Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.
Москва, Национальный исследовательский ядерный университет
«Московский инженерно-физический институт», 2013. — 99 с.
Специальность : 05.27.01 — Твердотельная электроника,
радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборов на
квантовых эффектах
Научный руководитель: д.т.н., профессор Попов В. Д.
Цель работы: прогнозирование отказов МОП ИМС в период старения в
условиях воздействия низкоинтенсивного ионизирующего излучения на
основе использования ускоренных испытаний при повышенной
температуре.
Научная новизна работы заключается:
— Предложен новый «надежностный» подход к анализу результатов радиационных испытаний при низкоинтенсивном воздействии ионизирующего излучения, позволяющий выявить два этапа радиационно-стимулированного процесса старения;
— Предложена физическая модель процесса старения при длительном (более ~1000 часов) низкоинтенсивном воздействии ионизирующего излучения, включающая два этапа накопления дефектов на границе раздела Si-SiO2.
— Применены впервые кольцевые генераторы для длительных испытаний в условиях низкоинтенсивного облучения и при повышенной температуре;
— Предложена методика сопоставления результатов испытаний при повышенной температуре и при длительном низкоинтенсивном воздействии ионизирующего излучения. Практическая значимость результатов работы состоит:
— Установлена связь между ускоренными испытаниями при повышенной температуре и низкоинтенсивном облучении. Получено, что низкоинтенсивное облучение не дает выигрыша во времени, но дает большой экономический эффект.
— Выбран режим переключения при низкоинтенсивном облучении и предложена методика прогнозирования отказов КМОП ИМС с использованием экспоненциальной функции, описывающей изменение минимального напряжения функционирования кольцевых генераторов.
— Применение методики измерения минимального напряжения питания кольцевого генератора использовано при испытаниях КМОП ИМС серии 1582.
— Применение физической модели образования поверхностных дефектов позволит прогнозировать отказы МОП ИМС на этапе старения. Содержание:
ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1 Ускоренные испытания КМОП ИМС
1.2 Радиационные эффекты при низкоинтенсивном облучении
1.3 Модели образования поверхностных состояний при облучении ИИ
Выводы
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ НИЗКОИНТЕНСИВНОГО ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ
2.1 Анализ литературных данных
2.2 Методика проведения исследования воздействия гамма-излучения на МОП транзисторы в КМОП ИМС
2.3 Исследование МОП транзисторов в КМОП ИМС серии 1526ЛЕ5 в режиме хранения
2.4 Модель поверхностного дефектообразования
Выводы
3. ИССЛЕДОВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ КМОП ИМС В ПЕРИОД СТАРЕНИЯ В РЕЖИМЕ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ НИЗКОИНТЕНСИВНОГО ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ
3.1 Описание методики испытаний
3.2 Исследование кольцевых генераторов на КМОП ИМС типа 564ЛН2
3.3 Разработка методики прогнозирования отказов тестовых кольцевых генераторов
3.4 Исследование отказов кольцевых генераторов на КМОП ИМС типа 1526ЛЕ5
Выводы
4. СОПОСТАВЛЕНИЕ УСКОРЕННЫХ ИСПЫТАНИИ ПРИ ПОВЫШЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ С РАДИАЦИОННЫМИ ИСПЫТАНИЯМИ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ НИЗКОИНТЕНСИВНОГО ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ
4.1 Методика сопоставления результатов ускоренных испытаний и радиационных испытаний при низкой мощности дозы
4.2 Сопоставления результатов испытаний интегральных микросхем типа 564ЛА9 при повышенной температуре и низкоинтенсивном облучении
4.3 Сопоставления результатов испытаний интегральных микросхем типа 564ЛЕ5 в пассивном режиме при повышенной температуре и низкоинтенсивном облучении
4.4 Сопоставления результатов испытаний интегральных микросхем типа 1526ЛЕ5 в пассивном режиме при повышенной температуре и низкоинтенсивном облучении
4.5 Сопоставление результатов испытаний в электрическом режиме тестовых структур кольцевых генераторов при повышенной температуре и низкоинтенсивном облучении
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
— Предложен новый «надежностный» подход к анализу результатов радиационных испытаний при низкоинтенсивном воздействии ионизирующего излучения, позволяющий выявить два этапа радиационно-стимулированного процесса старения;
— Предложена физическая модель процесса старения при длительном (более ~1000 часов) низкоинтенсивном воздействии ионизирующего излучения, включающая два этапа накопления дефектов на границе раздела Si-SiO2.
— Применены впервые кольцевые генераторы для длительных испытаний в условиях низкоинтенсивного облучения и при повышенной температуре;
— Предложена методика сопоставления результатов испытаний при повышенной температуре и при длительном низкоинтенсивном воздействии ионизирующего излучения. Практическая значимость результатов работы состоит:
— Установлена связь между ускоренными испытаниями при повышенной температуре и низкоинтенсивном облучении. Получено, что низкоинтенсивное облучение не дает выигрыша во времени, но дает большой экономический эффект.
— Выбран режим переключения при низкоинтенсивном облучении и предложена методика прогнозирования отказов КМОП ИМС с использованием экспоненциальной функции, описывающей изменение минимального напряжения функционирования кольцевых генераторов.
— Применение методики измерения минимального напряжения питания кольцевого генератора использовано при испытаниях КМОП ИМС серии 1582.
— Применение физической модели образования поверхностных дефектов позволит прогнозировать отказы МОП ИМС на этапе старения. Содержание:
ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1 Ускоренные испытания КМОП ИМС
1.2 Радиационные эффекты при низкоинтенсивном облучении
1.3 Модели образования поверхностных состояний при облучении ИИ
Выводы
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ НИЗКОИНТЕНСИВНОГО ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ
2.1 Анализ литературных данных
2.2 Методика проведения исследования воздействия гамма-излучения на МОП транзисторы в КМОП ИМС
2.3 Исследование МОП транзисторов в КМОП ИМС серии 1526ЛЕ5 в режиме хранения
2.4 Модель поверхностного дефектообразования
Выводы
3. ИССЛЕДОВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ КМОП ИМС В ПЕРИОД СТАРЕНИЯ В РЕЖИМЕ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ НИЗКОИНТЕНСИВНОГО ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ
3.1 Описание методики испытаний
3.2 Исследование кольцевых генераторов на КМОП ИМС типа 564ЛН2
3.3 Разработка методики прогнозирования отказов тестовых кольцевых генераторов
3.4 Исследование отказов кольцевых генераторов на КМОП ИМС типа 1526ЛЕ5
Выводы
4. СОПОСТАВЛЕНИЕ УСКОРЕННЫХ ИСПЫТАНИИ ПРИ ПОВЫШЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ С РАДИАЦИОННЫМИ ИСПЫТАНИЯМИ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ НИЗКОИНТЕНСИВНОГО ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ
4.1 Методика сопоставления результатов ускоренных испытаний и радиационных испытаний при низкой мощности дозы
4.2 Сопоставления результатов испытаний интегральных микросхем типа 564ЛА9 при повышенной температуре и низкоинтенсивном облучении
4.3 Сопоставления результатов испытаний интегральных микросхем типа 564ЛЕ5 в пассивном режиме при повышенной температуре и низкоинтенсивном облучении
4.4 Сопоставления результатов испытаний интегральных микросхем типа 1526ЛЕ5 в пассивном режиме при повышенной температуре и низкоинтенсивном облучении
4.5 Сопоставление результатов испытаний в электрическом режиме тестовых структур кольцевых генераторов при повышенной температуре и низкоинтенсивном облучении
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА