автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Разработка средств автоматизации проектирования комплементарных микросхем с учетом статических видов радиации космического пространства

На правах рукописи

РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОМПЛЕМЕНТАРНЫХ МИКРОСХЕМ С УЧЕТОМ СТАТИЧЕСКИХ ВИДОВ РАДИАЦИИ КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА

05.13.12 — Системы автоматизации проектирования

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж — 2006

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежская государственная лесотехническая академия»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Зольников Владимир Константинович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Питолин Владимир Михайлович

кандидат технических наук Панюшкин Николай Николаевич

Ведущая организация Федеральное государственное унитарное

предприятие «НИИ Электронной техники» (г. Воронеж)

Защита диссертации состоится 22 декабря 2006 г. в Ю00 на заседании диссертационного совета Д 212.034.02 при Воронежской государственной лесотехнической академии по адресу: 394613, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8, ауд. 118.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежской государственной лесотехнической академии.

Автореферат разослан 17 ноября 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета ' ^У) В.К. Курьянов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Расширение сферы применения элементной базы в различных системах управления и контроля космических летательных аппаратов требует создания целого класса микросхем, стойких к радиации. При этом одной из основных проблем является моделирование радиационных эффектов в процессе проектирования, которое в своем развитии прошло длительный путь от относительно простых моделей до достаточно сложных, учитывающих локальные микродозиметрические эффекты.

Развитие моделей связано с несколькими причинами: общим развитием уровня технического прогресса и совершенствованием технологического процесса, который приводит к уменьшению проектных норм и увеличению степени интеграции изделий, внедрению новых технологий; пересмотром требований по составу и параметрам ионизирующий излучений (ИИ), вследствие уточнения реальной радиационной обстановки, введением новых видов излучения из-за изменения условий эксплуатации.

В настоящее время моделирование радиационных эффектов требует существенной коррекции вследствие того, что в электронной промышленности произошли коренные преобразования, обусловленные резким уменьшением проектных норм, созданием сверхбольших интегральных микросхем (СБИС), включая современные системы на кристалле (СнК), что привело к усилению влияния физических процессов, в том числе и радиационного характера, степень проявления которых была пренебрежимо мала.

Кроме того, изменение орбит полетов космических летательных аппаратов, связанное с планированием долгосрочных космических экспедиций, ужесточение требований по надежности и продолжительности функционирования аппаратуры в условиях ионизирующего излучения космического пространства привели к изменению параметров известных и введению новых видов радиационных воздействий в существующую нормативно-техническую документацию. В частности был принят новый комплекс государственных стандартов «Климат-7», в котором скорректированы параметры «традиционных» видов излучения и введены новые.

Поэтому известные программные комплексы, системы и подсистемы, предназначенные для автоматизированного проектирования элементной базы с учетом радиационных воздействий потребовали пересмотра физических процессов, уточнения существующих и создание новых моделей радиационных эффектов, разработки алгоритмического и программного обеспечения.

Таким образом, для создания радиационно-стойких микросхем в области теории и разработки САПР были выдвинуты актуальные задачи, которые потребовали комплексного подхода к их решению, начиная от совершенствования физических моделей процессов и заканчивая математическим обеспечением и программной реализацией.

Диссертация выполнена по программам важнейших работ Министерства образования и науки по планам НИР и ОКР НПП «Микротех»: «Салон», «Форзац», «Разводчик», «Танк-5», «Трикута», «Истра-7» и др., а также в соответствии с межвузовской научно-технической программой И.Т.601 «Перспективные информационные технологии в высшей школе» и научному направлению Воронежской государственной лесотехнической академии (ВГЛТА) «Разработка средств автоматизации управления и

проектирования (в промышленности)», «Разработка математического обеспечения проектирования СБИС двойного назначения» № ГР 1528/100031.

Цель работы состоит в создании комплекса методов, моделей, алгоритмов и программных средств моделирования статических радиационных воздействий космического пространства для проектирования специализированных КМОП СБИС.

Для ее достижения необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ современного состояния средств автоматизации проектирования, учитывающих воздействие ионизирующих излучений факторов космического пространства, определить проблемы и направления их развития;

2. Сформулировать требования, определить целевые задачи и методику проектирования специализированных КМОП СБИС космического назначения;

3. Обосновать выбор структуры проблемно-ориентированной программной платформы автоматизации проектирования специализированных КМОП СБИС космического назначения;

4. Разработать математические модели радиационных физических процессов в КМОП СБИС при воздействии статических видов излучения космического пространства;

5. Разработать алгоритмическое обеспечение расчета стойкости КМОП СБИС, провести программную реализацию разработанных средств и их интеграцию в единую программную среду проектирования КМОП СБИС космического назначения;

6. С помощью разработанных средств разработать типовую библиотеку элементов КМОП СБИС, на основе которой провести проектирование радиационно-стойких микросхем, и, таким образом, осуществить опытную эксплуатацию предложенных средств и оценить экономическую эффективность.

Методика исследования. Для решения поставленных задач использованы: теория автоматизации проектирования, методы вычислительной математики, прикладной статистики, физические методы исследования поведения микросхем в условиях ионизирующего излучения, элементы теории системного анализа, а также теория построения программ; методы модульного, структурного и объектно-ориентированного программирования, вычислительные эксперименты.

Научная новизна. В результате проведенного исследования получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:

- методика автоматизации проектирования специализированных КМОП СБИС космического назначения, отличающаяся возможностью проектирования долговременных радиационных эффектов космического характера для современных изделий микроэлектроники в соответствии с КГС «Климат-7»;

- математические модели деградационных процессов в полупроводниковых структурах, позволяющие учесть радиационные эффекты субмикронных технологий высокой степени интеграции для комплекса воздействующих факторов статических излучений космического пространства в соответствии с КГС «Климат-7»;

- математические модели прогнозирования поведения типовых элементов КМОП СБИС, отличающиеся возможностью моделирования радиационных эффектов статического космического излучения в соответствии с требованиями КГС «Климат-7» с учетом современных конструктивных решений субмикронных технологий, универ-

сальностью и адекватностью описания их характеристик на всех этапах иерархического процесса проектирования;

- алгоритмы прогнозирования работоспособности СБИС в условиях ИИ космического характера и программное обеспечение автоматизированного определения показателей стойкости, а также их зависимости от уровней воздействующих факторов ИИ.

Практическая значимость и результаты внедрения. На основе предложенных решений созданы и внедрены программные средства комплексной автоматизации проектирования радиационно-стойких КМОП СБИС в ОАО «ВЗПП-С» и НПП «Мик-ротех».

Разработанный комплекс методов, моделей, алгоритмов и программное обеспечение позволяют существенно расширить класс решаемых прикладных задач по радиационной стойкости. Основной практический вывод диссертационной работы заключается в создании средств проектирования современной высокоинтегрированной элементной базы, учитывающих статические виды радиации космического характера, реализованные на единой методологической платформе, что позволяет распространить их на предприятиях аналогичного профиля.

На основе предложенных средств создана типовая библиотека элементов радиа-ционно-стойких СБИС, которая позволила осуществить проектирование нескольких серий современных СБИС, имеющих высокий уровень стойкости.

Полученные результаты позволили создать программно-аппаратные комплексы, которые эффективно используются для проведения лабораторных работ, курсового и дипломного проектирования, подготовки аспирантов, соискателей, а также для непрерывной переподготовки специалистов в ВГТУ на кафедре САПРИС.

Апробация работы. Научные результаты и положения диссертационной работы были представлены и обсуждались на научно-технических конференциях и совещаниях по выполнению НИР и ОКР на головных предприятиях электронной промышленности.

Основные результаты работы докладывались на: международных научно-технических конференциях «Системные проблемы надёжности, качества, информационных и электронных технологий» (Москва 2005, 2006); «Математические методы в технике и технологиях» (Воронеж, 2006); «Высокие технологии энергосбережения» (Воронеж, 2006); «Современные проблемы создания технических средств противодействия терроризму и преступности» (Воронеж, 2006); российских конференциях ««Интеллектуальные информационные системы» (Воронеж, 2005, 2006); «Стойкость-2006» (Москва, 2006).

