на кремниевые ПП и ИС/ Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, М.: МИФИ, 1999 г. 401 с.

37. Мырова JI.O. и др. Анализ стойкости систем связи к воздействию излучений/Л.О.Мырова, В.Д.Попов, В.И.Верхотуров/Под. ред. К.И.Кукка. М.: Радио и связь, 1993. - 268 с.

38. Исследование влияния электромагнитных полей на линейную радиоэлектронную аппаратуру/Т.М.Агаханян, Е.Р.Аствацатурьян, П.К.Скоробогатов и др. //Ядерная электроника/Под ред. Т.М.Агаханяна. М.: Атомиздат, 1979. N 9. - С. 3-26.

39. Программа "CBL". Руководство пользователя. М.: ЭНПО СПЭЛС, 1997.

40. Епифанцев К.А., Герасимчук О.А., Скоробогатов П.К. Расчетно-экспериментальнос моделирование воздействия одиночных импульсов напряжения, вызванных электромагнитными импульсами, на интегральные схемы//Микроэлектроника, 2009, т.38, №4, с.284-301.

41. Корж В.И. Динамика тепловых процессов в тонкопленочном резисторе наносекундного диапазона. Микроэлектроника и полупроводниковые приборы. Под ред. А.А.Васенкова и А.Я.Федотова, 1977, вып. 2, с. 254 - 263.

42. Wunsch D., Bell R. Determination of Threshold Failure Levels of Semiconductor Diodes and Transistor Due to Pulse Voltage//IEEE Trans. 1968. Vol. NS-15, N 6. P. 224-259.

43. Лазер М.И., Шубарев B.A. Устойчивость цифровых микроэлектронных устройств. М.: Радио и связь, 1983. - 216 с.

44. Агаханян Т.М. Основы транзисторной электроники. М.: Энергия, 1974.256 с.

45. Зи С. Физика полупроводниковых приборов: В 2-х кн. Кн. 1. Пер. с англ. -М.: Мир, 1984.-456 с.

46. R. Howes, W. Reman-White, K.G. Nichols et al., "Modeling and simulation of silicon-on-sapphire MOSFETs for analogue circuit design", ESSDERC '90, Nottingham, September 1990.

47. Чернышев A.A. Основы надежности полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. М.: Радио и связь, 1988. - 256 с.

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

49. Герасимчук О.А., Скоробогатов П.К. Анализ влияния электромагнитных излучений на изделия микроэлектроники//Научно-технический сборник. «Радиационная стойкость электронных систем «Стойкость-2009». М.: МИФИ, 2009, вып. 12.-С. 240-243.

50. Shlager К., Preis D., R.W.P.King "Reflecting, Coupling and Absorption of Plane Waves Incident on an Integrated Circuits" IEEE Trans. EMC, vol. EMC-30, 1988, No. 4, p. 570 - 577.

51. Герасимчук О.А., Скоробогатов П.К. Защита информации в изделиях микроэлектроники при воздействии электромагнитных излучений//Безопасность информационных технологий, 2009, №3, С. 111-115.

52. Волков СИ., Ефишин А.Ю., Морозов С.А., Соколов СА. Проблема электростатического разряда и современные методы защиты интегральных схем от него. Часть 1 // Chip News. 2003. № 7. С. 40-49.

53. Ming-Dou Ker, Kuo-Chun Hsu. Latch-up Free ESD Protection Design With Complementary Substrate-Triggered SCR Devices. IEEE J. Solid-State Circuits. Vol. 38. Aug. 2003. №8. P. 1380.

54. Steven H. Voldman The Sate of the Art of Electrostatic Discharge Protection : Physics, Technology, Circuits, Design, Simulation, and Scaling//IEEE Journal of SSC, Vol. 34, No. 9, Sept. 1999. PP 1271-1282.

