Пути повышения радиационной стойкости микросхем

Суть проблемы состоит в необходимости повышения надежности электронных приборов при работе в тяжелых условиях (высокая температура, повышенное фоновое радиационное облучение в условиях атомных электростанций, повышенное рентгеновское или космическое излучение). Присутствие радиационных излучений стимулирует взаимодиффузию топологических слоев микросхем, появление различного рода дефектов в полупроводниках, деградацию полимеров. В конечном итоге это приводит к появлению блуждающих токов и вызывает подачу ложных команд. Наиболее распространенными излучениями, влияющими на работу микросхем, являются : рентгеновское, электронное, гамма- и нейтронное излучение.

Последствия воздействия излучения на имс

Электронное и рентгеновское излучение. Воздействие излучения, в том числе температурного, приводит к разрыву связей с атомами кремния, к смещению атомов, формированию электронных облаков. Сечение взаимодействия электронных облаков зависит от энергии. Высокоэнергетичные электроны испытывают тормозное излучение, вызывают появление рентгеновского излучения. Электроны, теряют энергию на ионизационные процессы, на возбуждение атомов, на переизлучение. Таким образом, фоновое излучение влияет на время рекомбинации носителей заряда, на появление центров рекомбинации. При облучении микросхем низкоомные участки могут оказаться высокоомными и наоборот. Резко увеличиваются токи базы коллектора. Происходит смещение рабочих точек транзисторов. В наибольшей степени оказывается уязвима схема с общим эмиттером.

Протонное излучение (космическое). Особенности подобного излучения в большом диапазоне энергий. В дополнение к электронному излучению протонное излучение вызывает лавинные ядерные реакции и необратимые ионизационные эффекты. Последствия такого воздействия проявляются в изменении уровней логических сигналов, в потере “памяти” микросхем, в появлении ложных команд

Традиционные методы повышения устойчивости работы микросхем в тяжелых условиях заключаются в анализе типа излучения и применении корпусов из свинца.

Технологические приемы повышения радиационной стойкости имс

Повышение работоспособности ИМС в первую очередь связано с повышением уровня технологической дисциплины. В первую очередь это связано с уровнем квалификации персоанала, с наличием компьютерных программ и контрольно-измерительной аппаратуры. Перед изготовлением приборов проводятся расчеты и анализы на согласование параметров. Эти мероприятия повышают уровень контролируемости параметров технологических процессов и обеспечивают идентичность элементов приборов. Для повышения радиационной стойкости ИМС чаще напыляются диэлектрические пленки тугоплавких металлов (ZrO,TaO) методами эпитаксии (вместо SiO₂,которая из-за пористости и трубчатости структуры стимулирует умножение электронов в электрическом поле). Пленки тугоплавких металлов более плотные, что позволяет выполнять их более тонкими. При проектировании микросхем стараются исключить диффузионные резисторы и обеспечить максимальную однородность легирования. Для уменьшения времени жизни носителей зарядов в качестве легирующего элемента применяется золото. Увеличение нагрузки на выходе и смещения на р-n-переходе также способствует повышению работоспособности микросхем в тяжелых условиях. Значительная роль отводится технологии испытания приборов.