Публикации результатов работы. По теме диссертации опубликовано 21 печатная работа, включая 4 работы, опубликованные в журналах, рекомендованных ВАК, монографию.

Девять работ написаны без соавторов. В работах, выполненных в соавторстве, автору принадлежит более 50% процентов материала по основным научно-техническим решениям и эффективности их реализации.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованных источников. Материал диссертации изложен на 142 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, формулируется цель, научная новизна и практическая ценность полученных результатов.

В первом разделе проведен анализ применения микросхем в аппаратуре космических летательных аппаратов; радиационной обстановки космического пространства и связанных с ней физических процессах в комплементарных микросхемах; состояния средств автоматизации проектирования микроэлементной базы. Рассмотрены проблемы моделирования воздействия космического излучения на элементную базу и поставлена задача исследования.

Анализ применения элементной базы в космической аппаратуре позволил определить, что в настоящее время широкое распространение имеют изделия микроэлектроники на основе комплементарной (КМОП) технологии, которая обеспечивает наилучшие интегральные показатели: широкий спектр функциональных возможностей, низкая потребляемая мощность, простота и технологичность изготовления и др. Однако, эта технология в ряде случаев не может обеспечить необходимую радиационную стойкость. Для решения проблемы создания стойких к радиационному воздействию изделий был проведен анализ радиационной обстановки космического пространства и связанных с ней эффектов.

Он позволил определить, что основными факторами, воздействующими на элементную базу, являются: электроны и протоны радиационных поясов Земли, солнечные космические лучи, галактические космические лучи, отдельные заряженные частицы. При этом, основным радиационным эффектом в КМОП ИС при воздействии факторов космического пространства является деградация электрических и функциональных характеристик вследствие накопления радиационно-индуцированного заряда в диэлектрических структурах (поверхностные радиационные эффекты), которые создаются ионизационной составляющей указанных воздействий.

Степень проявления данных эффектов в значительной мере зависит от конструктивно-технологических особенностей изготовления микросхем и параметров ионизирующего излучения.

Учитывая то, что электронная промышленность — очень динамическая отрасль, технологии изготовления и конструктивные решения проектирования элементной базы изменяются очень быстро. Так за последние 30 лет ее развитие характеризуется увеличением числа транзисторов на кристалле в 4 раза каждые три года, диаметра пластин -в 2 раза каждые 15 лет, площади кристалла в 2,3 раза каждые 6 лет, стоимости производства в 2 раза каждые три года (при неизменности производственной стоимости 1 кв. см кремния), уменьшением минимальных проектных норм в 2 раза каждые 6 лет.

На сегодняшний день проектные нормы составляют 0,1-0,05 мкм и позволяют размещать на одном кристалле до 40 млн. транзисторов для схем с нерегулярной структурой и до 500 млн. транзисторов для схем с регулярной структурой. Для отечественной промышленности эти нормы составляют 0,35мкм, ведутся разработки по уменьшению их до 0,13-0,18 мкм. Кроме того, в настоящее время изменились и условия эксплуатации изделий, связанные с более интенсивным освоением космоса.

Это привело к тому, что физические явления, которые ранее были не существенны, стали значительными, а в ряде случаев и доминирующими. Поэтому потребовалось модифицировать и вводить новые физические модели процессов, которые в дальнейшем необходимо включать в САПР сквозного проектирования.

Анализ современных зарубежных средств автоматизации проектирования показал, что их разработчики вкладывают огромные денежные средства в совершенствование аппаратного, математического, информационного и программного обеспечения для учета новых физических процессов и явлений, которые стали проявляться в современных СБИС, в том числе и радиационных эффектов. Однако, несмотря на то, что они предлагают свои программные продукты, приобрести современное проблемно-ориентированное программное обеспечение практически невозможно. Ведущие зарубежные фирмы считают, что такой подход позволит им сохранить лидерство в ближайшей и долговременной перспективе. Даже создавая совместные предприятия в тех странах, которые целенаправленно проводят политику на создание национальной элементной базы, эти фирмы стремятся максимально сохранить за собой ведущую роль.

Поэтому единственной возможностью создания радиационно-стойкой элементной базы космического назначения является разработка собственных средств проектирования, которые учитывали данные явления. При этом одним из ключевых моментов модификации САПР является новый подход к физической стороне процессов, протекающих в СБИС, отработке методов проектирования на схемотехническом уровне, разработке алгоритмического и программного обеспечения. Поэтому поставлена задача разработки средств автоматизации проектирования изделий микроэлектроники с учетом статических видов радиации космического пространства

Во втором разделе определена методика автоматизированного проектирования микроэлементной базы, стойкой к воздействию космического излучения; требования и структура проблемно-ориентированного программного обеспечения; предложены соотношения расчета дозы факторов космического пространства, позволяющие свести все многообразие радиационного воздействия к единому фактору — дозе на основе эквивалентности их воздействия.

Для создания КМОП микросхем, стойких к воздействию факторов космического пространства, предложена методика автоматизации проектирования, отличающаяся учетом радиационных эффектов в зависимости от конструктивно-технологических особенностей изготовления, характерных для современных СБИС и обеспечивающая проектирование микросхем в соответствие с КГС «Климат-7». Данная методика проектирования КМОП БИС с учетом руководящего материала «Правила проектирования для технологического процесса АТ-12ДМ и АТ-200М БР ОМ» легла в основу отраслевых руководящих документов и материалов.

В этой методике вначале осуществляется поведенческое моделирование, проводится выбор оптимальной логической структуры типовых элементов за счет применения алгоритма минимизации покрытия логических функций.

Затем проводится анализ микросхемы на тестопригодносгь, синтез логической схемы и предварительная логическая верификация. При этом каждый элемент моделируется со средними значениями характеристик, определенными для требуемых значений уровней радиационного воздействия. После этого осуществляется преобразование логического базиса

в схемотехнический.

Далее выполняется разработка электрической схемы реализации блоков в зависимости от выбранных базовых топологических ячеек. Схемотехническое моделирование выполняется в два этапа: до проектирования топологии и после него. Второй этап выполняется с учетом паразитных элементов схемы, полученных автоматически, с помощью программ экстракции, поставляемых в комплекте с программами схемотехнического моделирования. В зависимости от сложности проекта циклы схемотехнического моделирования и проектирования топологии могут выполняться на разных уровнях иерархии проекта, чередуясь с этапами верификации топологии и коррекции электрической схемы. Схемотехническое моделирование выполняется с учетом технологического разброса параметров компонентов СБИС.

В ходе схемотехнического моделирования определяются времена переключения типовых элементов, нагрузочных способностей, помехоустойчивости, в том числе и за счет радиационного воздействия, температуры и других внешних факторов. Это позволяет получить «реальными» значения задержек, нагрузочных способностей и параметров моделирования, соответствующих определенным внешним воздействующим факторам: дозе радиации, температуре и т.п.

Затем производится верификация электрической схемы путем расчетов узлов в ней по SPICE подобным программам.

Учитывая то, что вычислительные возможности не позволяют провести верификацию всей схемы на схемотехническом уровне, проводится повторная функционально-логическая верификация, генерация тестов, поиск и анализ дефектов уже с реальными параметрами элементов, соответствующими их деградации при определенных уровнях облучения, температуре окружающей среды и т.п.

Наконец, проводится генерация тестов и анализ дефектов. Результатом проектирования является библиотека типовых элементов на различных иерархических уровнях проектирования, на основе которой создается топология в виде управляющей информации, которая передается на кремниевую фабрику для производства СБИС.

В ходе работы определены требования к программному обеспечению проектирования радиационно-стойкой элементной базы космического назначения: ориентация на применение современных информационных технологий и программных средств на всех этапах проектирования; соответствие программного обеспечения классу решаемых задач и обеспечение функциональной полноты при проектировании современной элементной базы космического назначения; обеспечение внешней и внутренней интеграции объектно-ориентированной прикладной платформы; унификация программного обеспечения; простота развития, освоения и использования непосредственно на рабочих местах специалистами предприятия.

