автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Разработка методов обеспечения функционирования устройств спутниковых телекоммуникаций в условиях длительного воздействия излучений космического пространства

На правах рукописи

□031659 10

Анашин Василий Сергеевич

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ УСТРОЙСТВ СПУТНИКОВЫХ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ В УСЛОВИЯХ ДЛИТЕЛЬНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ИЗЛУЧЕНИЙ КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА

05.12.13 - Системы, сети и устройства телекоммуникаций

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2008

003165910

Работа выполнена на кафедре «Радиоэлектронные и телекоммуникационные устройства и системы» Московского государственного института электроники и математики (технического университета).

Научный руководитель - доктор технических наук

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Першенков Вячеслав Сергеевич доктор технических наук, профессор Башок Николай Васильевич

Ведущая организация ФГУП «Московский научно-исследовательский радиотехнический институт».

Защита состоится " 17 " апреля 2008 г в 16 часов на заседании диссертационного совета Д 212133.06 Московского государственного института электроники и математики по адресу. 109028, Москва, Большой Трехсвятительский пер, д. 3/12, зал Ученого Совета

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИЭМ.

Автореферат разослан " марта 2008 г.

Бутин Валентин Иванович

Ученый секретарь диссертационного совета к. т. н., профессор

Н.Н Грачев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Системы спутниковой связи занимают сегодня особое место в информационных и телекоммуникационных инфраструктурах промышленно развитых государств Для территории России системы спутниковой связи и телевизионного вещания являются основным средством увеличения объема и качества получаемой и передаваемой информации в интересах всех отраслей экономики

К числу основных требований, предъявляемых к характеристикам спутниковых систем, относятся требования высокой безотказности и долговечности Наибольшие трудности в обеспечении указанных требований возникают при создании телекоммуникационных систем (ТКС), так как именно для них характерны наиболее высокие темпы роста функциональной и аппаратной сложности, а темпы роста требований к надежному их функционированию существенно превышают темпы роста радиационной стойкости их элементной базы

В период до конца 60-х годов прошлого столетия основная направленность исследований состояла в повышении безотказности спутниковых систем в течение достаточно ограниченных сроков активного существования (САС), не выше 3-5 лет, достигаемой в первую очередь за счет введения различных форм избыточности (аппаратной, функциональной, временной и др ). Эти исследования и полученные результаты базировались в основном на математических методах (методы теории вероятностей и математической статистики, случайных процессов, теории графов, исследования операций и др.), разработанных и развитых отечественными учеными: Б В Гнеденко, П.П. Пархоменко, Б С. Сот-сковым, В И. Сифоровым, Ю.К. Беляевым, А.Д Соловьевьм, И.А. Ушаковым, А Н. Северцевым, Б А. Козловым и др.

В области радиационной стойкости научными коллективами «22ЦНИИИ-МО» (Чепиженко АЗ), ЦНИИ Маш (Ужегов В М), ИАЭ им Курчатова (Ухин Н А), «НИИП» (Тутуров Ю Ф), МИФИ (Агаханян Т М, Першенков В С, Попов В.Д), «РНИИЭС» (Кулаков В М, Малинин В Г ) , «МНИРТИ» (Мырова Л О ) «РНИИКП» (Горин Б.М.) и другими организациями промышленности, РАН и высших учебных заведений были разработаны методические подходы к заданию требований по радиационной стойкости и оценке соответствия этим требованиям ЭРИ и аппаратуры. Начаты исследования дозовых и временных эффектов в комплектующих элементах и аппаратуре при воздействии ионизирующих излучений (в первую очередь, высокоинтенсивных воздействий искусственных источников).

В области космофизики к тому времени усилиями ученых «НИИЯФ» МГУ (Вернов СН, Кузнецов ИВ.) , «ИКИ» РАН (Застенкер Г.Н, Зеленый Л М.) «ИЗМИ» РАН (Ораевский В Н-, Кузнецов В.Д.) и др. были сформулированы представления и получены исходные экспериментальные данные о характеристиках радиационных поясов Земли, космических лучей и т д.

С возникшей сегодня потребностью увеличения САС космических аппаратов (КА) эта проблема приобрела особую актуальность и значимость и ста-

мулировала проведение исследований и разработку адекватной поставленным в работе цели и задачам.

Так в современных же условиях конкурентоспособность и рентабельность проектов предоставления услуг космической связи определяют необходимость создания КА с С АС 12 и более лет Опыт, накопленный предприятиями космической отрасли показал, что прогресс в создании КА с такими САС невозможен без коренного изменения традиционной методологии работ в области разработки, испытаний и обеспечения радиационной стойкости их электронных систем, в том числе и телекоммуникационных. Существующие методы не полностью обеспечивали требуемые характеристики радиационной стойкости уникальных систем КА, как правило, единичными экземплярами.

Кроме того, указанные методы не позволяли в необходимой мере учитывать влияние на стойкость КА в условиях специфических воздействий внешней среды космического пространства, прежде всего к дозовым эффектам при воздействий низкоинтенсивных ионизирующих излучений космического пространства («ИИКП»), так как в центре внимания указанных исследований были вопросы стойкости электронных систем к высокоинтенсивным ионизирующим полям искусственного происхождения, возникающих, например, во время ЯВ

В тоже время при длительных САС радиационный ресурс комплектующих элементов расходуется на протяжении всего срока их службы Кроме того, развитие и совершенствование современных ТКС идет по пути широкого использования в них больших интегральных микросхем высокой степени интеграции (БИС и СБИС) и в последнее время такие элементы и устройства находят все большее применение в космической технике.

Элементы этих систем на борту КА подвергаются воздействию космических лучей, представляющих собой поток заряженных частиц высоких энергий Высокоэнергетичные заряженные частицы, проходя через конструктивные материалы КА, теряют часть своей энергии на тормозное электромагнитное излучение (ТЭМИ), дающее значительный вклад в поглощенную дозу. Недостаточная изученность факторов КП и их влияния на физические процессы, протекающие в элементах, отсутствие моделей расходования и прогнозирования ресурса в условиях воздействия излучений сдерживало развитие КА с длительными САС Поэтому для обеспечения работоспособности элементов телекоммуникаций (ТК) на борту космических аппаратов необходимо также знание до-зовой стойкости этих элементов. Причем, следует отметить, что такие данные сегодня практически отсутствуют. Следовательно, получение данных по дозо-вой стойкости БИС и СБИС является важной и актуальной задачей.

Решение этой проблемы осложняется также и процессом «сворачивания» производства радиационно-стойких интегральных микросхем (ИМС) с одной стороны и отсутствием методов прогнозирования отказов при таком длительном воздействии низкоинтенсивного ИИ КП, с другой стороны. Поэтому разработчики бортовых устройств вынуждены часто применять коммерческие изделия, что повышает важность развития и совершенствования методов обеспечения их стойкости при воздействии ИИ КП.

Необходимость преодоления отмеченных трудностей потребовала постановки комплексных работ, объединенных в Межведомственные программы

Именно все это и определило важность и актуальность решаемой в диссертации научно-технической задачи - разработка методов обеспечения эффективного функционирования элементов и устройств телекоммуникаций в условиях длительного воздействия низкоинтенсивных ИИ КП

Объектом исследования в работе выбраны большие и сверхбольшие интегральные микросхемы (БИС) и (СБИС) высокой степени интеграции, которые сегодня вообще не исследованы и являются наиболее перспективными для использования при решении задач по созданию устройств телекоммуникаций в КА с длительным сроком активного существования.

Целью настоящей диссертационной работы является исследование, разработка и совершенствование методов оценки воздействия ИИ КП на элементы и устройства ТК для создания методов и средств обеспечения их стойкости в условиях длительного воздействия низкоинтенсивных ИИ КП.

Поставленная цель достигается решением следующих задач

- исследование особенностей длительного воздействия низкоинтенсивных ИИ КП на элементы ТК;

- выбор и обоснование перспективных элементов для проведения исследований по оценке их стойкости к воздействию ИИ КП,

- обобщение существующих методов оценки воздействия ИИ КП на БИС, уточнение и разработка методов оценки, основанных на новых подходах к прогнозированию и испытаниям элементов, используемых в бортовых устройствах КА, к длительному воздействию низкоинтенсивных ИИ КП,

- прогнозирование критериальных параметров радиационной стойкости выбранных изделий к воздействию низкоинтенсивных ИИ КП;

- разработка методик испытаний выбранных элементов на воздействие низкоинтенсивных ИИ КП,

- экспериментальные исследования выбранных элементов на воздействие низкоинтенсивных ИИ КП на основе разработанных методик и программ испытаний,

- разработка методов обеспечения функционирования устройств телекоммуникаций в условиях длительного воздействия низкоинтенсивных ИИ КП

Методы исследований, достоверность и обоснованность результатов.

В работе использованы экспериментально-физические и теоретические методы исследования. Решения задач базируются на методах теории вероятностей и математической статистики, асимптотических методах теории форсированных испытаний Достоверность полученных результатов подтверждается корректностью постановки задач, обоснованностью принятых допущений и ограничений, адекватностью принятых математических моделей исследуемых процессов, большим объемом статистических данных по экспериментальным исследованиям, сравнением теоретических результатов с результатами экспериментов и апробацией принципиальных положений и разработанных методов в практике создания устройств ТКС для ряда КА.

На защиту выносятся.

1. Метод прогнозирования функциональных отказов ИМС на основе применения минимального напряжения их питания, при котором сохраняется функционирование в условиях низкоинтенсивного воздействия ИИКП.

2. Метод прогнозирования индивидуальной дозы отказа ИМС и восстановления их характеристик, основанный на применении низкоинтенсивного облучения «безопасной» дозой ИМС с последующим низкотемпературным отжигом, позволяющий использовать его при проектировании спутниковых ТКС

3. Методика выявления образцов ИМС с аномально низкой радиационной стойкостью

4 Методы экспериментальной оценки стойкости элементов телекоммуникаций к воздействию ИИ КП и результаты экспериментальных исследований.

5. Методы обеспечения стойкости элементов ТКС к дозовым эффектам, вызванных длительным воздействием ИИ КП.

Научная новизна работы заключается

- в разработке нового подхода к прогнозированию и испытаниям элементов спутниковых ТКС на основе использования методов неразрушающего контроля индивидуальной радиационной стойкости элементов телекоммуникаций, используемых в бортовых устройствах космических аппаратов,

- в разработке новых методик прогнозирования функциональных радиационных отказов элементов ТКС и прогнозирование ПНД в активном режиме по результатам радиационных испытаний в пассивном режиме,

- в разработке и совершенствовании методов экспериментальной оценки воздействия ИИ КП на элементы ТКС;

- в новых теоретических и экспериментальных данных по стойкости БИС и СБИС к дозовым эффектам, вызванных ИИ КП;

- в результатах оценки эффективности существующих и перспективных методов и средств повышения стойкости элементов ТКС к воздействию ИИ КП и разработке методов по обеспечению функционирования устройств спутниковых телекоммуникационных систем в условиях длительного воздействия низкоинтенсивных излучений космического пространства

Новизна работы подтверждается патентами Российской Федерации.

