4.2 Влияние интенсивности излучения на радиационный отклик биполярных интегральных схем

Как уже отмечалось, в вопросе о наличии эффектов ELDRS в биполярных ИС у разных исследователей имеются определенные разногласия. Зарубежные авторы полагают, что эффекты ELDRS в цифровых ИС отсутствуют, а в аналоговых (линейных), где одним из основных контролируемых параметров является входной ток (часто это базовый ток входного БТ) — имеют место. Отечественные авторы считают, что отрицательные обратные связи, обычно присутствующие в аналоговых ИС, «скрывают» зависимость изменений параметров от интенсивности облучения вплоть до порога отказа ИС, а в цифровых ИС, где контролируемые параметры определяются коэффициентом усиления выходного БТ, эффект ELDRS наблюдается. Соответственно основными объектами исследований первых являются аналоговые ИС (операционные усилители, компараторы, регуляторы напряжения и т.д.), а вторых — цифровые ИС (схемы ТТЛ, микросхемы памяти и т.д.)

На рис. 4.6–4.10 [71, 74, 78] в графическом виде приведены экспериментальные зависимости для аналоговых ИС, часто приводимые в публикациях американских авторов. Непосредственно из приведенных на этих рисунках графиков можно судить как о характере влияния условий облучения ИС (Р_, Т_обл), так и о численных значениях эффекта ELDRS.

Рис. 4.6. Зависимость приращения входного тока операционного усилителя LM108A от дозы при трех интенсивностях гамма-излучения [78]

Рис. 4.7. Влияние мощности дозы гамма-излучения на повреждение аналоговых биполярных ИС различного технологического исполнения [74]

Рис. 4.8. Влияние мощности дозы облучения на Iвх компараторов LM111, облученных при Тобл = 90 °С [78]	Рис. 4.9. Влияние температуры облучения на Iвх компараторов LM111, облученных при Р = 6 рад(Si)/c [78]

Рис. 4.10. Деградация источника внутреннего тока операционного усилителя LM108А от дозы при нескольких мощностях доз облучения (нормировано на I_cs(0)) [78]

С целью выявления влияния схемотехнических решений на чувствительность биполярных ИС к эффекту ELDRS в некоторых работах исследовались ИС различных производителей, являющиеся функциональными аналогами. При этом была получено, что ИС, изготовленные различными производителями, обладают различной чувствительностью к ELDRS. Однако авторы этих работ пришли к выводу, что данные различия связаны, прежде всего, с различными технологиями изготовления ИС, а не их схемотехническими решениями [71].

Вопрос о выборе оптимального режима облучения ИЭТ (Р_, Т_обл) — один из важнейших в методах ускоренных испытаний, использующих повышенные температуры облучения. Детальное исследование этого вопроса провели французские авторы [79]. Экспериментально исследовалось 5 типов коммерческих ИС — 2 типа компараторов, и 3 типа операционных усилителей. Изделия облучали до суммарной дозы 100 крад при мощности дозы 0,55; 5,5 и 28 рад/с и температуре 25, 100 и 130 °С. Кроме того, все изделия были облучены при Т_обл = 25 °С и Р_g = 0,008 рад/с. Качественные, но важные с практической точки зрения, выводы из результатов этой работы таковы:

• наличие или отсутствие эффектов ELDRS в ИС зависит не только от типа входного каскада, но и от типа ИС (технологии изготовления ИС) и вида контролируемого параметра;

• если критичными для применения являются offset-параметры (I_offset, U_offset), применение повышенных Т_обл при моделировании воздействия низкоинтенсивного ИИ не рекомендуется;

• оптимальным режимом ускоренных испытаний для исследованных ИС по входным токам (токам смещения) является: Р_ = 0,55 рад/с, Т_обл = 100 °С.

Аналогичный вывод о неадекватности моделирования низкоинтенсивного облучения с повышением температуры сделан в работе [80]: облучая ИС типа 530ИР18 (6-разрядный сдвиговый параллельный регистр с D-триггерами) при Т_обл = 25–125 °С и Р_ = 0,1–100 Р/с, авторы показали, что с ростом температуры деградация критичных параметров (U_OL, I_OL) увеличивается при Р_ < 0,1 Р/с и уменьшается при Р_ > 0,1 Р/с.

Интересные результаты исследования влияния мощности доза гамма-излучения в диапазоне 0,01–100 Р/с на отечественные биполярные цифровые и аналоговые ИС различного конструктивно-технологического исполнения и функционального назначения получены авторами работы [73]. Показано, что это влияние проявляется не всегда, но, если эффект наблюдается, то дозы отказа D_отк отличаются не более чем в 3 раза. Зависимость D_отк(Р_) биполярных цифровых ИС в диапазоне 0,05–100 Р/с достаточно хорошо описывается выражением

D_отк=А(Р_)ⁿ, (4.2)

где Р_ измеряется в Р/с.

В табл. 4.2 приведены параметры этой аппроксимирующей зависимости для некоторых отечественных ИС [71].

Таблица 4.2

Параметры аппроксимации зависимости дозы отказа биполярных цифровых ИС от мощности дозы излучения

Тип ИС	Критерий отказа	А	n
134ЛБ1	IOL 12 мА	5,5104	0,22
1505ЛБ1	IOL 20 мА	1,8105	0,21
1533ЛБ1	ФК	3,0106	0,16
530ИР18	UOL 0,5 В	2,0107	0,26
541РУ1	ФК	1,4105	0,17
1615РУ11	ФК	9,5105	0,23
–––––––––––––––––––– ФК — функциональный контроль

К сожалению, в [73] не приводятся значения погрешностей параметров аппроксимации предложенного вида, что совершенно необходимо для результатов, на основании которых руководящий документ РД 319.03.37-2000 расширяет применение показателя n = 0,26 на все типы дискретных ИС и п-р-п-БТ. Другой важный вывод, сделанный авторами этой работы и противоречащий предположениям авторов [72], состоит в следующем: доза отказа аналоговых ИС не зависит от Р_ (эффекты ELDRS отсутствуют), хотя и отмечены случаи, когда по одному параметру отказ ИС наблюдается при максимальной Р_, а по другому — при минимальной.