На основе вышеуказанных требований, разработанной методике проектирования предложена структура проблемно-ориентированной прикладной программной платформы. Она должна включать программные блоки: управляющий, функционально-логического моделирования, схемотехнического моделирования, лингвистический, диалоговой обработки, графический редактор, средств расчета физических процессов в полупроводниковых структурах (определение дозы в зависимости от вида ионизирующего воздействия, параметров полупроводниковых структур и элементарных комполентов транзисторов, резисторов, конденсаторов), модулей расчета параметров типовых элемен-

7

тов (И, ИЛИ, НЕ, инверторов и т.п.) при радиационном воздействии, анализа тестопри-годности, генерации тестов, анализа дефектов.

При моделировании радиационных физических процессов в качестве основного единичного элемента выбран МОП-транзистор, определены все его параметры, изменяющиеся в процессе и после воздействия ионизирующего излучения. В качестве типового элемента выбран основной логический элемент «инвертор» со следующими характеристиками: длина n-канального транзистора - 1 мкм; ширина n-канального транзистора - 10 мкм; длина р-канального транзистора - 1.2 мкм; ширина р-канального транзистора - 10 мкм. Различное сочетание инверторов позволяет получить основные стандартные элементы И, ИЛИ, НЕ, и в дальнейшем реализовать весь схематический и функционально-логический базис.

При моделировании долговременных изменений характеристик МОП-транзисторов сдвиг порогового напряжения при радиационном облучении можно рассматривать как результат протекания процессов, инициированных генерацией электронно-дырочных пар в объеме подзатворного диэлектрика. Влиянием структурных повреждений, вносимых при облучении, можно пренебречь, поскольку данные эффекты начинают заметно проявляться при уровнях доз, при которых уже происходит отказ облучаемого изделия вследствие протекания процессов, связанных с ионизацией.

Поэтому факторы космического пространства рассматриваются с точки зрения ионизационных потерь энергии ядерных частиц космического пространства. Моделирования воздействия этих видов излучений можно осуществить исходя из критерия эквивалентности по ионизационной составляющей поглощенной дозы

wr =w3 =wp

ион ион ион

где WfOH- ионизационная составляющая поглощенной дозы гамма излучения, W*OH - ионизационная составляющая электронного потока, - ионизационная составляющая протонного потока.

В третьем разделе рассмотрены математические модели радиационно-индуцированного накопления заряда в транзисторной структуре и моделирование статических видов космического излучения на схемотехническом и функционально-логическом уровне.

Типовую транзисторную структуру, изготовленную по КМОП-технологии и имеющую локальное окисление кремния (LOCOS) или изоляцию с использованием поверхностных канавок (STI), предложено рассматривать как структуру, состоящую из двух транзисторов основного и паразитного — возникающего при статическом радиационном воздействии.

Методология моделирования накопления заряда в диэлектрике КМОП-транзистора с учетом эффектов в полевом оксиде сводится к следующему: во-первых, рассчитывается накопление заряда в подзатворном диэлектрике, во-вторых, моделируется накопление заряда в диэлектрике паразитного транзистора на периферии основного транзистора; в-третьих, определяются параметры основного и паразитного транзисторов с учетом накопления заряда в диэлектрических слоях при радиационном облучении, после чего с помощью схемотехнических расчетов определяются суммарные характеристики этих транзисторов.

Моделирование накопления заряда в диэлектрике при воздействии радиации сводится к решению следующей системы:

= -±^рРМЕМ - Фгй, + ЛЕМ)е0Р -

- (к1 А(х, 0 + к2 Ы$т (х, I) + кг Ы8ЮН (х, /))р(х, 0 + Г

+ Мо1(х,1)-

а е г+арТ2е~Е''^

(1)

д ф(х,1) дЕ(х,1) <7о ,, , ч ч »г , ч>

, =--^ = - — IV«» (*> 0 + р{х, 0 + N (х, о:;

дх1 дх ее0 "

Е(х, 0 = -

ЭфСМ) . дх

дА(х,р Ы

81

дК5ЮН(х,1) 5/

= ~{Крел+\)кхР{х,1)А{х,0-, = -к2р(х,1)м$ш(х, 0; = -кгр(х,1)Изюн (х,0;

5/

-МоЛх>0

1 0 + дЫ8Ш(х,Ъ + эл^оя (х, О

д1

Э/

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

дх

злг „♦(*„/)

= 0; лг+('<».') = о;

(9)

(Ю) (И)

где р(х,1) — концентрация свободных дырок, _/{Е(х,1)) - выход заряда, который определяется как доля дырок, избежавших начальной рекомбинации и является функцией от электрического поля в оксиде, Р — мощность дозы; — подвижность дырок в

БЮг; (рт=кТ/— тепловой потенциал; Е(х, I) — распределение напряженности электрического поля в БЮг, , go — эффективность ионизации; М01(х, I) — распределение концентрации заряженных Е'-центров по толщине оксида в момент времени /; А(х,0 — концентрация неравновесных состояний; ки к2, к2, 3,- константы; (х,0 — распре-

деление комплексов ¡-ОН по толщине подзатворного диоксида кремния; — распределение комплексов =81—Н по толщине подзатворного диоксида кремния; — подвижность протонов в (х,1) — распределение концентрации протонов по

толщине оксида в момент времени (; е0 = 8,85-10~14 Ф/см — диэлектрическая константа; <70 — элементарный заряд; £ — относительная диэлектрическая проницаемость ок-(2т* Г"2

сида, г = 1—— Е/ I ; а — частота попыток вылета электронов через потенциальный

барьер: т* — эффективная масса электрона внутри барьера; Е, — энергетический уровень ловушки (для типовых значений глубины залегания ловушек в запрещенной зоне диоксида значения параметров, можно оценить как а «5-1012 с"1; г» 0,1-0,2 нм); ар — константа, зависящая от сечения захвата ловушки, для которой можно записать

В качестве начальных условий для заряженных Е'-центров используются исходные распределения концентрации Ы0,(х, 0), А(х, 0), Л^/Х-Х, 0) и Л^о/Х*» 0). Последнее слагаемое в правой части уравнения непрерывности для дырок (1) учитывает увеличение концентрации дырок вследствие релаксации накопленного заряда посредством термоэмиссии и туннелирования, а последнее слагаемое в правой части уравнения непрерывности для заряженных Е'-центров учитывает снижении их концентрации за счет этих же процессов. Данная система решается численно, при этом производные заменяются конечным разностями.

Решением данной системы является распределение концентрации заряженных Е'-центров. После этого рассчитывается заряд диэлектрика в соответствии с выражением:

*1

Моделирование накопления заряда в диэлектрике паразитного транзистора может быть получено по формуле

ар = 2Л(2т1?'г ёт*а,рк2 I.

(12)

(13)

Заряд, обусловленный поверхностными состояниями по формуле

Последний сомножитель -учитывает изменение толщины полевого оксида

периферийной области, в частности, в области «птичьего клюва», где полевой оксид имеет переменную величину, которая будет меняться по закону

*шау) = 'ьЛу) + *ох = (ь~у)1'- + ,ог, (15)

где Ьи^- длина и толщина области «птичий клюв» соответственно.

Полученные значения зарядов позволяют рассчитать изменение порогового напряжения и подвижности.

Изменение порогового напряжения определяется выражением:

А У,/, = А Уы + Д Г„, (16)

где А У,и — изменение порогового напряжения; А Уы — сдвиг порогового напряжения, обусловленный накопленным в оксиде зарядом; АУ„ — сдвиг порогового напряжения, обусловленный накопленным зарядом поверхностных состояний.

Рост числа поверхностных состояний приводит к снижению подвижности носителей заряда в канале транзистора. В общем случае деградация подвижности при накоплении поверхностных состояний описывается соотношением

ц =-^-, (17)

где ц0 — значение подвижности до облучения; а — постоянная.

По полученным значениям порогового напряжения и подвижности пересчиты-ваются все параметры моделей в соответствии с соотношениями, используемыми в модели транзистора для программ схемотехнического моделирования РБРЮЕ. При этом характеристики паразитного транзистора могут быть рассчитаны исходя из известных конструктивно-технологических характеристик и топологических размеров элементов, затем осуществляется моделирование на схемотехническом уровне.

Моделирование на функционально-логическом уровне проводится для переходных и установившихся процессов. В моделях анализа переходных процессов и (или) процессов прохождения сигналов по цепям из логических элементов с учетом задержек переменные рассматриваются как функции времени.

Здесь используется относительное время I, равное отношению абсолютного времени к длительности такта Т и измеряемое в числе тактов. Длительность Т выбирается исходя из требований к точности воспроизведения задержек в моделируемых схемах. Модель элемента описывается уравнением

V' = Р(У, и) (18)

где и = и (0 — вектор входных переменных; V — вектор выходных и внутренних переменных, относящийся к моменту времени I; V' — то же, но относящийся к моменту времени 1+т, где т — задержка распространения сигнала в элементе.

Данные модели являются асинхронными и обеспечивают получение достаточно полной информации о процессах прохождения сигналов в схемах, однако их использование сопровождается значительными затратами машинного времени.

Модели анализа установившихся состояний (синхронные), в которых переменные не рассматриваются как функции времени, представлены системой логических уравнений, получающаяся из (18) при отождествлении V и V':

V=F(V, U) (19)

Математическая модель функциональной схемы представляет собой совокупность математических моделей составляющих ее элементов при отождествлении логических переменных, относящихся к соединяемые входам и выходам элементов.

Переменные в логических уравнениях (18) и (19) являются дискретными величинами. В зависимости от мощности множества M возможных значений этих переменных различают модели различной значности (двухзначные, трехзначные, пятизначные, девятизначные). Созданная библиотека позволяет работать с пятизначными значениями логических переменных М={0,1, X, D, Е}, 0 — значение логического нуля, 1 — значение логической единицы, D — значение сигнала при переключении 1 в 0 (с единичного уровня на нулевой); Е — то же при переключении из 0 в 1; X — неопределенное значение.

Для учета изменения задержек от температуры активных элементов, напряжения питания и дозы радиации рассчитаны функциональные зависимости изменения задержек от температуры внешней среды и определены аппроксимационные зависимости.

Кроме того, воздействие радиации сказывается на нагрузочной способности элемента. Поэтому для каждого элемента рассчитывается реальная нагрузочная способность в зависимости от накопленной дозы, которая в дальнейшем сравнивается с номинальной. Если реальная нагрузочная способность становиться меньше номинальной (требуемой), это воспринимается как отказ схемы.

В работе представлены алгоритмы расчета стойкости изделий к радиационному воздействию, которое включает несколько этапов: расчет накопленной дозы, определение заряда в диэлектрике основного и паразитного транзистора, перерасчет параметров модели транзистора (которые соответствуют накопленной дозе) моделирование на схемотехническом и функционально-логическом уровнях, при котором определяется стойкость изделия. Она соответствует максимальному уровню радиационного воздействия, при котором не наблюдается отказов изделий.

В четвертом разделе рассмотрены структура, особенности построения разработанных средств и их интеграция в САПР сквозного проектирования микросхем, оценка точности и эффективности разработанных средств, методическое обеспечение и результаты внедрения.

В результате проведенных работ созданы средства моделирования радиационных эффектов космического характера, которые реализованы на базе высокопроизводительных серверов Sun Sparc, работающих под управлением операционной системы Unix (Solaris 8 v.7), рабочих станций и X-терминалов с использованием серверов баз данных, и приложений, включающих все необходимое программное обеспечение, объединенных в вычислительную сеть.

Программное обеспечение моделирования радиационных эффектов представляет собой комплекс программ, состоящих из модулей: интерфейс пользователя — INTER; управления комплексом в целом — MONITOR; определения параметров ионизирующего излучения — DMD; расчета дозовых характеристик радиационного воздействия — RAD K; расчета параметров транзисторных структур — PARSTR; модуля расчета параметров транзистора — M_TR; аппроксимации параметров элементов для функционально-логического моделирования — APP_FLM; средств получения электронные обучающие средства — HELP.

Оценка точности математического обеспечения проверялась путем сравнения результатов расчета с экспериментальными данными, полученными на моделирующих установках, а также по результатам испытаний, полученных в реальных условиях эксплуатации ИМС на АЭС, включая имитирование нештатной ситуации.

Расчет проводился на СБИС нескольких серий микросхем, транзисторах и транзисторных сборках - всего более 100 изделий. Результаты расчета в сравнении с экспериментальными результатами показали совпадение, не превышающее погрешность измерений, дозиметрии и технологических разбросов параметров.

Одним из основных важных результатов моделирования является создание иерархической библиотеки типовых и функциональных элементов с учетом радиационного воздействия, включающей более 500 элементов, что позволяет проектировать СБИС любой сложности. На ее основе создана широкая номенклатура микросхем: микропроцессорные комплекты серий 1867, 1882, 1874,1830; БМК серии 1567 и др.

Высокая эффективность разработанных средств подтверждается результатами данных работ. Они рекомендованы к распространении для предприятий аналогичного профиля. Одним из важных результатов является внедрение в Воронежском государственном техническом университет программно-аппаратного комплекса, который используются в учебном процессе студентов и подготовке аспирантов и докторантов.

Экономический эффект от внедрения данных средств составляет несколько миллионов рублей ФГУП «Научно исследовательский институт электронной техники» (г. Воронеж).

В заключении приведены основные результаты диссертационной работы.

Основные результаты работы:

1. Проведён анализ радиационной обстановки в космическом пространстве, физических процессов в КМОП микросхемах, современного состояния средств автоматизации проектирования, учитывающих моделирование радиационных эффектов статических видов излучения космического пространства, определены проблемы и направления их развития.

2. Разработана методика проектирования КМОП СБИС, позволяющая моделировать долговременные радиационные эффекты космического характера с учетом современных конструктивных решений и субмикронных технологий, а также требований комплекса государственных стандартов «Климат-7».

3. Обоснованы требования и выбор структуры проблемно-ориентированной программной платформы автоматизации проектирования специализированных КМОП СБИС, обеспечивших учет радиационных эффектов, требований вновь введенного стандарта «Климат-7» и унификацию программных средств.

4. Разработаны математические модели деградационных процессов в полупроводниковых структурах, позволяющие учесть радиационные эффекты субмикронных технологий высокой степени интеграции для комплекса воздействующих факторов статических излучений космического пространства в соответствии с КГС «Климат-7».

5. Разработаны математические модели прогнозирования поведения типовых элементов КМОП СБИС в условиях воздействия статических ионизирующих излучений космического пространства в соответствии с требованиями КГС «Климат-7» с учетом современных конструктивных решений субмикронных технологий, универсальностью и адекватностью описания их характеристик на всех этапах иерархического процесса проектирования.

6. Разработано алгоритмическое обеспечение расчета стойкости КМОП микросхем в процессе их проектирования, включающее в себя все предложенные математические средства.

7. Разработано методическое обеспечение средств комплексной автоматизации проектирования, проведена программная реализация разработанных средств и их интеграция в единую программную среду проектирования КМОП СБИС космического назначения.

8. С помощью разработанных средств создана библиотека типовых элементов специализированных КМОП СБИС, на основе которой проектируются радиационно-стойкие микросхемы.

9. Проведен расчет типовых представителей КМОП микросхем, который позволил определить их показатели стойкости и причины выхода изделий из строя при радиационном воздействии.

10. Анализ поведения СБИС в условиях радиации позволил создать несколько серий микросхем, с повышенной радиационной стойкостью, которые нашли применение в космических летательных аппаратах и ракетной технике.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Ачкасов, В. Н. Технические средства дизайн центра проектирования универсальных и специализированных радиационно - стойких микросхем [Текст] / В.Н. Ачкасов, А.В.Ачкасов, И.П.Потапов // Приводная техника. - 2006. - №4. — С. 52 -55.

2. Ачкасов, А. В. Моделирование радиационных эффектов в КМОП приборах в САПР [Текст] / А.В.Ачкасов, А.И.Яньков // Приводная техника. - 2006. - №6. - С. 47 - 48.

3. Ачкасов, А. В. Создание отечественной проектной среды разработки микроэлектронных систем [Текст] / А.В.Ачкасов, А.И.Яньков // Приводная техника. - 2006. - №5. -С. 28 - 30.