Практическая значимость результатов работы состоит:

- в разработке метода прогнозирования радиационной стойкости элементов ТКС при низкоинтенсивном облучении по результатам измерения их критериальных параметров на начальном этапе испытаний, что позволяет существенно сократить время облучения,

- в разработке метода определения радиационной стойкости, позволяющего производить выбор образцов ИМС с заданным значением предельной накопленной дозы (ПНД) для установки их в бортовые устройства ТКС,

- в разработке метода выявления и отбраковки «аномальных» образцов ИМС, позволяющего обеспечить необходимый уровень радиационной стойкости бортовых устройств ТКС,

- в новых результатах экспериментальных исследований стойкости БИС и СБИС, на основе которых определены уровни воздействия ИИ КП, при кото-

рых наступают отказы входных устройств и элементов ТКС Это позволяет создать базу данных по пороговым уровням уязвимости элементов ТКС, используемых в бортовых устройствах космических аппаратов;

- в разработке рекомендаций по повышению стойкости функционирования элементов ТКС в условиях воздействия ИИ КП, что позволяет обеспечить условия для успешного создания негерметичных КА нового поколения, соответствующих лучшим мировым аналогам по характеристикам назначения и технико-эксплуатационным показателям

Реализация результатов. Результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы в ОКР «Коррускант» и ОКР «Акцент», выполненные при непосредственном участии автора. Они нашли практическое применение на ряде предприятий при проектировании перспективных систем связи, устойчивых к воздействию ИИ КП (ФГУП «МНИРТИ»,ФГУП «НИИКП»,ФГУП «НПО ПМ»), а также реализованы при разработке мероприятий по защите элементов ТКС и в ТЗ на разработку новых перспективных видов аппаратуры, устойчивой к воздействию низкоинтенсивных ИИ КП (ООО «НИИСТ») Результаты внедрены в отраслевые нормативные документы «Роскосмоса» (РД 1340143-2005) и нормативные документы «НИИКП» (ЦДКТ 430104 006- 018) Результаты также внедрены в учебный процесс МГИЭМ на кафедре «Радиоэлектронные и телекоммуникационные устройства и системы» и МИФИ на кафедре «Микроэлектроники»

Апробация работы. Работа в целом и отдельные ее результаты опубликованы в виде статей в научно-технических журналах по проблеме, докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях «Стойкость-2003», «Стойкость-2004», «Стойкость-2005», «Элементная база космических систем 2006», 9-ой Российской НТК "Электромагнитная совместимость технических средств и электромагнитная безопасность", С. Петербург, 2006г, НТК «Системные проблемы качества, математического моделирования и информационных технологий», Сочи, 2006г, на 3-ей международной научно-практической конференции "Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования, образование", 2005г, на 4-й Международной конференции по информационным и телекоммуникационным технологиям в интеллектуальных системах (ГГГ IS/05, июнь-02-09, 2007 Испания), а также на конференциях «Научная сессия МИФИ» 2006 г. и 2007 г. и на научно-технических семинарах кафедры «Радиоэлектронные и телекоммуникационные устройства и системы» МИЭМ с 2005г. по 2007г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 работ, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ. Получено 2 патента по теме диссертации: № 2254587,2005 г.; № 2311654,2007 г

Объем и структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 85 наименований Основной текст диссертации изложен на 141 страницах и содержит 47 рисунков и 17 таблиц

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Во введении обоснована актуальность и значимость исследований по обеспечению функционирования устройств перспективных ТК в условиях длительного воздействия низкоинтенсивных излучений космического пространства. Определены цель, задачи исследований и приведены основные положения, выносимые на защиту

В первой главе выполнен анализ современного состояния вопроса по обеспечению стойкости элементов ТКС к воздействию низкоинтенсивных ИИ КП Показана эффективность воздействия их при длительных сроках активного существования КА на орбите, что делает этот вид воздействия опасным для изделий, устанавливаемых на борту КА. Поэтому, особенно актуальной является задача обеспечения их стойкости к этим воздействиям

Проведен анализ состава и параметров ИИ КП и установлено, что ИИ КП представляют собой потоки заряженных частиц (электронов, протонов и ионов различных элементов), источниками которых являются солнечные и галактические лучи, а также радиационные пояса Земли, которые являются основными источниками значительной дозы радиации При этом добавляется тормозное излучение заряженных частиц ИИ КП, возникающее при прохождении их через конструкционные материалы космического аппарата Специфическая особенность ИИ КП заключается в низкой интенсивности (мощности дозы) этого вида радиации. Поэтому накопление поглощенной дозы, приводящей к отказу элементов ТК, происходит в течение длительного отрезка времени.

Проведенный анализ имеющихся данных, показал, что в случае доминирующих в последнее время ИМС, изготовленных по планарной технологии, и особенно МОП интегральных микросхем, при воздействии ИИ КП в них возникают эффекты ионизации, проявляющиеся в накоплении заряда в технологических дефектах оксида кремния, и смещения атомов, что является основной причиной радиационного отказа

Для исследования этих эффектов проведен анализ методов моделирования воздействия ИИ КП на элементы ТКС В наземных условиях для радиационных испытаний элементов ТКС используются изотопные источники гамма-излучения и ускорители заряженных частиц, которые характеризуются высокой интенсивностью ионизирующего излучения. Применяемое в ряде случаев реакторное излучение, состоящее в основном из потока нейтронов и сопровождающего гамма-излучения, позволяет проводить облучение элементов ТКС и в области низкой интенсивности Использование канала в шахте-хранилшце реактора позволяет получить низко интенсивное гамма-излучение Для моделирования низкоинтенсивного воздействия на элементы ТКС при воздействии на них высокоинтенсивным гамма-излучением обычно используется термообработка после облучения В военном стандарте США МП,^с1-883 (методы 1019 4, 1019.5 и 1019.6) предусматривается облучение гамма лучами при мощностях дозы в диапазоне 50. .300рад(8г)/с при Т= (24±6)°С с последующим ускоренным отжигом при температуре Т = 100°С в течение (168±12) ч Однако, как показано в некоторых зарубежных и отечественных публикациях, возможно зна-

чительное различие в сдвигах пороговых напряжений МОПТ, изготовленных как в обычном, так и в радиационно-стойком вариантах.

Для этого проведено сравнение методов моделирования для определения радиационной стойкости МОП ИМС при низкоинтенсивном облучении (рис.1)

Моделирование реальной дозовой зависимости порогового напряжения «-канального МОПТ (кривая 1) производится при низкоинтенсивном облучении гамма-лучами от изотопного источника при мощности дозы в диапазоне 0,1 ..0,01 рад/с (кривая 2), а также облучением при мощности дозы 50. 300 рад/с (кривая 3) в течение времени /0 с последующим отжигом при комнатной или повышенной температуре (кривая 4) Проведенный анализ показал, что точность метода облучения и отжига зависит от дозы, при которой проводят испытания МОП ИМС и длительности последующего отжига Наибольшая точность достигается при пересечении кривых 4 и 1 при оптимальном времени отжига /огол В других случаях погрешность метода облучения и отжига значительна. Поэтому в данной работе выбрано низкоинтенсивное облучение, но с мощностью дозы, превышающей мощность дозы в реальных условиях эксплуатации (кривая 2)

Проведен анализ существующих методов обеспечения стойкости элементов ТКС к воздействию ИИ КП, который показал, что в настоящее время существуют большие трудности в обеспечении заданного уровня стойкости элементов ТКС к дозовым эффектам, возникающих в условиях повышенной длительности активного существования КА на орбите. Традиционные методы повышения стойкости их не позволяют эффективно решить эту задачу. Требуются специальные, не традиционные методы обеспечения необходимой стойкости.

На основании проведенного анализа в главе обоснованы задачи и цель исследования, проведена декомпозиция цели на проблемные задачи, что полностью определило структуру диссертации

Во второй главе проводится анализ методов оценки стойкости элементов ТКС к воздействию ИИ КП Установлено, что в настоящее время радиационные испытания устройств в реальных (натурных) условиях эксплуатации практически не проводят Это связано со сложностью и дороговизной облучения объектов, особенно больших размеров и невозможностью набора приемлемой статистики для обеспечения достоверности результата. Поэтому оценку стойкости элементов ТКС к воздействию ИИ КП проводят либо расчетным путем, либо расчетно-экспериментальным с использованием результатов, полученных в ходе радиационных испытания партий отдельных элементов на моделирую-

¡\___ ^__1

—

\ 2

/ 4

3

О 1опш I

Рис 1 Изменение порогового напряжения МОПТ в реальных условиях (1), при низкоинтенсивном моделирующем облучении (2) и при методе облучения (3) и отжиге (4)

щих установках При этом сразу необходимо отметить, что существует большой разброс элементов по предельной накопленной дозе (ПНД)

Установлено, что проблему разброса элементов ТКС по значениям ПНД можно решить в настоящее время двумя путями — установлением «запаса» по дозе и применением «вероятностного» подхода

В случае если используются справочные данные, то рекомендуется принимать трехкратный «запас» по дозе Это означает, что справочное значение ПНД, полученное по результатам радиационных испытаний установочной партии элементов ТКС, уменьшается в 3 раза. Полученное значение характеризует ПНД данного элемента в бортовом устройстве ТКС. При проведении испытаний «запас» по дозе не принимается. Во втором случае предлагается «вероятностный» подход к определению ПНД, состоящий в следующем.

Все ИМС разбиваются на 10 групп по коэффициенту радиационного повреждения Кро в функции распределения вероятности радиационных отказов

(1)

где: £> - поглощенная доза ионизирующего излучения, Р = 2 - параметр формы, др(Р) < 0,5 — вероятность радиационного отказа. При таком подходе вероятность безотказной работы (ВБР) определяется как

Р=РрРо, (2)

где: Рр и р0 — вероятности отсутствия радиационно-стимулированных и случайных отказов ИМС Используя (1), вероятность отсутствия радиационных отказов можно выразить следующим

„ _ 1 „ о ЛКр°>2

Рр=1-<1р=2-е ■ (3)

Величина коэффициента радиационного повреждения определяется по результатам радиационных испытаний партии ИМС, состоящей из Ы0 штук. При отказе Мотк образцов ИМС производится верхняя оценка числа отказавших ИМС а(Ыот^) при дозе облучения Д, для принятой доверительной вероятности р*.В этом случае получают верхнюю оценку вероятности радиационного отказа.