55. Ming-Dou Ker, Chien-Hui Chuang. Electrostatic Discharge Protection Design for Mixed-Voltage CMOS I/O Buffers. IEEE J. Solid-State Circuits. Vol. 37. Aug. 2002. №8. P. 1380

56. Ming-Dow Ker, Chung-Yu Wu. Area-Efficient Layout Design for CMOS Output Transistors. IEEE. Trans. Electron Devices. Vol. 44. April 1997. № 4.

57. Mansun Chan, Selina S. Yuen, Zji-Jian Ma, Kelvin Y. Hui, Ping К Ко, Chenming Ни. ESD Reliability and Protection Schemes in SOS/CMOS Output Buffers. IEEE Trans. Electron Devices. Oct. 1995. Vol. 42 № 10

58. Бубенников ATI. Моделирование интегральных микротехнологий, приборов и схем. М.: Высшая школа, 1989. - 320 с.

59. Т. Sato, J. Iwamura, Н. Tango, and К. Doi, in "Comparison of thin-film transistor and SOI technologies", Ed. by H.W. Lam and M.J. Thompson, Mat. Res. Soc. Symp. Proc., Vol. 33, p. 25, 1984

60. G.K.Wachutka, "Rigorous thermodynamic treatment of heat generation in semiconductor device modeling", IEEE Trans. CAD, vol. 9, pp. 1141 1149, Nov. 1990.

61. K.Fisher, K.Shenai, "Electrothermal Effects During Undamped Inductive Switching of Power MOSFET.s", IEE Trans. ED, vol. 44, pp.874-878, No. 5, May 1997

62. S.Selberherr, Ahalysis and Simulation of Semiconductor Devices. Wien-New York: Springer-Verlag, 1984

63. Brodsky J.S., Fox R.M., Zweidinger D.T., Veeraraghavan S. A Physical-Based, Dynamic Thermal Impedance Model for SOI MOSFET's//IEEE Trans., 1997. NS-44, No.6, p.957-963

64. Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. акад. И.К.Кикоина. М.: Атомиздат. 1976. 1008 с.

65. Сегерлинд JL Применение метода конечных элементов // М.: Мир, 1979.

66. Герасимчук O.A. Зависимости уровней импульсной электрической прочности КМОП ИС от длительности одиночных импульсов напряжения//Научно-технический сборник: «Радиационная стойкость электронных систем «Стойкость-2008». - М.: МИФИ, 2008, вып.11, с. 139-140

67. ОСТ 11 073.062-84. Микросхемы интегральные и приборы полупроводниковые. Требования и методы защиты от статического электричества в условиях производства и применения. М.: Изд-во стандартов. - 24 с.

68. Дядьков А. Н., Иванов С. Н., Ульмаскулов М. Р. Генераторы импульсов с субнаносекундным фронтом на ртутном герконе. ПТЭ. 1998. № 3. С.69-72

69. Барбашов В.М., Герасимчук O.A. Оценка качества функционирования БИС при воздействии импульсов электрического перенапряжения//В сб. научных трудов «Научная сессия МИФИ-2005». Том 1. М.: МИФИ, 2004. С. 175-176.

70. Барбашов В.М., Герасимчук O.A., Муравьева О.В. Повышение достоверности испытаний ИС на импульсную электрическую прочность// В сб. научных трудов «Научная сессия МИФИ-2008». Том 8. М.: МИФИ, 2008. С. 79-80.

71. Епифанцев К.А., Барбашов В.М., Герасимчук O.A. Сравнение импульсной электрической прочности КМОП ИС одного типа, выполненных по КНС технологии разными производителями // В сб. Научная сессия МИФИ-2006. Том 1, сборник научных трудов, с.187-188.

72. Wunch D. С., Marzitelli L. Semiconductor and Nonsemiconductor Damage Study. Braddock, Dunn and MeDonald, Inc., April 1, 1969

73. Поликанин A.C., Герасимчук O.A., Каратонова E.H. Результаты испытаний ИС серии 1825 на импульсную электрическую прочность//Научно-технический сборник: «Радиационная стойкость электронных систем «Стойкость-2005». - М.: МИФИ, 2005, вып.8, с. 133-134.