4. Ачкасов, A.B. Средства автоматизации проектирования радаиционно-стойкой элементной базы [Текст] / A.B. Ачкасов, И.П.Потапов, В.К.Зольников // Вопросы атомной науки и техники. Серия 8. 2006. — Вып.1-2. - С.147 - 149.

Монография

5. Ачкасов A.B. Автоматизация проектирования комплементарных микросхем с учетом статических видов радиации [Текст]: монография / A.B. Ачкасов, В.К.Зольников, К.И.Таперо - Воронеж: Воронеж, гос. ун-т, 2006,- 165 с.

Статьи и материалы конференций

6. Ачкасов A.B., Проблемы проектирования современной радиационно-стойкой элементной базы [Текст] / А.В.Ачкасов // Материалы X Международной конференции «Системные проблемы надёжности, качества, информационных и электронных технологий. -М: Издательство «Радио и связь». - 2005. Часть 1 - С.84 -85.

7. Ачкасов A.B.Алгоритм оценки стойкости микроэлектронных компонентов к специальным факторам [Текст] / А.В.Ачкасов // Информационные технологии моделирования и управления. 2005. - № 7(25). - С.984 - 987.

8. Ачкасов A.B. Задачи развития микроэлементной базы двойного назначения [Текст] / A.B. Ачкасов // Промышленная информатика: Межвузовский сборник научных трудов Воронеж: ВГТУ. - 2005. - С.24-27.

9. Зольников В.К. Задачи автоматизации проектирования современной радиационно-стойкой элементной базы [Текст] / В.К.Зольников, А.В.Ачкасов // Труды всероссийской конференции «Интеллектуальные информационные системы» — Воронеж. Воронежский государственный технический университет. — 2005. -С. 61-62.

10. Ачкасов A.B. Расчет стойкости интегральной микросхемы к воздействию ионизирующего излучения с большой степенью поглощения [Текст] / А.В.Ачкасов, Д.Г.Хорюшин // Материалы X Международной конференции «Системные проблемы надёжности, качества, информационных и электронных технологий. - М: Издательство «Радио и связь». - 2005. Часть 1 - С.83 -84.

11. Потапов И.П. Современное состояние проектирования элементной базы [Текст] / И.П.Потапов, A.B. Ачкасов // Информационные технологии моделирования и управления. 2005. -№ 7(25). - С. 1039 - 1042.

12. Ачкасов A.B. Энергосберегающие технологии создания микроэлементной базы двойного назначения [Текст] / A.B. Ачкасов, В.П.Крюков, Поплавский JI.B. // Материалы международной конференции «Высокие технологии энергосбережения». — Воронеж: Издательство ВГТУ, 2005. С. 11-12.

13. Ачкасов В.Н.Методика определения стойкости изделий микроэлектроники [Текст] / В.Н.Ачкасов // Труды всероссийской конференции «Интеллектуальные информационные системы». — Воронеж. Воронежский государственный технический университет. - 2006.-С. 114-118

14. Ачкасов A.B.Создание микроэлементной базы двойного назначения [Текст] / А.В.Ачкасов // Труды международной конференции «математические методы в технике и технологиях» Воронеж. Воронежская государственная технологическая академия. — 2006. том 10.-С. 174-175.

15. Ачкасов A.B. Оценка стойкости микроэлектронных компонентов [Текст] / А.В.Ачкасов// Материалы Российской конференции «Стойкость-2006». — Москва: МИФИ. -2006,- С.13-14.

16. Ачкасов A.B. Методика проектирования СБИС двойного назначения [Текст] / А.В.Ачкасов // Материалы Международной научно-практическая конференции «Совре-

менные проблемы создания технических средств противодействия терроризму и преступности» — Воронеж: Институт МВД. - 2006.- С. 127-128.

17. Ачкасов A.B. Моделирование тока утечки при радиационных воздействиях для изделий микроэлектроники [Текст] / A.B.Ачкасов // Материалы X Международной конференции «Системные проблемы надёжности, качества, информационных и электронных технологий. -М: Издательство «Радио и связь». - 2006. Часть 1 - С.45.

18. Ачкасов A.B. Технология создания микроэлементной базы двойного назначения [Текст]/ А.В.Ачкасов // Межвузовский сборник научных трудов «Моделирование систем и информационные технологии»,- Воронеж: Издательство «Научная книга» - 2006. Вып.З. 4.2.-С. 192- 193.

19. Крюков В.П. Проектирование радиационно-стойких изделий в САПР ИЭТ [Текст] / В.П.Крюков, А.В.Ачкасов, И.П.Потапов // Материалы Российской конференции «Стойкость-2006». - Москва: МИФИ. - 2006,- С. 127-128.

20. Ачкасов A.B. Моделирование воздействий специальных факторов в изделиях микроэлектроники [Текст] / А.В.Ачкасов, Д.Г.Хорюшин // Материалы X Международной конференции «Системные проблемы надёжности, качества, информационных и электронных технологий. — М: Издательство «Радио и связь». — 2006. Часть 1 - С.46.

21. Хорюшин Д.Г. Моделирование эффекта разогрева, возникающего в элементной базе при воздействии радиации [Текст]/Д.Г.Хорюшин, А.В.Ачкасов//Информационные технологии моделирования и управления. 2006. - № 1(26). - С. 110 - 112.

Просим Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписями, заверенными гербовой печатью, направлять по адресу: 394613, г.Воронеж, ул.Тимирязева, 8, ВГЛТА, ученому секретарю. Тел / Факс (0732)-53-72-40.

Ачкасов Александр Владимирович Разработка средств автоматизации проектирования комплементарных микросхем с учетом статических видов радиации космического пространства Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подп. в печать 9 ноября 2006г. Формат 60*841/18. Обьем 1 п.л. Заказ № 934 Тираж 100 УОП ВГЛТА 394613, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ МИКРОЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ И ИХ ВОЗМОЖНОСТИ ПО УЧЕТУ КОСМИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ.

1.1. виды ионизирующих излучений факторов космического пространства и радиационные эффекты в комплементарных микросхемах.

1.2. Анализ состояния средств автоматизации проектирования микроэлементной базы космического назначения.

1.3. проблемы моделирования воздействия космического излучения на элементную базу. постановка задачи.

Выводы.

2. МЕТОДИКА, СТРУКТУРА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ И ОБОСНОВАНИЕ ТИПОВЫХ БАЗОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ РАДИАЦИОННЫХ ЭФФЕКТОВ ФАКТОРОВ КОСМИЧЕСКОГО

ПРОСТРАНСТВА В САПР СКВОЗНОГО

ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОМПЛЕМЕНТАРНЫХ

МИКРОСХЕМ.

2.1. Методика автоматизированного проектирования микроэлементной базы стойкой к воздействию космического излучения.

2.2 Структура проблемно-ориентированного программного обеспечения.

2.3. Определение базовых критериальных элементов и их параметров при воздействии ионизирующего излучения.

2.4. Расчет дозы при воздействии факторов космического пространства.

Выводы.

3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ИОНИЗАЦИОННЫХ ЭФФЕКТОВ В КМОП-ИЗДЕЛИЯХ В

САПР СКВОЗНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ.

3.1. Общая методология моделирования радиационно-индуцированного накопления заряда в диэлектрике МОП-транзистора с учетом влияния полевого оксида.

3.2. Моделирование накопления заряда в подзатворном диэлектрике транзистора.

3.3. Моделирование накопления заряда в диэлектрике паразитного транзистора, образованного полевым оксидом на периферии основного n-канального транзистора.

3.4. Моделирование статических видов радиации на схемотехническом и функционально-логическом уровнях.

Выводы.

4. ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ, ИНТЕГРАЦИИ В САПР СКВОЗНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ РАЗРАБОТАННЫХ СРЕДСТВ.

4.1. Структура, особенности построения разработанных средств и их интеграция в САПР сквозного проектирования микросхем.

4.2. Оценка точности и эффективности разработанных средств.

4.3. Методическое обеспечение и результаты внедрения.

Выводы.

Актуальность темы. Расширение сферы применения элементной базы в различных системах управления и контроля на космических летательных аппаратах требует создания целого класса радиационно-стойких микросхем. При этом основной проблемой является возможность моделирования радиационных эффектов в процессе проектирования.