?</£д=а {Коткуыо. (4)

Значение ЦоФс) позволяет определить коэффициент радиационного повреждения:

к"--д— (5)

Необходимо отметить, что выражение (1) справедливо при ^„<0,5. При больших значениях Ц0 необходимо использовать распределение Вейбулла или нормальный закон распределения.

Показано, что наиболее экономичным источником для радиационных испытаний является шахта-хранилшце ядерного реактора. Однако облучение ней-

тронами не дает заметного вклада в радиационные отказы ИМС и полупроводниковых приборов, изготовленных по планарной технологии. Поэтому, шахта-хранилище реактора, в которой происходит «высвечивание» отработанного топлива и конструктивных материалов, является наиболее подходящей Поскольку реакции деления в шахте-хранилище нет, то поток нейтронов отсутствует, а основную составляющую излучения дают гамма-лучи Установка экспериментального канала в шахте-хранилшце реактора позволила получить источник ионизирующего излучения с мощностью дозы от нескольких единиц рад/с до уровня фона в физзале реактора В качестве оптимальной мощности дозы выбрано значение Р = 0,1 рад/с. При этой мощности дозы имеет место эффект низкой интенсивности и в то же время набор необходимых доз ИИ происходит в приемлемые сроки

Обоснован выбор элементов для исследования с учетом того, что наиболее перспективными для применения в ТКС для КА являются КМОП ИМС высокой степени интеграции (БИС и СБИС) Поэтому основное внимание в работе уделено теоретическим и экспериментальным исследованиям микросхем памяти, в том числе энергонезависимых ИМС - флэш-памяти, микроконтроллеров и микропроцессоров Результаты испытаний этого вида ИМС практически отсутствуют, что вызвано сложностью контроля их функционирования.

Типичный вид дозовой зависимости минимального напряжения питания (итт)МШ1(В) имеет вид, показанный на рис 2

Разработана методика прогнозирования функциональных отказов МОП БИС и МОП СБИС, так как методика прогнозирования параметрических отказов ИМС по результатам облучения на начальном этапе испытаний сегодня отработана В качестве критериального параметра предложено использовать минимальное напряжение питания, при котором сохраняется функционирование ИМС, включая изменение параметров в заданных пределах

о

0-1----

0 10 20 30 40

о, крад

Рис 2 Общий вид дозовой зависимости минимального напряжения питания КМОП ИМС

Для выбора функции, достаточно точно описывающей (U„nm)MUH(D), рекомендована программа Table Curve, согласно которой выбрана функция вида

где: (ит1т)мт(0) и ^тиЛииД})—минимальное напряжение питания при функционировании до и после облучения соответственно, Е>-доза, п — параметр модели

Используя эту функцию, можно спрогнозировать при какой дозе облучения наступит функциональный отказ, когда минимальное напряжение питания будет равно номинальному значению Этот метод был применен в настоящей работе для определения радиационной стойкости БИС и СБИС. Используя (6), можно оценить предельную дозу у-излучения при (ипит)М1Ш(Впгей) = ипшп = 5В по формуле-

Разработана методика испытаний для определения радиационной стойкости при низкоинтенсивном воздействии ИИ, которая предусматривает:

- измерение минимального напряжения питания (ипит)мин(0) до облучения;

- облучение малой дозой (~3 4 крад) в 2 .3 этапа;

- измерение минимального напряжения функционирования (ипит)мин(Т>) после каждого этапа облучения,

- определение параметров А и функции (6) по результатам измерений

(Утоп)мин (Р)>

- прогнозирование дозы отказа при (иппт)мш (Опред) = ипит.ном с использованием (7).

Предлагаемая методика позволяет значительно сократить длительность радиационных испытаний при низкоинтенсивном воздействии, моделирующего ионизирующие излучения космического пространства

Предложен статистический подход к оценке радиационной стойкости ИМС в электрическом (активном) режиме по результатам облучения в пассивном режиме. В этом случае используются данные по радиационной стойкости КМОП ИМС разных типов и степеней интеграции, изготовленных различными изготовителями. В этом случае вероятность радиационного отказа определяется выражением (1). Коэффициент радиационного повреждения Кд согласно [6] можно представить в виде

(Unum) мин (D) — (Unum)MWt (0) +AD",

(6)

(7)

Kq = KqoeBU>

(8)

где: Кдо - коэффициент радиационного повреждения в пассивном режиме, и — напряжение питания, В — параметр модели

Используя выражение для коэффициента радиационного повреждения (8) при U = Umm и U= 0, получаем.

KAU)

К,

■,еви

(9)

ч о

Таким образом, задача стоит в нахождении корреляционной функции между параметром В и коэффициентом радиационного повреждения Кдо при облучении в пассивном режиме

Для определения коэффициента пересчета использованы данные, приведенные в табл 1.

Таблица 1

Тип ИМС Kq{0\ B, Степень Качество изготовления

рад'1 интеграции

8080 CPU 3,09 10_i 0,460 Высокая Коммерческие

F-8 PSU 2,97 10"5 0,468 Высокая Коммерческие

CAT28F020 1,34 Ю'5 0,511 Высокая Коммерческие

Pentium III 1,72 lO"' 0,543 Высокая Коммерческие

1617РУ6 3,56 10"' 0,364 Средняя Радиационностойкие

564ЛШ 6,1 10"' 0,528 Малая Промышленные

1526ЛА8 1,56 10-8 0,277 Малая Радиационностойкие

1526ТМ2 2,83 Ю-8 0,17 Малая Радиационностойкие

Используя программу Table Curve, получаем, что наилучшим образом зависимости параметра В от коэффициента радиационного повреждения Kq0 описываются функцией вида

B = a + b[Kqof, (10)

значения параметров а и Ъ в которой представлены в табл 2 Высокие значения коэффициентов корреляции г2 между экспериментальными значениями В и рассчитанными по формуле (10) свидетельствует о возможности применения выражения (10) для пересчета результатов испытаний в пассивном режиме на активный режим.

_____Таблица 2

Вид ИМС а Ъ с

Коммерческие зарубежного производства 0,543 -8,706-10J 1,116 0,9977

Радиационностойкие отечественного производства 0,222 -4,964 108 1,482 0,9134

Разработана также методика для пересчета результатов радиационных испытаний МОП ИМС в пассивном режиме на случай активного режима

В третьей главе приводятся результаты экспериментального исследования и прогнозирования радиационной стойкости выбранных элементов ТКС.

Определен объем выборки Ы0 для радиационных испытаний ИМС и других элементов ТКС исходя из требуемой достоверности результата.

Анализ полученных результатов, показал, что требуемое количество образцов в выборке И0 = 20 соответствует высокой достоверности результата Н = 0,999. Однако такие элементы как БИС и СБИС весьма дороги и сложны для контроля функционирования. Поэтому радиационные испытания проводились на выборках меньшего объема и выбором оптимального решения, при котором учитываются заданные требования достоверности результата, габариты, вес изделия и т д. В данном случае для испытания выбрана партия ИМС из 6 образцов, что обеспечивает достоверность результата Н=0,93.

Разработана методика испытаний Радиационные испытания микросхем флеш-памяти типа Ат28Б020 проводятся в сухом вертикальном канале шахты-хранилшца реактора Облучение проводилось в пассивном режиме при мощности дозы Р = 0,1 рад/с поэтапно - 4 крад, 4 крад, 2 крад После каждого этапа облучения проводились измерения минимального напряжения питания. Контроль функционирования осуществлялся с помощью программатора, нарушение нормального функционирования фиксировалось при ошибке считывания записанной информации По результатам измерений определяются параметры функции (IТттйтнФ) (б): .4=0,284 рад'", п= 0,65. С помощью этих значений, с использованием выражения (7) сделан прогноз дозы отказа (ПНД)

Результаты измерений минимального напряжения питания, прогноза ПНД и его проверки представлены в табл 3

Таблица 3

№ п1п пит)мин г В Прогноз Вотк Эксперимент

Б=0 £>=4 крад £)=8 крад £)=10 крад 40 крад 50 крад

1 1,29 1,91 2,37 2,39 38 крад отказ -

2 1,27 1,89 2,37 2,50 45 крад функцион отказ

3 1,32 2,05 2,55 2,60 43 крад функцион. отказ

4 1,25 1,97 2,44 2,58 50 крад функцион отказ

5 1,27 1,92 2,37 2,45 54 крад функцион. отказ

Представленные результаты свидетельствуют о достаточно высокой точности прогноза ПНД. Таким образом, рассмотренный метод, позволяет без проведения довольно длительных экспериментов по низкоинтенсивному облучению, спрогнозировать, как долго ИМС будут оставаться работоспособными при воздействии ИИ КП

Для проверки методики прогнозирования ПНД в активном режиме ИМС флеш-памяти типа Ат28Р020 радиационные испытания проводились в шахте-хранилшце ИРТ при Р = 0,1 рад/с в активном и пассивном режимах.

Исследование радиационной стойкости ИМС сигнального процессора типа КФ1187ХК-1 проводилось по результатам облучения в пассивном режиме при мощности дозы гамма-излучения Р = 0,1 рад/с Контроль функционирования проводился с использованием бортового устройства ТК путем включения испытываемых образцов микропроцессоров в устройство и прогона тестовой программы. При минимальном напряжении питания, равном номинальному значению ¡7Ш1И=55, с помощью выражения (7) оценена доза функционального отказа

О = 0,5 5 12 =5,51М>ад. \ 0,00162

Верхняя оценка вероятности радиационного отказа в пассивном режиме при доверительной вероятности р*=0,6 равна

N. 6

Откуда коэффициент радиационного повреждения при облучении в пассивном режиме получается равным

£ 5510000

Таким образом, при экспериментальном определении радиационной стойкости ИМС в электрическом режиме следует ожидать дозу отказа (ПНД)

Др= [1п(1+0,3)]1/2/ 1,405 10"6 = 364565 рад «365 крад

При вероятности отказа д=0,01 получаем предельную дозу в пассивном режиме

Если задана вероятность безотказной работы данной микросхемы р = 0,99, что соответствует вероятности радиационного отказа ц - 0,01, то ПН Д в этом случае будет не хуже

- в пассивном режиме £> = -—-—— - --^— = \,07Мрад

н £,(0) 9,3 10"8 У

- в электрическом режиме [1п(1+0,01)]1/2/ 1,405 10"* «71,0 крад

Таким образом, предложенная методика позволяет прогнозировать ПНД элементов ТКС с повышенной радиационной стойкостью

Проведены радиационные испытания в пассивном режиме ИМС микроконтроллеров типа Аш^а128-16А1 в шахте-хранилище реактора при мощности дозы ионизирующего излучения Р = 0,1 рад/с. Результаты испытаний представлены на рис 3

-*~2 •••• 3 -и-4 -4-5 -*-6

0 2 4 6 8 10 12

Рис.3. Дозовые зависимости минимального напряжения функционирования ИМС типа Atmegal28-16A1

У данного типа ИМС наблюдается эффект «малых доз», т.е. при облучении на начальных этапах облучения наблюдается улучшение параметров. В данном случае это проявляется в уменьшении минимального напряжения питания микроконтроллера, при котором сохраняется функционирование.

Используя программу Table Curve, для образца №5 определены параметры модели в области возрастания {U„um\iKH (D). Получено:

(С4„и)миН(0) = 1,757 В, А = 0,0972 рад-°'5, п = 0,5.

Коэффициент корреляции равен г2 =0,99774, что свидетельствует о достаточном соответствии данных эксперимента расчетным данным, согласно (6). Таким образом, предложенная методика прогнозирования ПНД может быть применена как к элементам ТКС с низкой радиационной стойкостью, так и к ра-диационно-сгойким элементам.

В четвертой главе проведен анализ существующих методов обеспечения стойкости элементов ТКС к воздействию ИИ КП, который показал, что существующие методы не позволяют обеспечить требуемые характеристики их стойкости к дозовым эффектам, вызванных длительным воздействием ИИ КП. Необходима разработка нетрадиционных методов повышения стойкости.

В связи с этим в работе предложены следующие методы, позволяющие решить эту задачу:

Метод повышения стойкости устройств ТКС к воздействию ИИ КП, основанный на использовании элементов с гарантированной стойкостью, определение которой производится с помощью радиационно-термической обработке элементов ТКС в корпусах. Радиационно-термическая обработка (РТО) заюпо-

чается в облучении элементов ТКС малой («безопасной» дозой) и последующем отжиге для восстановления параметров. Определяется значение «безопасной» дозы £> = 10 крад, при которой плотность поверхностных радиационных дефектов не превышает 1010 см Поэтапное облучение в пределах «безопасной» дозы позволяет определить ПНД по методике, изложенной выше, и использовать в БА только элементы с ПНД, превышающей требуемое значение.

Проанализированы механизмы отжига Получено, что при наличии большой плотности ¿У-центров возможен неполный отжиг заряда, накопленного при облучении ионизирующим излучением. Невосстановление минимального напряжения питания при термообработке приводит к сдвигу дозовой зависимости (6) этого параметра на величину

Д£)_£) _£) _ ¡Упит минФ)^п ( и пит ~ Цмин ^У) у? ^^

Л А

где: имин (0) и ими„(0,Т,$ -минимальное напряжение питания до и после РТО соответственно, йт - поглощенная доза

Погрешность в определении дозы функционального отказа может быть оценена с помощью выражения

АО, гЦпит-и^Л А?Уи П2,

¿>0 и^-и^м ] 1 ;

Представленная зависимость отражает погрешность при определении дозы отказа (ПНД) по любому параметру, дозовая зависимость которого описывается выражением (6) При п — 0,65 с использованием (6) получаем невосстановление йиш на 0,5 В относительно начального значения 1,3 В, что дает погрешность ПНД около 20%. При меньшей величине невосстановления иит погрешность в прогнозировании ПНД будет еще меньше. ПНД КМОП ИМС при неполном восстановлении критериального параметра после низкотемпературной термообработки будет равна'

— № пит ~ ^О^й _

А

Таким образом, после облучения и низкотемпературной обработки требуется уточнение определенного значения ПНД по величине невосстановленного критериального параметра

Разработан метод определения изделий с аномальным изменением какого-либо параметра, основанный на оценке вероятности случайного появления выскакивающего значения параметра в М образцах ИМС Отбраковка аномального образца ИМС производится при выполнении условия Ув ^ Угр

Аномальное поведение элементов ТКС во время облучения и отжига свидетельствует о скрытых технологических дефектах. В частности, этот эффект обусловлен накоплением заряда в точечных дефектах при облучении, термическим выбросом заряда из точечных дефектов при отжиге и накоплением освобожденного из точечных дефектов заряда в макродефектах оксида кремния Вследствие этого процесса наблюдается продолжение ухудшения характери-

стик ИМС на начальном этапе послерадиацнонного отжига. Такое поведение проявляется в аномально высокой интенсивности отказов ИМС Экспериментальная проверка метода проводилась на партии ИМС флеш-памяти типа САТ28Б020 Результаты измерений и расчета доз облучения представлены в табл 4. Прогноз достаточно хорошо совпадает с результатами эксперимента.

Таблица 4

№№ ИМС Прогноз ПНД, крад Облучение после РТО Прогноз после РТО Накопленная доза при облучении после РТО для проверки прогноза ПНД

0 5 крад 10 крад Д крад П=50крад 1>=65крад [>80крад

3 59 2,49 4,07 А,51 17 отказ отказ отказ

8 80 1,74 1,87 2 95 функцион функцион функцион

10 47 1,78 2,2 2,27 42 функцион функцион отказ

7 40 1,78 1,92 2,15 45 функцион отказ отказ

1 49 1,9 1,99 2,08 60 функцион отказ отказ

5 60 1,95 2,01 2,18 73 функцион функцион. отказ

Образец с макродефектом и аномальным поведением при РТО при повторном облучении проявил низкую радиационную стойкость к дозовым эффектам, что подтверждает необходимость отбраковки КМОП ИМС с макродефектами Образцы без аномального поведения проявили после РТО повышенную стойкость к ИИ КП с последующим восстановлением и уточнениям по результатам отжига.

Таким образом, РТО микросхем не ухудшает их стойкости и позволяет отбраковать образцы с аномально низкой стойкостью к дозовым эффектам. Это объясняется, как показал анализ термодинамических процессов при облучении и отжиге, переходом структуры из метастабильного состояния в более устойчивое состояние атомарной структуры.

Предложена технология прямого отбора образцов элементов ТКС по значению радиационной стойкости с заранее неизвестным (негарантированным) ее уровнем, основанная на методе экстраполяции изменения критериального параметра при низкоинтенсивном (менее 0,1 рад/'с) облучении "безопасной" дозой, при которой не происходит невосстановимых изменений и которая позволяет обеспечить повышение стойкости ИМС в условиях воздействия ИИ КП.

В заключении проведен анализ полученных результатов и представлен основной результат работы — основные подходы к обеспечению работоспособности элементов ТКС при эксплуатации в условиях длительного воздействия низкоинтенсивных излучений космического пространства

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В процессе решения задач, поставленных в диссертационной работе, получены следующие наиболее значимые научные и практические результаты.

1 Проведены исследования современного состояния вопроса по обеспечению стойкости элементов ТКС к воздействию низкоинтенсивных ИИ КП и показано, что проблема повышения их стойкости к ИИ КП стала актуальной в связи с необходимостью создания КА с длительными сроками их активного существования на орбите (12 и более лет)

2. Проведен анализ характеристик ИИ КП и установлено, что основным фактором возникновения дозовых эффектов являются электроны и протоны естественных радиационных поясов Земли, которые и являются источниками значительной дозы радиации Показана эффективность воздействия их при длительных сроках активного существования КА на орбите, что делает этот вид воздействия опасным для элементов, устанавливаемых на борту КА

3 Показано, что прогресс в создании КА с повышенным сроком активного существования невозможен без коренного изменения традиционной методологии работ в области разработки, испытаний и обеспечения стойкости их электронных систем, в том числе и телекоммуникационных

4 Впервые установлено, что для большинства современных элементов БИС и СБИС, работающих в составе ТКС в условиях воздействия ИИ КП, использование линейных моделей расходования и прогнозирования ресурса (Пальгрена - Майнера, Пешеса - Степановой, Седякина и др ) имеют ограниченную область применения, в связи с тем, что основные принципы, лежащие в основе этих моделей (аддитивности и марковости процессов расходования ресурса) при длительном воздействии ИИ не соблюдаются Поэтому, в работе обоснована целесообразность использования статистического подхода для оценки показателей стойкости элементов ТКС

5. Разработан метод прогнозирования как функциональных, так и параметрических отказов элементов ТКС при низкоинтенсивном облучении по результатам измерения их критериальных параметров на начальном этапе испытаний, что позволяет существенно сократить время облучения.

6 Разработан новый подход к прогнозированию стойкости ИМС, основанный на использовании метода неразрушающего контроля индивидуальной радиационной стойкости элементов ТКС (применение низкоинтенсивного облучения «безопасной» дозой с последующим низкотемпературным отжигом), позволяющий использовать его при проектировании спутниковых ТКС

7. Разработан метод прогнозирования функциональных отказов ИМС на основе применения минимального напряжения их питания, при котором сохраняется функционирование в условиях низкоинтенсивного воздействия ИИКП

8 Впервые разработаны методики прогнозирования функциональных радиационных отказов элементов ТКС и прогнозирования ПНД в активном режиме по результатам радиационных испытаний в пассивном режиме.

9 Разработан метод определения радиационной стойкости, позволяющего производить выбор образцов ИМС с заданным значением предельной накопленной дозы для установки их в бортовые устройства ТК

10 Разработан метод выявления и отбраковки «аномальных» образцов ИМС, позволяющий обеспечить необходимый уровень радиационной стойкости бортовых устройств ТК.

11. Проведен анализ существующей экспериментальной базы для проведения исследований и установлено, что экспериментальный канал в шахте-храни-лшце реактора позволяет получить источник ионизирующего излучения с мощностью дозы от нескольких единиц рад/с до уровня фона в физзале реактора. При этой мощности дозы имеет место эффект низкой интенсивности и в то же время набор необходимых доз ИИ происходит в приемлемые сроки

12. Обоснован выбор элементов для исследования с учетом того, что наиболее перспективными для применения в ТКС являются КМОП ИМС высокой степени интеграции (БИС и СБИС) - микросхемы памяти, микроконтроллеры и микропроцессоры, а также энергонезависимые ИМС - флеш-памяти. Результаты испытаний этого вида ИМС практически отсутствуют, что вызвано сложностью контроля их функционирования.