Для этого используются различные математические модели радиационных эффектов в зависимости от вида воздействия и иерархического уровня проектирования. Отметим, что эти модели постоянно совершенствуются. Это связано с несколькими причинами: постоянно уменьшаются проектные нормы и степень интеграции изделий, пересматриваются требования по составу и параметрам ионизирующий излучений (ИИ), связанные как с уточнением реальной радиационной обстановке, так и с введением новых видов излучения, зависящими от изменения условий эксплуатации.

В настоящее время моделирование радиационных эффектов требует существенной коррекции, обусловленной тем, что в электронной промышленности произошли коренные преобразования, связанные с резким уменьшение проектных норм, созданием сверхбольших интегральных микросхем (СБИС), включая современные системы на кристалле (СнК), что привело к усилению влияния физических процессов, в том числе и радиационного характера, которые ранее или не проявлялись, или их влияние было пренебрежимо мало.

Кроме того, изменение орбиты полетов космических летательных аппаратов связанные с планированием долгосрочных космических экспедиций, ужесточение требований по надежности и продолжительности функционирования аппаратуры в условиях ионизирующего излучения космического пространства привели к изменению параметров известных и появлению новых видов радиационных воздействий.

Поэтому известные программные комплексы, системы и подсистемы, предназначенные для автоматизированного проектирования элементной базы с учетом радиационных воздействий потребовали пересмотра физических процессов, уточнения существующих и создание новых моделей радиационных эффектов, разработки алгоритмического и программного обеспечения.

Таким образом, для создания радиационно-стойких ИМС в области теории и разработки САПР были выдвинуты актуальные задачи, которые потребовали комплексного подхода к их решению, начиная от совершенствования физических моделей процессов и заканчивая математическим обеспечением и программной реализацией.

Диссертация выполнена по программам важнейших работ Министерства образования и науки по планам НИР и ОКР ФГУП НИИЭТ: «Салон», «Форзац», «Разводчик», «Танк-5», «Трикута», «Истра-7» и др., а также в соответствии с межвузовской научно-технической программой И.Т.601 «Перспективные информационные технологии в высшей школе» и научному направлению Воронежской государственной лесотехнической академии (ВГЛТА) «Разработка средств автоматизации управления и проектирования (в промышленности)», «Разработка математического обеспечения проектирования СБИС двойного назначения» № ГР 1528/100031.

Цель работы состоит в создании комплекса методов, моделей, алгоритмов и программных средств моделирования радиационных воздействий статического характера космического пространства для проектирования специализированных КМОП СБИС.

Для ее достижения необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ современного состояния средств автоматизации проектирования, определить проблемы и направления их развития;

2. Сформулировать требования, целевые задачи и методику проектирования специализированных КМОП СБИС космического назначения;

3. Обосновать выбор структуры проблемно-ориентированной программной платформы автоматизации проектирования специализированных КМОП СБИС космического назначения;

4. Разработать математические модели и алгоритмы моделирования радиационных физических процессов в активных компонентов СБИС при воздействии факторов космического пространства;

5. Разработать алгоритмическое обеспечение расчета деградации параметров типовых элементов и провести программную реализацию разработанных средств и их интеграцию в единую программную среду проектирования КМОП СБИС космического назначения;

6. С помощью разработанных средств разработать типовую библиотеку элементов КМОП СБИС, на основе которой провести проектирование радиа-ционно-стойких микросхем, и таким образом, провести опытную эксплуатацию предложенных средств и оценить экономическую эффективность.

Методика исследования. Для решения поставленных задач использованы: теория вычислительных систем, автоматизации проектирования, физические методы исследования поведения микросхем в условиях ИИ, элементы теории системного анализа, методы вычислительной математики, прикладной статистики. А также теория построения программ; методы модульного, структурного и объектно-ориентированного программирования; имитационное, структурное, и параметрическое моделирование; экспертные оценки, вычислительные эксперименты.

Научная новизна. В результате проведенного исследования получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:

- методика автоматизации проектирования специализированных КМОП СБИС космического назначения, отличающаяся возможностью проектирования долговременных радиационных эффектов космического характера для современных изделий микроэлектроники в соответствии с КГС «Кмимат-7», обеспечившая автоматизацию и унификацию всех процедур проектирования и заложившая основу создания единого информационного пространства;

- математические модели деградационных процессов в полупроводниковых структурах, позволяющие учесть радиационные эффекты субмикронных технологий высокой степени интеграции для комплекса воздействующих факторов космического характера в соответствии с КГС «Климат-7»;

- математические модели прогнозирования поведения типовых элементов КМОП СБИС, отличающиеся возможностью моделирования радиационных эффектов космического излучения на основе эквивалентности их воздействия с учетом конструктивно-технологических решений, универсальностью и адекватностью описания их характеристик на всех этапах иерархического процесса проектирования;

- алгоритмы прогнозирования работоспособности СБИС в условиях ИИ космического характера и программное обеспечение автоматизированного определения показателей стойкости, а также их зависимостей от уровней воздействующих факторов ИИ.

Практическая значимость и результаты внедрения. На основе предложенных решений созданы и внедрены программные средства комплексного проектирования КМОП СБИС, применяемых в аппаратуре космического характера в ФГУП НИИЭТ (г.Воронеж).

Разработанный комплекс методов, моделей, алгоритмов и программное обеспечение позволяют существенно расширить класс решаемых прикладных задач по радиационной стойкости. Основной практический вывод диссертационной работы заключается в создании средств проектирования современной высокоинтегрированной элементной базы, учитывающих статические виды радиации космического характера, реализованные на единой методологической платформе, что позволяет распространить их на предприятиях аналогичного профиля.

На основе предложенных средств создана типовая библиотека элементов радиационно-стойких СБИС, которая позволила осуществить проектирование нескольких серий современных СБИС.

Полученные результаты позволили создать программно-аппаратные комплексы, которые эффективно используются для проведения лабораторных работ, курсового и дипломного проектирования, подготовки аспирантов, соискателей, а также для непрерывной переподготовки специалистов в ВГТУ на кафедре САПР.

Апробация работы. Научные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях и совещаниях по выполнению НИР и ОКР на предприятиях электронной промышленности.

Основные результаты работы докладывались на: международных научно-технических конференциях «Системные проблемы надёжности, качества, информационных и электронных технологий» (Москва 2005, 2006); «Математические методы в технике и технологиях» (Воронеж, 2006); «Высокие технологии энергосбережения» (Воронеж, 2006); «Современные проблемы создания технических средств противодействия терроризму и преступности» (Воронеж, 2006); российских конференциях ««Интеллектуальные информационные системы» (Воронеж, 2005, 2006);Стойкость-2006» (Москва, 2006).

Публикации результатов работы. По теме диссертации опубликовано 21 печатная работа, включая 4 работы, опубликованные в журналах рекомендованных ВАК, монографию.

Девять работ написаны без соавторов. В работах выполненных в соавторстве автору принадлежит более 50% процентов материала по основным научно-техническим решениям и эффективности их реализации.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованных источников. Материал диссертации изложен на 154 страницах

Выводы

1. Рассмотрены особенности программной реализации средств автоматизации проектирования для микросхем космического назначения, отличающейся возможностью определения показателей стойкости в зависимости от комплекса факторов: конструкции, схемотехники и технологии, универсальностью и наличием встроенных средств обучения с учетом уровня подготовки пользователей.

2. Разработаны требования и обоснована методика применения средств автоматизации проектирования микросхем космического назначения, в рамках которой получены решения по повышению уровня радиационной стойкости элементой базы.

3. Разработана библиотека базовых элементов ядра ПЦОС, отличающаяся учетом конструктивно-технологический особенностей, режимов эксплуатации, радиационного воздействия. Данная библиотека насчитывает три иерархических уровня и содержит более 500 элементов, что позволяет создавать ИС практически любой сложности.

4. Проведена оценка точности и эффективности разработанных средств проектирования.

1. Winokur P.S., Boesch H.E. Jr., McGarrity J.M., McLean F.B. Two-Stage Process for Buildup of Radiation-1.duced Interface States // J. Appl. Phys. 1979. Vol. 50, N 5. P. 3492-3495.