13 Разработаны программы и методики экспериментальных исследований и проведены испытания выбранных элементов ТКС. В результате проведенных исследований получены данные, на основе которых определены уровни воздействия ИИ КП, при которых наступают отказы входных устройств и элементов ТКС. Это позволяет создать базу данных по пороговым уровням уязвимости элементов ТКС, используемых в КА и служить основой для задания требований в ТЗ на проектирование КА с длительным САС

14. Обоснованы практические рекомендации, реализованные в разработанной технологии обеспечения радиационной стойкости устройств спутниковых ТКС, на основе прямого отбора ИМС с учетом особенностей их функционирующих в условиях длительного воздействия низкоинтенсивных ИИ КП, это позволяет обеспечить условия для успешного создания негерметичных КА нового поколения, соответствующих лучшим литровым аналогам по характеристикам назначения и технико-эксплуатационным показателям

15. В целом, научная и практическая значимость результатов исследования заключается в том, что впервые осуществлен синтез теоретических и экспериментальных методов обеспечения стойкости устройств спутниковых ТК и на этой основе решена задача их функционирования в условиях длительного воздействия ИИ КП

16. Все результаты, составившее основное содержание диссертации, получены автором самостоятельно В работах, выполненных в соавторстве [2,4,5, 6, 11, 12], диссертантом внесен следующий вклад1 поставлены и решены задачи выбора представительных элементов устройств спутниковых телекоммуникаций, сформулированы требования к методам оценки стойкости, разработаны

программа и методика испытаний стойкости КМОП ИМС к воздействию ИИ КП, решены задачи метрологического и инструментального обеспечения исследований, обоснованы сроки функционирования МОП ИМС; проведен анализ факторов и эффектов воздействия ЭМИ на системы связи

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1 Анашин В С. Проблемы создания миниатюрных устройств контроля интегральных нагрузок ионизирующего излучения на борту космических аппаратов// Элементная база космических систем: Материалы конференции - М, Московское общество радиотехники, электроники и связи им.А С Попова,2004.

2. Анашин В С , Попов В Д Экспериментально-аналитический метод не-разрушающего контроля характеристик радиационной стойкости КМОП БИС// Двойные технологии № 3. Секция "Инженерные проблемы стабильности и конверсии" Российской инженерной академии - М, 2005

3 Анашин В С. Сплошной неразрушающий контроль радиационной стойкости зарубежной КМОП ЭКБ в ФГУП «НИИ КП» // Радиационная стойкость электронных систем - «Стойкость-2005» Научно-технический сборник -М. МИФИ, 2005

4. Анашин В С., Кузнецов А С., Попов В Д. Исследование радиационной стойкости флеш-памяти после облучения и отжига // Научная сессия МИФИ-2005 Сб. научных трудов Том 1.-М/ МИФИ, 2005.

5.Анашин В С, Емельянов В.В , Зебрев Г.И, Кузнецов Н В , Титаренко Ю.Е. Метод прямых испытаний электронной компонентной базы на сбое и отказоустойчивость в условиях воздействия высокоэнергетических частиц космического пространства //Системные проблемы надёжности, качества, информационных и электронных технологий Материалы международной конференции и Российской научной школы. - М Радио и связь, 2006

6 Анашин В С, Попов В Д. Уточнение экспериментально-аналитического метода определения характеристик стойкости КМОП БИС к ионизирующим излучениям космического пространства // Вопросы атомной науки и техники Сер. Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. Научно-технический сб -М: ФГУП ЦНИИ Атоминформ, 2006 -Вып 1-2.

7. Анашин В С Технология отбора образцов требуемой радиационной стойкости при использовании коммерческой (индустриальной) ЭКБ // Радиационная стойкость электронных систем - Стойкость-2003 Научно-технический сборник-М. МИФИ,2003.

8 Анашин В С. Обоснование рекомендаций по обеспечению стойкости устройств телекоммуникаций к воздействию излучений космического пространства// 9-я Российской НТК «Электромагнитная совместимость технических средств и электромагнитная безопасность»: Сб трудов ЭМС-2006, 20-22 сентября. - С П., 2006 - С. 48-53

9. Анашин В С Неразрушающий контроль дозовой стойкости ЭКБ к естественным ионизирующим излучениям космического пространства // Высокие

технологии, фундаментальные и прикладные исследования, образование: Сб трудов третьей международной научно-практической конференции. - СЛ., 2007 -Т.8.

10 Анашин В С. Технологические методы повышения стойкости радиоэлектронной аппаратуры к ионизирующим излучениям космического пространства // Элементная база космических систем: Труды конференции - М.: Московское общество радиотехники, электроники и связи им. А С Попова, 2007.

11. Анашин B.C., Кузнецов А.С, Попов В Д Повышение срока функционирования МОП ИМС методом принудительного отключения питания // Научная сессия МИФИ-2007: Сб научных трудов. - М, 2007. -Том 1

12 Мырова Л О, Анашин В С. Проблема создания современных систем связи устойчивых к воздействию электромагнитных излучений // Электросвязь - 2007. - № 9. - С. 32-35

13.Анашин В.С Метод контроля дозовой стойкости элементов телекоммуникационных систем к воздействию ионизирующих излучений космического пространства // Технологии ЭМС. - 2007 - № 3 (27) - С.55-60.

14. Анашин B.C. Оптимизация процесса низкотемпературного отжига при определении дозовой стойкости элементов бортовых телекоммуникационных систем космических аппаратов // Информационные и телекоммуникационные технологии в интеллектуальных системах, ITT IS/05 Сб трудов 4-ой Международной конф. июнь-02-09,2007. - Испания, 2007. - С 41-45

Подписано в печать i2.Q3.200 Й. Формат 60x84/16. Бумага типографская № 2. Печать - ризография. Усп печ. л. 1,4 Тираж 100 эю. Заказ 1<Н 0.

Московский государственный институт электроники и математики 10S028, Москва, Б Трехсаятительский пер., 3/12.

Центр оперативной полиграфии (095) 916-88-04, 916-89-25

Введение.

Глава 1. Обзор состояния проблемы обеспечения стойкости устройств спутниковых телекоммуникаций к воздействию низкоинтенсивных излучений космического пространства.

1.1 .Тенденции развития спутниковых телекоммуникационных систем.

1.2. Характеристика параметров ионизирующих излучений космического пространства.

1.3. Особенности воздействия ИИ КП на элементы спутниковых телекоммуникационных систем.

1.4. Анализ существующих методов обеспечения стойкости элементов спутниковых телекоммуникационных систем к воздействию ИИ КП.

1.5. Выводы по главе.

Глава 2. Разработка методов оценки стойкости элементов телекоммуникационных систем к воздействию ИИ КП.

2.1. Разработка расчетных методов оценки стойкости элементов телекоммуникаций к воздействию ИИ КП.

2.1.1. Метод оценки уровней воздействующих ИИ КП.

2.1.2.Методы оценки стойкости элементов спутниковых телекоммуникационных систем к воздействию ИИ КП.

2.2. Разработка методов экспериментальной оценки стойкости элементов телекоммуникационных систем к воздействию ИИ КП.

2.2.1. Выбор и обоснование экспериментальной базы для оценки стойкости элементов телекоммуникационных систем к воздействию ИИ КП.

2.2.2. Выбор объектов для проведения экспериментальных исследований.

2.2.3 Разработка методов экспериментального исследования элементов телекоммуникационных систем на воздействие ИИ КП.

2.2.3.1. Методика определения ПНД при низкоинтенсивном облучении

2.2.3.2. Методика пересчета результатов испытаний в пассивном режиме на активный режим.

2.3. Выводы по главе.

Глава 3. Экспериментальные исследования и результаты прогнозирования воздействия ИИ КП на элементы телекоммуникационных систем.

3.1. Методика моделирования дозовых эффектов в условиях воздействия ИИ КП.

3.2. Средства измерений и вспомогательное оборудование.

3.3. Методика проведения радиационных испытаний.

3.4. Требования к дозиметрическому сопровождению испытаний.

3.5. Выбор объема партии ИМС для радиационных испытаний.

3.6.Исследование радиационной стойкости ИМС флеш-памяти типа Am28F

3.7. Исследование радиационной стойкости ИМС сигнального процессора типа КФ1187ХК-1.

3.8. Исследование радиационной стойкости ИМС контроллера типа Atmega 128-16А1.

3.9. Выводы по главе.

Глава 4. Разработка методов обеспечения стойкости ИМС спутниковых телекоммуникационных систем к воздействию ИИ КП.

4.1. Предпосылки к разработке методов обеспечения стойкости устройств телекоммуникаций к воздействию ИИ КП.

4.2. Обоснование методов обеспечения стойкости устройств спутниковых телекоммуникаций к длительному воздействию ИИ КП.

4.2.1. Определение «безопасной» дозы.

4.2.2. Определение уровня физического механизма отжига.

4.2.3. Определение времени прекращения отжига.

1 4.2.4. Выявление потенциально ненадежных изделий.

4.2.5. Учет неполного восстановления характеристик.

4.2.6. Учет невосстановления критериального параметра при последующем облучении для определения ПНД.

4.3. Методика радиационно-термической обработки КМОП ИМС.

4.4. Экспериментальная проверка разработанной методики радиационно-термической обработки на КМОП ИМС типа 28F020.

4.4.1. Описание эксперимента и его результаты.

4.4.2.Проверка методики по результатам прогноза радиационной стойкости ИМС после РТО.

4.5.Технология обеспечения радиационной стойкости устройств телекоммуникаций к воздействию ИИ КП на основе прямого отбора ИМС с учетом особенностей их функционирования в условиях ИИ КП.

4.6.Выводы по главе.

Системы спутниковой связи занимают сегодня особое место в информационных и телекоммуникационных инфраструктурах промышленно развитых государств. Для огромной территории России системы спутниковой связи и телевизионного вещания являются основным средством увеличения объема и качества получаемой и передаваемой информации в интересах всех отраслей экономики и повышения информатизации общества. Именно эти обстоятельства определили приоритетность развития спутниковых систем связи среди других важнейших направлений развития современного общества.

Основным элементом системы спутниковой связи является ее космический сегмент — спутник связи (СС), от характеристик которого зависит эффективность функционирования всей системы. К числу основных требований, предъявляемых к характеристикам бортовых СС, относятся требования высокой безотказности и долговечности.

Наибольшие трудности в обеспечении указанных требований практически на всех этапах развития космонавтики возникали при создании радиоэлектронных, включая телекоммуникационных систем (ТКС), так как именно для них характерны наиболее высокие темпы роста функциональной и аппаратной сложности, а темпы роста требований к надежному их функционированию существенно превышают темпы роста надежности их элементной базы.

В период до конца 60-х годов прошлого столетия основная направленность исследований состояла в повышении безотказности спутниковых систем в течение достаточно ограниченных сроков активного существования (САС), не выше 3-5 лет, достигаемой в первую очередь за счет введения различных форм избыточности (аппаратной, функциональной, временной и др.). Эти исследования и полученные результаты базировались в основном на математических методах (методы теории вероятностей и математической статистики, случайных процессов, теории графов, исследования операций и др.), разработанных и развитых отечественными учеными: Б.В. Гнеденко, П.П. Пархоменко, Б.С. Сот-сковым, В.И. Сифоровым, Ю.К. Беляевым, А.Д. Соловьевым, И.А. Ушаковым,

A.Н. Северцевым, Б.А. Козловым и др.

В области радиационной стойкости научными коллективами «22 ЦНИ-ИИ» МО (Чепиженко А.З.), «ЦНИИМаш» (Ужегов В.М), ИАЭ им. Курчатова (Ухин Н.А.), «НИИП» ( Тутуров Ю.Ф.), МИФИ ( Агаханян Т.М., Першенков

B.C., Попов В.Д.) , «РНИИЭС» (Кулаков В.М., Малинин В.Г.) , «МНИРТИ» (Мырова JT.O.) «РНИИ КП» (Горин Б.М.) и другими организациями промышленности, РАН и высших учебных заведений были разработаны методические подходы к заданию требований по радиационной стойкости и оценке соответствия этим требованиям ЭРИ и аппаратуры. Начаты исследования дозовых и временных эффектов в комплектующих элементах и аппаратуре при воздействии ионизирующих излучений (в первую очередь, высокоинтенсивных воздействий искусственных источников).

В области космофизики к тому времени усилиями ученых «НИИЯФ» МГУ (Вернов С.Н., Кузнецов И.В), «ИКИ» РАН (Застенкер Т.Н., Зеленый Л.М.) «ИЗМИ» РАН (Ораевский В.Н., Кузнецов В.Д.) и др. были сформулированы представления и получены исходные экспериментальные данные О'характеристиках радиационных поясов Земли, космических лучей и т.д.

Исследования указанных авторов и научных коллективов, в организации выполнении которых активное участие принимал и автор диссертации, создали условия для осознания сложной и- важной проблемы необходимости учета влияния ионизирующих излучений космического пространства на надежность комплектующих элементов, устройств и аппаратуры в целом.

С возникшей сегодня потребностью увеличения сроков активного существования космических аппаратов (КА) эта проблема приобрела особую актуальность и значимость и стимулировала проведение исследований и разработку адекватной поставленным в работе цели и задачам. Так в современных условиях конкурентоспособность и рентабельность проектов предоставления услуг космической связи определяют необходимость создания КА с САС 12 и более лет.

Опыт, накопленный предприятиями космической отрасли, показал, что прогресс в создании КА с такими САС невозможен без коренного изменения традиционной методологии работ в области разработки, испытаний и обеспечения надежности их электронных систем, в том числе и телекоммуникационных. Существующие методы не полностью обеспечивали требуемые характеристики надежности уникальных систем КА, как правило, единичными экземплярами. Кроме того, указанные методы не позволяли в необходимой мере учитывать влияние на надежность специфических воздействий внешней среды космического пространства, прежде всего воздействий низкоинтенсивных ионизирующих излучений космического пространства (ИИ КП), так как в центре внимания указанных исследований были вопросы стойкости электронных систем к высокоинтенсивным ионизирующим полям искусственного происхождения, возникающих, например, во время ядерного взрыва.

Также, согласно действующим в указанный период нормативным документам, влияние действия ИИ КП на надежность фактически не учитывалось.

В то же время при длительных САС радиационный ресурс комплектующих элементов расходуется на протяжении всего срока их службы. Поэтому процессы радиационной деградации и физико-химические процессы старения элементов и устройств имеют один временной масштаб. Кроме того, развитие и совершенствование современных ТКС идет по пути широкого использования в них больших интегральных микросхем высокой степени интеграции (БИС и СБИС) и в последнее время такие элементы и устройства находят все большее применение в космической технике.

Элементы этих систем на борту КА подвергаются воздействию космических лучей, представляющих собой поток заряженных частиц высоких энергий. Высокоэнергетичные заряженные частицы, проходя через конструктивные материалы КА, теряют часть своей энергии на тормозное электромагнитное излучение (ТЭМИ), дающее значительный вклад в поглощенную дозу. Недостаточная изученность факторов КП и их влияния на физические процессы, протекающие в элементах, отсутствие моделей расходования и прогнозирования ресурса в условиях воздействия излучений сдерживало развитие КА с длительными САС. Поэтому для обеспечения работоспособности элементов ТКС на борту космических аппаратов необходимо также знание дозовой стойкости этих элементов. Причем, следует отметить, что такие данные сегодня практически отсутствуют. Следовательно, получение данных по дозовой стойкости больших (БИС) и сверхбольших (СБИС) ИМС является важной и актуальной задачей.

Решение этой проблемы осложняется также и процессом «сворачивания» производства радиационно-стойких интегральных микросхем с одной стороны и отсутствием методов прогнозирования отказов при таком длительном воздействии низкоинтенсивного ИИ КП с другой стороны. Значительное сокращение и даже полное прекращение производства радиационно-стойких ИМС обусловлено выходом на первое место применения микросхем в компьютерной технике и снижением объема заказов для военной и космической техники. Поэтому разработчики бортовых устройств вынуждены часто применять коммерческие изделия, что повышает важность развития и совершенствования методов обеспечения их стойкости при воздействии ИИ КП.

Необходимость преодоления отмеченных трудностей потребовала постановки комплексных работ, объединенных в Межведомственные программы. Именно все это и определило важность и актуальность решаемой в диссертации научно-технической задачи - разработка методов обеспечения эффективного функционирования существующих и перспективных ИМС устройств спутниковых телекоммуникаций в условиях длительного воздействия низкоинтенсивных ИИ КП для решения задачи увеличения САС КА до уровней, определяемых требованиями экономической эффективности спутниковых систем связи.

Объектом исследования в работе выбраны микросхемы высокой степени интеграции (БИС и СБИС), которые сегодня вообще не исследованы и являются наиболее перспективными для использования при решении задач по созданию устройств спутниковых телекоммуникаций, функционирующих в условиях длительного воздействия ИИ КП.

Целью настоящей диссертационной работы является исследование, разработка и совершенствование методов оценки воздействия ИИ КП на элементы и устройства ТК для создания методов и средств обеспечения их стойкости в условиях длительного воздействия низкоинтенсивных ИИ КП.

Поставленная цель достигается решением следующих, задач:

- исследование особенностей длительного воздействия низкоинтенсивных ИИ КП на ИМС спутниковых ТК;

- выбор и обоснование перспективных ИМС для проведения исследований по оценке их стойкости к воздействию ИИ КП;

- обобщение существующих методов оценки воздействия ИИ КП на БИС, уточнение и разработка методов оценки, основанных на новых подходах к прогнозированию и испытаниям элементов, используемых в бортовых устройствах КА, к длительному воздействию низкоинтенсивных ИИ КП;

- прогнозирование критериальных параметров радиационной стойкости выбранных изделий к воздействию низкоинтенсивных ИИ КП;

- разработка методик испытаний выбранных элементов на воздействие низкоинтенсивных ИИ КП;

- экспериментальные исследования выбранных элементов на воздействие низкоинтенсивных ИИ КП на основе разработанных методик и программ испытаний;

- разработка методов обеспечения функционирования устройств телекоммуникаций в условиях длительного воздействия низкоинтенсивных ИИ КП.

Научная новизна работы заключается: - в разработке нового подхода к прогнозированию и испытаниям элементов ТКС на основе использования методов неразрушающего контроля индивидуальной радиационной стойкости элементов телекоммуникаций, используемых в бортовых устройствах космических аппаратов;

- в разработке впервые методик прогнозирования функциональных радиационных отказов элементов ТКС и прогнозирование предельной накопительной дозы (ПНД) в активном режиме по результатам радиационных испытаний в пассивном режиме;

- в разработке и совершенствовании методов экспериментальной оценки воздействия ИИ КП на элементы ТКС;

- в новых теоретических и экспериментальных данных по стойкости БИС и СБИС к длительному воздействию ИИ КП;

- в результатах оценки эффективности существующих и перспективных методов и средств повышения стойкости элементов ТКС к воздействию ИИ КП и разработке методов по обеспечению функционирования устройств спутниковых телекоммуникационных систем в условиях длительного воздействия низкоинтенсивных излучений космического пространства.

На защиту выносятся:

1. Метод прогнозирования функциональных отказов ИМС на основе применения минимального напряжения их питания, при котором сохраняется функционирование в условиях низкоинтенсивного воздействия ИИ КП.

2. Метод прогнозирования индивидуальной дозы отказа ИМС и восстановления их характеристик, основанный на применении низкоинтенсивного облучения «безопасной» дозой ИМС с последующим низкотемпературным отжигом, позволяющий использовать его при проектировании спутниковых ТКС.

3. Методика выявления образцов ИМС с аномально низкой радиационной стойкостью.

4. Методы экспериментальной оценки стойкости элементов телекоммуникаций к воздействию ИИ КП и результаты экспериментальных исследований.

5. Методы обеспечения стойкости элементов ТКС к дозовым эффектам, вызванных длительным воздействием ИИ КП.

Методы исследований, достоверность и обоснованность результатов.

В работе использованы экспериментально-физические и теоретические методы исследования. Решения задач базируются на методах теории вероятностей и математической статистики, асимптотических методах теории форсированных испытаний. Достоверность полученных результатов подтверждается корректностью постановки задач, обоснованностью принятых допущений и ограничений, адекватностью принятых математических моделей исследуемых процессов; большим объемом статистических данных по экспериментальным исследованиям; сравнением теоретических результатов с результатами экспериментов и апробацией принципиальных положений и разработанных методов в практике создания устройств телекоммуникаций для ряда КА.

Практическая значимость результатов работы состоит:

- в разработке метода прогнозирования радиационной стойкости элементов ТКС при низкоинтенсивном облучении по результатам измерения их критериальных параметров на начальном этапе испытаний, что позволяет существенно сократить время облучения;

- в разработке метода определения радиационной стойкости; позволяющего производить выбор образцов ИМС с заданным значением ПНД для установки их в бортовые устройства ТКС;

- в разработке метода выявления и отбраковки «аномальных» образцов ИМС, позволяющего обеспечить необходимый уровень радиационной стойкости бортовых устройств ТКС;

- в новых результатах экспериментальных исследований стойкости БИС и СБИС, на основе которых определены уровни воздействия ИИ КП, при которых наступают отказы входных устройств и элементов ТКС. Это позволяет создать базу данных по пороговым уровням уязвимости элементов ТКС, используемых в бортовых устройствах космических аппаратов;

- в разработке рекомендаций по повышению стойкости функционирования элементов ТКС в условиях воздействия ИИ КП, что позволяет обеспечить условия для успешного создания негерметичных КА нового поколения, соответствующих лучшим мировым аналогам по характеристикам назначения и технико-эксплуатационным показателям.

Реализация результатов. Результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы в ОКР «Коррускант» и ОКР «Акцент, выполненные при непосредственном участии автора. Они нашли практическое применение на ряде предприятий при проектировании перспективных систем связи, устойчивых к воздействию ИИ КП (ФГУП «МНИРТИ», ФГУП «НИИКП», ФГУП «НПО ПМ)), а также реализованы при разработке мероприятий по защите элементов спутниковых ТКС и в ТЗ на разработку новых перспективных видов аппаратуры, устойчивой к воздействию низкоинтенсивных ИИ КП (ООО «НИИИСТ»). Результаты внедрены в отраслевые нормативные документы «Роскосмоса» (РД 134-0143-2005) и нормативные документы ФГУП «НИИКП» (ЦДКТ.430104. 006- 018). Результаты также внедрены в учебный процесс МИ-ЭМ на кафедре «Радиоэлектронные и телекоммуникационные устройства и системы» и МИФИ на кафедре «Микроэлектроники».