2. McLean F.B. A Framework for Understanding Radiation-Induced Interface States in Si02 MOS Structures // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1980. Vol. 27, N 6. P. 1651-1657.

3. Brown D.B., Saks N.S. Time-Dependence of Radiation-Induced Interface Trap Formation in Metal-Oside-Semiconductor Devises as a Function of Oxide Thickness and Applied Field // J. Appl. Phys. 1991. Vol. 70, N 7. P. 37343747.

4. Schwank J.R., Fleetwood D.M., Winokur P.S. et al. The Role of Hydrogen in Radiation-Induced Defect Formation in Polysilicon Gate MOS Devices // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1987. Vol. 34, N 6. P. 1152-1158.

5. Rashkeev S.N., Fleetwood D.M., Schrimpf R.D., Pantelides S.T. Defect Generation by Hydrogen at the Si-Si02 Interface // Phys. Rev. Lett. 2001. Vol. 87, N 16. 165506/1-4.

6. Rashkeev S.N., Fleetwood D.M., Schrimpf R.D., Pantelides S.T. Proton-Induced Defect Generation at the Si-Si02 Interface // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2001. Vol. 48, N 6. P. 2086-2092.

7. Fleetwood D.M., Shaneyfelt M.R., Schwank J.R. Simple Method to Estimate Oxide-Trap, Interface-Trap and Border-Trap Charge Densities in Metal-Oxide-Semiconductor Transistors // Appl. Phys. Lett. 1994. Vol. 64, N 15. P. 19651967.

8. Schwank J.R., Dawes W.R. Jr. Irradiated Silicon Gate MOS Device Bias Annealing // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1983. Vol. 30, N 6. P. 4100-4104.

9. Boesch H.E. Jr. Interface-State Generation in Thick Si02 Layers // Ibid. 1982. Vol. 29, N6. P. 1446-1451.

10. Агаханян T.M., Аствацатурьян E.P., Скоробогатов П.К. Радиационные эффекты в интегральных микросхемах / Под ред. Т.М. Агаханяна. М.: Энергоатомиздат, 1989.

11. Colinge J.P. Hardening Integrated Circuits against Radiation Effects // RADECS 97 Short Course. 1997.

12. РД В 319.03.38-2000.22 ЦНИИИ MO, 2000.

13. Pickel J.C. Single-Event Rate Calculations // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1996. Vol. 43, N2. P. 483.

14. Petersen E.L. Approaches to Proton Single-Event Rate Calculations // Ibid. P. 496.

15. Koga R. et al. On the Suitability of Non-Hardened High Density SRAMs for Space Applications //Ibid. 1991. Vol. 38. P. 1507.

16. Действие проникающей радиации на изделия электронной техники Текст. / Под ред. Е.А. Ладыгина. М.: Сов. радио, 1980.

17. Ладыгин, Е.А. Радиационная технология твердотельных электронных приборов Текст. / Е.А.Лыдыгин М.: ЦНИИ «Электроника», 1976. -215с.

18. Гадияк, Г.В. Моделирование распределения водорода при инжекции электронов в пленках Si02 в сильных электрических полях Текст. / Г.В. Гади-як // ФТП. 1997. Т. 31, № 3. С. 257-263.

19. Мырова, Л.О. Обеспечение радиационной стойкости аппаратуры связи. Текст. / Л.О. Мырова, А.З. Чипиженко М.: Радио и связь, 1983. - 216 с.

20. Патрикеев, Л.Н. Радиационная стойкость полупроводниковых приборов и интегральных схем. Текст. / Л.Н.Патрикеев, В.Д.Попов М. Изд. МИФИ, 1975.-241с.

21. Никофоров, А.Ю. Радиационные эффекты в КМОП ИС Текст. / А.Ю.Никифоров, В.А.Телец, А.И.Чумаков. М.: Радио и связь, 1994. -164 .

22. Chadsey, W.L. X ray dose enhancement. Text. / W.L. Chadsey - IEEE Trans. 1978, NS-25, №6. P.1591-1597.

23. Крюков В.П. Моделирование изменения параметров ИС при воздействии дозы ИИ Текст. / В.П. Крюков // Системные проблемы качества, математического моделирования и информационных технологий: Тр. Междунар. науч.-техн. конф. М., 2002. С.93-95.

24. Баюков, А.В. Методы прогнозирования и оценки стойкости и надежности изделий электронной техники в условиях длительного НИ: Методическое руководство Текст. / А.В. Баюков и др.; РНИИ "Электронстандарт"; СПб, 1995.453 с.

25. Немудров, В. Системы-на-кристалле. Проектирование и развитие Текст./ В. Немудров., Г.Мартин Москва: Техносфера, 2004. - 216с.

26. Васильев, А.В. Событие века. 25-летний юбилей первого микропроцессора. Текст. / А.В. Васильев // Электроника и компоненты, 1997, N1, С.2.

27. Иванов, Е. Стандартные микропроцессоры и микроконтроллнры. Текст. / Е. Иванов // "Электронные компоненты", 2000, N2, С.5.34.16-разрядные микроконтроллеры PHILIPS, PANASONIC, OKI, TI. Текст. / Chip News, N7, 2000 г.

28. Малашевич, Б 8-разрядные микроконтроллеры. Текст. / Малашевич Б. // "Электронные компоненты", 1999, N 5, С.53.

29. IEEE Spectrum, 1998, v.35, N9, р.39.

30. Новые DSP новый рывок в производительности. Текст./ Chip News, N10, 2000г.

31. Лопатин, B.C. Унифицированные программно-технические комплексы для САПР и ЭТ и СВТ Текст. / B.C. Лопатин и др. // Электронная промышленность. -1994. -№ 4,5- Москва.- С. 211-215.

32. Левов, Ю.А. Системы ускоренного проектирования БИС Текст. / Ю.А. Левов //Электронная промышленность-1994,-№ 4,5 С. 216-218.

33. Норенков, И.П. Системы автоматизированного проктирования электронной и вычислительной аппаратуры Текст. / И.П. Норенков, В.Б. Маничев -М.: Высш. шк. 1983.-272 с.

34. Савельев, П.В., Автоматизация проектирования БИС. В 6 кн. Практическое пособие. Книга 2. Функциональное логическое проектирование БИС. Под ред. Казенкова Г.Г. Текст. / Савельев П.В., Конехин В.В. М.: Высш. шк. 1984.-295с.

35. Машевич, П.Р. Лингвистические средства для проектирования микросхем Текст. / П.Р.Машевич // Информационные технологии моделирования и управления. 2005. -№ 2(20). С.209 - 213.

36. Потапов, И.П. Обоснование архитектуры интегрированной информационной среды проектирования радиационно-стойкой элементной базы Текст. / И.П.Потапов, П.Р.Машевич // Информационные технологии моделирования и управления. 2005. № 7(25). - С. 1002 - 1005.

37. Машевич, П.Р. Технология создания современной элементной базы Текст. / П.Р. Машевич // Материалы Всероссийской конференции «Информационные технологии». Воронеж: Издательство «Научная книга». -2005. - С.157-158.

38. Таперо, К.И. Кинетика накопления и отжига радиационных дефектов в активных областях кремниевых МОП и КМОП структур. Текст. / К.И. Та-перо // Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. 1997.

39. Ачкасов В. Н. Технические средства дизайн центра проектирования универсальных и специализированных радиационно стойких микросхем Текст. / В.Н. Ачкасов, А.В.Ачкасов, И.П.Потапов // Приводная техника. -2006.-№5(63).-С. 24-27.

40. Зольникова, А.Н. Математическая модель расчета изменения параметров ИС при воздействии дозы ИИ Текст. / А.Н.Зольникова, В.Н.Ачкасов, В.П.Крюков // Радиационная стойкость электронных систем: Науч.-техн. сб.Вып.5. М.: СПЭЛС-НИИП, 2002. - С. 107 - 108.

41. А.П.Андреева, А.В.Блинова, Н.К.Юркова. Пенза: Изд-во Пенз. гос. техн. ун-та, 2002. - С.234-235.

42. Устюжанинов. В.Н. Радиационные эффекты в биполярных микросхемах. Текст. / В.Н. Устюжанинов, А.З. Чипиженко М. .: Радио и связь, 1988. -288 с.