Апробация работы. Работа в целом и отдельные ее результаты опубликованы в виде статей в научно-технических журналах по проблеме, докладывались и обсуждались на: научно-технических конференциях «Стойкость-2003», «Стой-кость-2004», «Стойкость-2005»; «Элементная база космических систем 2006»; 9-ой Российской НТК «Электромагнитная совместимость технических средств и электромагнитная безопасность», С.-Петербург, 2006г.; НТК «Системные проблемы качества, математического моделирования и информационных технологий», Сочи, 2006г; на 3-ей международной научно-практической конференции «Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования, образование», 2005г.; на 4-й Международной конференции «Информационные и телекоммуникационные технологии в интеллектуальных системах» (ITT IS/05, июнь-02-09, 2007. Испания), а также на конференциях «Научная сессия МИФИ» 2006 г. и 2007 г. и на научно-технических семинарах кафедры

Радиоэлектронные и телекоммуникационные устройства и системы» МИЭМ с 2005г. по 2007г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 работ, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ. Получено 2 патента по теме диссертации: № 2254587, 2005 г.; № 2311654, 2007 г.

Личный вклад автора состоит в том, что все результаты, составившее основное содержание диссертации, получены автором самостоятельно. Подробный анализ вклада автора диссертации в печатные труды, выполненные в соавторстве, изложены в Заключении.

Объем и структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 85 наименований. Основной текст диссертации изложен на 141 страницах, в том числе 47 рисунков и 17 таблиц.

4.6. Выводы по главе у

1. Метод прямого контроля радиационной стойкости КМОП БИС (дозо-вые эффекты) по прогнозу изменения критериального параметра функционирования при малодозовом низкоинтенсивном облучении достаточно точен и может быть рекомендован для отбора КМОП БИС с заданным значением радиационной стойкости.

2. Метод контроля радиационной стойкости КМОП БИС по степени восстановления критериального параметра функционирования после малодозового t низкоинтенсивного облучения может быть использован для отбраковки потенциально ненадежных БИС.

3. Уточненная технология прямого неразрушающего контроля радиационной стойкости КМОП СБИС, внедренная в ФГУП НИИ КП, может быть рекомендована к применению на предприятиях, создающих аппаратуру, функционирующую в условиях воздействия ионизирующих излучений для экономичной отбраковки и оценки используемой электронной компонентной базы.

4. Полученные результаты высокой радиационной стойкости СБИС высокой степени интеграции, изготовленные по классу INDUSTRIAL, требуют продолжения работ и оценки возможности их распространения на все КМОП СБИС высокой интеграции с определением пороговых значений их радиационной стойкости. I t

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе решения задач, поставленных в диссертационной работе, получены следующие наиболее значимые научные и практические результаты:

1. Проведены исследования современного состояния вопроса по обеспечению стойкости устройств ТКС к воздействию низкоинтенсивных ИИ КП и показано, что проблема повышения их стойкости к ИИ КП стала актуальной в связи с необходимостью создания КА с длительными сроками их активного существования на орбите (12 и более лет).

2. Проведен анализ характеристик ИИ КП и установлено, что ИИ КП, представляющие собой потоки заряженных частиц (электронов, протонов и ионов различных элементов), являются источниками значительной дозы радиации и показана эффективность воздействия их при длительных сроках активного существования КА на орбите, что делает этот вид воздействия опасным для элементов, устанавливаемых на борту КА.

3. Показано, что прогресс в создании КА с повышенным сроком активного существования невозможен без коренного изменения традиционной методологии работ в области разработки, испытаний и обеспечения радиационной стойкости их электронных систем, в том числе и телекоммуникационных систем.

4. Впервые установлено, что для большинства современных элементов БИС и СБИС, работающих в составе спутниковых ТКС в условиях воздействия ИИ КП, использование линейных моделей расходования и прогнозирования ресурса (Пальгрена- Майнера, Пешеса - Степановой, Седякина и др.) имеют ограниченную область применения, в связи с тем, что основные принципы, лежащие в основе этих моделей (аддитивности' и марковости процессов расходования ресурса) при длительном воздействии ИИ не соблюдаются. Поэтому, в работе обоснована целесообразность использования статистического подхода для оценки показателей надежности элементов ТКС.

5. Разработан метод прогнозирования радиационной стойкости элементов ТКС при низкоинтенсивном облучении по результатам измерения их критериальных параметров на начальном этапе испытаний, что позволяет существенно сократитьвремя облучения;

6. Разработан новый подход к прогнозированию стойкости ИМС, основанный на использовании метода неразрушающего контроля; индивидуальной радиационной стойкости элементов ТКС (применение низкоинтенсивного облучения «безопасной» дозой с последующим низкотемпературным отжигом)^ позволяющий использовать его при проектировании спутниковых ТКС.

7. Впервые разработаны методики прогнозирования функциональных радиационных отказов элементов ТКС и прогнозирования ПНД в активном режиме по результатам радиационных- испытаний в пассивном режиме.

8. Разработан метод определения радиационной стойкости, позволяющего производить выбор образцов ИМС с заданным значением предельной накопленной дозы (ПНД) для установки их в бортовые устройства ТКС.

9. Разработан метод выявления и отбраковки «аномальных» образцов ИМС, позволяющий обеспечить необходимый уровень радиационной'стойкости и надежности бортовых устройств ТКС.

10. Проведен анализ существующей экспериментальношбазы для проведения исследований и установлено; что экспериментальный канал в шахте-хранилище реактора позволяет получить источник ионизирующего излучения с мощностью дозы от нескольких единиц рад/с до уровня фона в физзале реактора. При этой мощности дозы имеет место эффект низкой интенсивности и в то же время; набор необходимых доз ИИ происходит в приемлемые сроки.

11. Обоснован выбор элементов' для исследованиях учетом:того, что-наиболее перспективными для применения в ТКС являются КМОП ИМС: высокой степени, интеграции (БИС и СБИС) - микросхемы .памяти; микроконтроллеры^ микропроцессоры, а также энергонезависимые ИМС - флэш-памяти. Результаты испытаний этого вида ИМС практически отсутствуют, что вызвано сложностью контроля их функционирования.

12. Разработаны программы и методики экспериментальных исследований и проведены испытания; выбранных элементов ТК. В-результате проведенных исследований получены данные, на основе которых определены уровни воздействия ИИ КП, при которых наступают радиационные отказы входных устройств и элементов ТКС. Это позволяет создать базу данных по пороговым уровням уязвимости элементов ТКС, используемых в КА, и служить основой для задания требований в ТЗ на проектирование КА с длительным САС.

13. На основе полученных в работе результатов, обоснованы практические рекомендации, реализованные в разработанной технологии обеспечения- радиационной стойкости устройств спутниковых ТК к воздействию ИИ КП на основе прямого отбора ИМС с учетом всех критериальных эффектов; это позволяет обеспечить условия для успешного создания негерметичных КА нового поколения, соответствующих лучшим, мировым аналогам по характеристикам назначения и технико-эксплуатационным показателям.

14. В целом, научная и практическая значимость результатов исследования заключается в том, что впервые осуществлен синтез теоретических и экспериментальных методов обеспечения стойкости элементов ТК и на этой' основе решена задача обеспечения их функционирования в условиях длительного воздействия ИИ КП.

В работах, выполненных в соавторстве, диссертантом внесен следующий-вклад: [58, 75,76,77,82,83] поставлены и решены задачи выбора представительных элементов устройств спутниковых телекоммуникаций; сформулированы требования к методам оценки стойкости; разработана программа и методика испытаний стойкости КМОП ИМС к воздействию низкоинтенсивного ИИ КП; решены задачи метрологического и инструментального обеспечения бортовых устройств ТКС.

Впервые предложена методика прогнозирования радиационных функциональных отказов.

Впервые разработан метод индивидуального определения НПД образцов КМОП ИМС, предназначенных к установке на борту КА.

1. Севастьянов Н.Н. В России ожидается массовый спрос на услуги спутниковой связи // Connect! Технологии бизнеса. - 2004. - № 4. - С. 713.

2. В.И. Верхотуров. Проблемы обеспечения радиационной стойкости элементов и аппаратуры современных спутников связи. / /Вопросы атомной науки и техники. Сер.: Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. — 2004. — №6.

3. Сретенский В.Н. Динамика роста сложности в радиоэлектронике и проблема миниатюризации // Радиотехника. — 1995. № 4-5.

4. Конструирование автоматических космических аппаратов / Д.И. Козлов, Т.П. Аншаков, В.Ф. Агарков и др.; Под ред. Д.И. Козлова. — М.: Машиностроение, 1996. 448 с.

5. Грачев Н.Н., Мырова JI.O. Защита человека от опасных излучений. — М.: БИНОМ, Лаборатория знаний, 2005. 317 с.

6. M.I.Panasyuk, E.N.Sosnovets, O.S.Grafodatsky, V.I.Verkhoturov, Sh.N.Islyaev. First results and perspectives of monitoring radiation belts. Workshop on Radiation Belts Models and Standarts. 17-20 Oct, 1995, Brussel, Belgium, Abstracts, 1995, p.22.

7. Эффект низкой мощности дозы в КМОП ИМС / В.А.Болисов, В.И.Верхотуров, В.Д.Попов, А.В.Сизов / Радиационная стойкость бортовой аппаратуры и элементов космических аппаратов. Материалы

8. Всесоюзной научно-технической конференции. Томск. 25-27июня. — 1991г.- С. 70-71.

9. McLean F .В. Boesch Н.Е. Oldham T.R. Electron-hole generation, transport, and trapping / / Ionizing Radiation Effects in MOS Devices & Circuits," ed. by T-P. Ma and Р.У. Dressendorfer, John Wiley and Sons, (1989).

10. Fleetwood D. M. Winokur P. S. Riewe L. C. Predicting switched-bias response from steady-state irradiations / / IEEE Trans. Nucl. Sci 1990. У. 37. -P. 1806.

11. McLean P. В. A framework for understanding radiation-induced interface states in Si02 MOS structures // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1980. - У.27. -P.1651.

12. Accounting for Time Dependent Effects on CMOS Total-Dose Response in Space Environments / D. M. Fleetwood, P. S. Winokur, С. E. Barnes, D. C. Shaw // Radiat. Phys. Chem. 1994. - У. 43. - P. 129.

13. Total-dose radiation and annealing studies: implications for hardness assurance testing / P.S. Winokur, F.W. Sexton, J.R. Schwank, D.M. Fleetwood, Р.У. Dressendorfer, T.F.Wrobel, D.C. Turpin // IEEE Trans. Nucl. Sci. -1986.- У.33.- P.1343.

14. Johnston A. H. Super recovery of total dose damage in MOS devices // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1984. - У. 31. - P. 1427.

15. Бердичевский Б. Е. Вопросы обеспечения надежности радиоэлектронной аппаратуры при разработке. М.: Сов. радио, 1977. - 384 с.

16. Rose М. A. Nuclear Hardening of Weapon Systems. Defence Electronics, 1979, p,p. 13-17.

17. Rickets L. W. Fundamentals of Nuclear Hardening of Electronic Equip-ment. N. У.: Wiley-Interscience, 1972. - 548 c.

18. Larin P. Radiation Effects in Semiconductor Devices. N. У., John Wiley and Sons Inc., 1968, 292 p.

19. Коршунов Ф. П. И др. Радиационные эффекты в полупроводниковых приборах / Ф.П. Коршунов, Г.В. Гатальский, Г.М. Иванов М.: Наука и техника, 1978. - 232 с.

20. Влияние облучения на материалы и элементы электронных схем: Пер.с англ./Под ред. В. Н. Быкова, А.С.Соловьева.- М.: Атомиздат, 1967. -427 с.

21. Transistors Data Books, Electronics Information Series, 1979, etc.-552 c.

22. Diode Data Books, Electronics Information Series, 1978, etc. 503 c.

23. Thyristors Data Books, Electronics Information Series, 1979, etc. 366 c.

24. Гребен А. Б. Проектирование аналоговых интегральных схем / Пер. с англ. Под ред. Е. X. Караерова. М.: Энергия, 1976. - 215 с.

25. Першенков B.C. Поверхностные радиационные эффекты в элементах интегральных микросхем / В.С.Першенков, В.Д. Попов, А.В. Шальнов. — М.: Энергоатомиздат, 1988. 256 с.

26. Радиационная стойкость материалов радиотехнических конструкций (Справочник)/ Под ред.Н.Н.Сидорова, В.К.Князева М: Сов.Радио, 1976 г. - 568 с.

27. Ширшев Л.Г. Ионизирующие излучения и электроника. — М.: Сов.Радио, 1969.- 191 с.

28. Крейнин Л.Б., Григорьева Г.М. Солнечные батареи в условиях воздействия космической радиации. М.: ВИНИТИ, 1979. - Т. 13. - 128 с.

29. Действие проникающей радиации на изделия электронной техники /В.М.Кулаков, Е.А.Ладыгин, В.И.Шаховцев и др.; Под ред Е.А.Ладыгина М.: Сов.Радио, 1980. - 224 с.

30. Новые наукоемкие технологии в технике: Энциклопедия: Т.6. Воздействие космической среды на материалы и оборудование космических аппаратов/ Редакторы: Л.С.Новиков, М.И.Панасюк. -М.:

31. Raymond J.P., Petersen E.L. Comparison of neutron, proton and gamma ray effects in semiconductor devices. //IEEE Nrans. on Nucl. Sci. 1987. Vol. NS-34. No 6. P. 1622-1628.

32. Попов В.Д. Исследование радиационных эффектов в МОП приборах с использованием ИРТ МИФИ //Инженерная физика. — 2007. — №2. -С.81-87.

33. Jenkins W.C., Martin R.L. A comparison of method for simulation low dose-rate gamma ray testing of MOS devices.// IEEE Trans, on Nucl. Sci. 1991. Vol.NS-38. No 6. P.1560-1566.

34. G.J.Brucker. Exposure dose - rate - dependence for a CMOS/SOS memory.-IEEE Trans, on Nucl. Sci. 1981. Vol.NS-28. No 6. P.4056-4059.

35. Van Vonno N. An update on low dose rate effects in Intersil parts.- Intersil Corp. 2005.

36. Попов В.Д. Вероятность безотказной работы ИС при различных «запасах» по дозе ионизирующего излучения.// Радиационная стойкость электронных систем «Стойкость-2001 ».-М.: СПЭЛС,2001.-Вып.4.-С.29-30.

37. РД 11 1003-2000. Изделия полупроводниковой электроники. Метод прогнозирования надежности в условиях низкоинтенсивного ионизирующего облучения. СПб.: РНИИ «Электронстандарт», 2000. - 27 с.

38. Першенков B.C. и др. Поверхностные радиационные эффекты в элементах интегральных микросхем / В.С.Першенков, В.Д.Попов, А.В. Шальнов -М.: Энергоатомиздат, 1988.

39. Buchman P. Total dose — hardness assurance for microcircuits for space environment/- IEEE Trans, on Nucl. Sci. 1986. Vol. NS-33. No 6. P.1352-1358.

40. Зыков B.M., Юнда H.T., Шеремет А.В. Разбраковка КМОП ИС по стойкости на основе многопараметрической модели дозового изменения критериального параметра // Радиационная стойкость электронных систем. «Стойкость-2004». М.: МИФИ, 2004. - Вып. 7. - С. 91-92.

41. Бечина И.А., Попов В.Д. Прогнозирование отказов КМОП ИС с помощью метода рабочих областей: Препринт 084-88. М.: МИФИ, 1988.

42. Попов В.Д. Проблемы и возможности применения коммерческих интегральных схем в военной и космической технике // Chip News. 1999. № 5(38). - С.28-32.

43. MayersD.K. Ionizing radiation effects on various commercial NMOS microprocessors. // IEEE Trans, on Nucl: Sci: 1977. Vol:NS-24. No' 6. P.2169-2171.

44. Current single event effects and radiation damage results for candidate spacecraft electronics./ Martha; V.O'Bryan at al;//NASA/GSFC. Radiation Effects and Analysis home page, http://radhome.gsfc.nasa.gov.

45. Николаев Ю.М., Руднев Г.П., Недорезов O.B. Радиационная стойкость ИЭТ на основе, МОП-структур в зависимости- от мощности дозы ионизирующих излучений. Отчет НПО «Спурт», 2000 г.

46. С.А.Полевич, А.Ю. Никифоров, Г.Н.Кобызев, В.Н.Безбородов. Оперативный контроль; радиационной стойкости ИС серии 1526 ОКБ «Экси-тон» // Радиационная стойкость электронных систем «Стойкость-99» -М.: СПЭЛС-11ИИГ1, 1999. - Вып.2. - С.33-34.

47. Способ разделения интегральных микросхем по радиационной стойкости и надежности / Анашин B.C., Попов В.Д. -№ 2311654 // Изобретения (Бюллетень).- 2007. №33

48. Способ разделения интегральных микросхем по радиационной стойкости и надежности / Анашин B.C., Попов В.Д. — № 2254587 // Изобретения (Бюллетень). 2005: №17.

49. Анашин В;С., Попов В.Д. Экспериментально-аналитический метод не-разрушающего контроля характеристик радиационной стойкости КМОП

50. БИС// Двойные технологии № 3 (Секция "Инженерные проблемы стабильности и конверсии" Российской инженерной академии), 2005.

51. Winjcur P.S. Shaneyfelt M.R., Meisenheimer T.L., Fleetwood D.M. Advaced qualification techniques. IEEE Trans, on Nucl. Sci., v. NS-41, №3, 1994, p.538-548.

52. Pease R.L. Total-dose issues for Microelectronic in Space Systems. IEEE Trans, on Nucl. Sci., v. NS-43, №2, 1997, p.442-452.61. ASTM STD E 1250-88.

53. Garth J.C. An algorithm for calculating dose profiles in multi-layered devices using a personal computer. IEEE Trans, on Nucl. Sci., v. NS-33, №6, 1986, p. 1266-1270/

54. Попов В.Д. Пострадиационный эффект в ИС. Неразрушающий контроль качества ИС // Электроника: наука, технология, бизнес. 2002. — №4. — С.36-39.

55. Попов В.Д., Ройзин Н.М. Роль ионизации в образовании поверхностных состояний: Микроэлектроника. М.: 1973. -Том 2. — Вып.6. — С.560-564.

56. Вихрев Б.И., Герасименко Н.Н., Лебедев Н.Н. Исследование радиационных структурных нарушений в пленках Si02 методом ЭПР: Микроэлектроника. -М.: 1977. -Том 6. Вып.1. - С.71-74.

57. Radiation-induced hole trapping and interface state characteristics of Al-gate and poly-gate MOS capacitors.//IEEE Trans, on Nucl. Sci. 1985. Vol. NS-32. No 6. P.3929-3934.

58. Поливанов А.П., Попов В.Д. Исследование восстановления работоспособности элементов СБИС после воздействия ионизирующего излучения // Приборы и системы управления. — 1999. — №8. — С.21-22.

59. Попов В.Д. Пострадиационный эффект в ИС. Неразрушающий контроль качества ИС// Электроника: наука, технология, бизнес. 2002. —№4. -С.36-39.

60. Попов В.Д. Подход к прогнозированию работоспособности интегральных схем на 10 и более лет //Вопросы атомной науки и техники. Сер. Физика радиационного воздействия на аппаратуру. — М.: ЦНИИ Ато-минформ, 1999. -Вып. 1 -2. С. 161 -167.

61. Зайдель А.Н. Ошибки измерения физических величин. — JL: Наука, 1974.

62. Першенков B.C. и др. Поверхностные радиационные эффекты в элементах интегральных микросхем / В. С.Першенков, В.Д.Попов, А.В.Шальнов. М.: Энергоатомиздат, 1988.

63. Анашин B.C. Сплошной неразрушающий контроль радиационной стойкости зарубежной КМОП ЭКБ в ФГУП НИИ КП // Радиационная стойкость электронных систем — «Стойкость-2005». — М.:МИФИ, 2005.

64. Анашин B.C., Кузнецов А.С., Попов В.Д. Исследование радиационной стойкости флеш-памяти после облучения и отжига // Научная сессия МИФИ2005. М.: МИФИ, 2005. -Том 1

65. Анашин B.C. Технология отбора образцов требуемой радиационной стойкости при использовании коммерческой (индустриальной) ЭКБ // Радиационная стойкость электронных систем — «Стойкость-2003».— М.: МИФИ, 2003.

66. Анашин B.C., Кузнецов А.С., Попов В.Д. Повышение срока функционирования МОП ИМС методом принудительного отключения питания // Научная сессия МИФИ-2007: Сб. научных трудов. — М., 2007.—Том 1.

67. Мырова Л.О., Анашин B.C. Проблема создания современных систем связи устойчивых к воздействию электромагнитных излучений // Электросвязь. 2007. - № 9. - С. 32-35.j41

68. Анашин B.C. Метод контроля дозовой стойкости элементов телекоммуникационных систем к воздействию ионизирующих излучений космического пространства // Технологии ЭМС. 2007. - № 3 (27). - С.55-60.