43. Коршунов, Ф.П. Радиационные эффекты в полупроводниковых приборах. Текст. / Ф.П. Коршунов, Г.В. Гатальский, Г.М. Иванов // Минск. Наука и техника, 1978. - 232 с.

44. Вавилов, B.C. Радиационные эффекты в полупроводниках и полупроводниковых приборах. Текст. / В.С.Вавилов, Н.А. Ухин М.:Атомиздат, 1969.-312 с.

45. Эффекты космической радиации в микроэлектронике Текст. // ТИИЭР, 1988. Т.76, N11 (тематический выпуск).

46. Коршунов, Ф.П. Воздействие радиации на интегральные микросхемы. Текст. / Ф.П. Коршунов, Ю.В. Богатырев, В.А.Вавилов // Минск: Наука и техника, 1986. - 254с.

47. Агаханян, Т.М. Радиационные эффекты в интегральных микросхемах Текст. / Под ред. Т.М.Агаханяна. М.:Энергоатомиздат, 1989. - 256 с.

48. Вавилов, B.C. Действие излучений на полупроводники. Текст. / B.C. Вавилов М.:Атомиздат, 1974. - 232 с.

49. Rickits L.W. Fundamentals of Nuclear Hardening of Electronic Equipment. Text. / L.W. Rickits N.Y.:Wiley - Interscience, 1972.

50. Зольников, B.K. O.H. Метод оценки стойкости интегральных схем к специальным факторам Текст. / В.К. Зольников, Е.А.Кузьмин, О.Н. Ману-ковский // Специальная электроника. 1991. - Сер 8. Вып. 1(37). - С. 13-18.

51. Першенков, B.C. Поверхностные радиационные эффекты в элементах интегральных микросхем. Текст. / B.C. Першенков, В.Д. Попов, А.В. Шальнов М.:Этомэнергоиздат, 1988. - 256с.

52. Машевич, П.Р. Логическая оптимизация блоков микропрограммного управления СБИС Текст. / П.Р.Машевич, В.К.Зольников //Юбилейная международная научно-техническая конференция «50 лет модулярной арифметике», Сборник материалов конференции, М. 2005. С.25-30

53. Ачкасов А.В. Автоматизация проектирования изделий микроэлектроники с учетом статических видов радиации Текст.: монография / А.В. Ачкасов, В.К.Зольников, К.И.Таперо Воронеж: Воронеж, гос. ун-т, 2006.- 258 с.

54. Ачкасов А.В. Оценка стойкости микроэлектронных компонентов / А.В.Ачкасов// Материалы Российской конференции «Стойкость-2006». -Москва: МИФИ. 2006.- С.13-14.

55. Ачкасов В.Н.Методика определения стойкости изделий микроэлектроники / В.Н.Ачкасов // Труды всероссийской конференции «Интеллектуальные информационные системы». Воронеж. Воронежский государственный технический университет. - 2006. -С. 29 - 30

56. Потапов И.П. Современное состояние проектирования элементной базы / И.П.Потапов, А.В. Ачкасов // Информационные технологии моделирования и управления. 2005. -№ 7(25). С. 1039 - 1042.

57. Ачкасов А.В.Алгоритм оценки стойкости микроэлектронных компонентов к специальным факторам / А.В.Ачкасов // Информационные технологии моделирования и управления. 2005. № 7(25). - С.984 - 987.

58. Ачкасов А.В. Задачи развития микроэлементной базы двойного назначения / А.В. Ачкасов // Промышленная информатика: Межвузовский сборник научных трудов Воронеж: ВГТУ. 2005. - С.24-27.

59. Ачкасов А. В. Моделирование радиационных эффектов в КМОП приборах в САПР Текст. / А.В.Ачкасов, А.И.Яньков // Приводная техника. 2006. -№6(64).-С. 17-22.

60. Ачкасов А. В. Создание отечественной проектной среды разработки микроэлектронных систем Текст. / А.В.Ачкасов, А.И.Яньков // Приводная техника. 2006. - №6(64). - С. 31-34.

61. Потапов И.П. Средства автоматизации проектирования радаиционно-стойкой элементной базы / И.П.Потапов, А.В.Ачкасов, В.К.Зольников // Вопросы атомной науки и техники. Серия 8. 2006. Вып.1-2. - С.147 -149.

62. Крюков В.П. Проектирование радиационно-стойких изделий в САПР ИЭТ / В.П.Крюков, А.В.Ачкасов, И.П.Потапов // Материалы Российской конференции «Стойкость-2006». Москва: МИФИ. - 2006,- С. 127-128.

63. Машевич, П.Р. Элементная база модулярных и троичных ЭВМ Текст. / П.Р.Машевич, Д.Б.Малашевич // Юбилейная международная научно-техническая конференция «50 лет модулярной арифметике», Сборник материалов конференции, М. 2005. С.35-39.

64. Машевич, П.Р. Создание отечественной промышленной технологии автоматизации разработки и изготовления СБИС Текст. / П.Р.Машевич, Ю.К.Фортинский // Информационные технологии моделирования и управления. 2005. № 2(20). - С.301 - 306/

65. Машевич П.Р., Зольников В.К., Таперо К.И. Инструментальные средства автоматизации проектирования изделий микроэлектроники дизайн-центра. Воронеж: Воронежский государственный университет, 2006.

66. Васин С.В. Физико-химические процессы в МОП-структурах, облученных альфа- и бета-частицами. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. 1999.

67. Ning Т.Н. Capture Cross Section and Trap Concentration of Holes in Silicon Dioxide // J. Appl. Phys. 1976. Vol. 47, N 2. P. 1079-1081.

68. Johnson W.C. Mechanism of Charge Buildup in MOS Insulators // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1975. Vol. 22, N 6. P. 2144-2150.

69. Warren W.L., Shaneyfelt M.R., Fleetwood D.M. et al. Microscopic Nature of Border Traps in MOS Devices // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1994. Vol. 41, N 6. P. 1817-1827.

70. McWhorter P.J., Miller S.L., Miller W.M. Modeling the Anneal of Radiation-Induced Trapped Holes in a Varying Thermal Environment // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1990. Vol. 37, N 6. P. 1682-1689.

71. Ачкасов А.В.Создание микроэлементной базы двойного назначения / А.В.Ачкасов // Труды международной конференции «математические методы в технике и технологиях» Воронеж. Воронежская государственная технологическая академия. 2006. том 10. - С. 174-175.

72. Ачкасов А.В. Технология создания микроэлементной базы двойного назначения / А.В.Ачкасов // Межвузовский сборник научных трудов «Моделирование систем и информационные технологии».- Воронеж: Издательство «Научная книга» 2006. Вып.З. 4.2. - С. 192 - 193.

73. Хорюшин Д.Г. Моделирование эффекта разогрева, возникающего в элементной базе при воздействии радиации / Д.Г.Хорюшин, А.В.Ачкасов // Информационные технологии моделирования и управления. 2006.-№ 1(26). С.110 - 112.

74. Антимиров, В.М. Современные вычислительные комплексы для бортовых систем управления Текст. / Антимиров В.М., Ачкасов В.Н., Машевич П.Р. // Полет. 2005. №8. - С.23 - 26.

75. Главный инженер ОАО «ВЗПП-С», к.т.н.в.И. Бойкооктября 2006 г.1. АКТ ВНЕДРЕНИЯ

76. Результаты диссертационной работы Ачкасова Александра Владимировича:

77. Методика проектирования радиационно-стойких изделий микроэлектроники.

78. Алгоритмическая основа моделирования статического ионизирующего воздействия и программное обеспечение внедрены в ОАО «ВЗПП-С».1. Начальникконструкторско-технологического бюрок.т.н.1. ПЛО.Коваленко

79. УТВЕРЖДАЮ Зам директора НПП1. Микротех»1. В.В.Плотников1. АКТ

80. ВНЕДРЕНИЯ В НПП «МИКРОТЕХ» РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИИ АЧКАСОВА А.В.

81. Комиссия в составе: председателя Крюкова В.П. членов - Потапова И.П. - главного конструктора КМОП СБИС

82. В рамках диссертационной работы разработаны унифицированные средства автоматизации проектирования современной элементной базы.