Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Лазерные имитационные методы моделирования переходных ионизационных эффектов в полупроводниковых приборах и интегральных схемах Ахабаев, Бейбит Адиханович

Данная диссертационная работа должна поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Ахабаев, Бейбит Адиханович. Лазерные имитационные методы моделирования переходных ионизационных эффектов в полупроводниковых приборах и интегральных схемах : автореферат дис. ... кандидата технических наук : 05.13.05, 05.27.01 / Моск. гос. инж.-физ. ин-т.- Москва, 1997.- 18 с.: ил. РГБ ОД, 9 97-4/2822-5

Введение к работе

Актуальность проблемы.

Важнейшим этапом разработки полупроводниковых приборов (ПП) и интегральных схем (ИС) специального назначения является обеспечение и контроль их радиационной стойкости (PC), в том числе по отношению к переходным ионизационным эффектам, которые возникают при воздействии на них импульсных ионизирующих излучений (ИИИ).

Исследование и контроль PC ПП и ИС к воздействию ИИИ в настоящее время проводится на моделирующих установках (МУ) - источниках тормозного рентгеновского излучения, спектр излучения которых близок к спектру реальных факторов. Однако современные МУ не обеспечивают в полной мере требуемых уровней воздействия. Кроме того, проведение экспериментальных работ на МУ связано со значительными затратами времени и средств, а также целым рядом технических проблем: сложность дистанционного съема информации и задания режимов работы ПП и ИС, специальная подготовка обслуживающего персонала, радиационная опасность.

Поэтому актуальной является разработка альтернативных источников ионизации, имитирующих воздействие высокоэнергетичных ИИИ, таких, как лазеры.

Результаты исследований, опубликованные в литературе, показали, с одной стороны, эффективность использования лазеров в качестве источника ионизации для широкого класса ПП и ИС. ас другой - выявили целый ряд дополнительных научных и технических проблем. Основными недостатками проведенных исследований, не позволяющими использовать на практике все преимущества лазерных имитаторов, являются следующие:

упрощенный, основанный' на линейной модели, анализ процессов взаимодействия лазерного излучения с полупроводником, справедливый при плотностях потока энергии лазерного излучения до Ю6 Вт-см"2;

отсутствие исследований влияния особенностей конкретного технологического и конструктивного исполнения ПП и ИС на процесс и характеристики воздействия лазерного излучения:

ориентация на энергетический критерий сравнения воздействия лазерного и высокоэнергетичного ИИИ, что сужает область .

применения лазерной имитации для ИС;

- отсутствие экспериментальных результатов сравнения лазерного и высокоэнергетичного ИИИ в диапазоне мощностей поглощенной дозы выше 1010 pafl(Sl)/c.

Цель и задачи исследования.

Целью диссертационной работы является разработка методов и средств лазерного имитационного моделирования переходных ионизационных эффектов в кремниевых ПП и ИС, вызванных воздействием высокоэнергетичных ИИИ. на основании анализа адекватности электрофизических процессов в широком классе приборов и структур.

Научная новизна и значимость работы.

Разработана физическая модель взаимодействия лазерного . излучения с элементами ПП и ИС. - основанная на совместном решении уравнений распространения излучения и . фундаментальной системы уравнений для носителей заряда в полупроводнике. . учитывающая особенности конструктивно-технологического исполнения элементов и пригодная для использования в диапазоне интенсивностей лазерного излучения до 107 Вт/см2. Модель позволяет рассчитать распределение эквивалентной мощности поглощенной дозы в активных . объемах ПП и ИС и тем самым определить соответствие высокоэнер-гетичного и лазерного излучений до уровня 1013 pafl(Sl)/c.

Разработана электрическая модель формирования, ионизационной реакции р-п переходов ПП и ИС. учитывающая неравномерность энер- . говыделения лазерного излучения в ПП и ИС и эффекты высокой мощности поглощенной дозы. . Модель позволяет определить условия эквивалентности высокоэнергетичного и лазерного излучений по ионизационной реакции ПП и ИС и тем самым сократить объем экперимен-тальных работ на МУ и повысить их достоверность.

Предложены критерии адекватности лазерного имитационного моделирования на различных уровнях модельного описания, существенно расширяющие сферу применения-данных методов и позволяющие, в частности, использовать лазерные имитационные методы для определения уровня стойкости современных БИС, сложной топологии с высоким коэффициентом покрытия металлизацией (высокой неравномерностью распределения ионизации по объему).

Определен набор требований к лазерным источникам и техни-

ческим средствам проведения лазерных имитационных испытаний ПП и ИС. использование которых позволило разработать специализированный лазерный имитатор "РАДОН-5". отличающийся малой неравномерностью распределения интенсивности излучения по поверхности ПП и ИС. широким диапазоном регулировки интенсивности, малым уровнем помех, небольшими габаритами и весом и удобством эксплуатации.

Разработаны методические основы проведения лазерных имитационных испытаний ПП и ИС. позволившие существенно повысить достоверность проведения экспериментов, снизить погрешности и на этой основе сократить объем и продолжительность испытаний на МУ. Определена область применимости лазерных имитационных методов, что позволило рекомендовать данные методы в качестве необходимого этапа при'проведении испытаний ПП'И ИС на стойкость к -переходным ионизационным эффектам.

Практическая полезность.

Разработана программа расчета эквивалентной мощности поглощенной дозы, создаваемой лазерным излучением в областях ПП и ИС, с учетом эффектов высокой интенсивности излучения и особенностей конструктивно-технологического исполнения изделий. Программа позволяет оперативно устанавливать связь между параметрами лазерного излучения и эквивалентной мощностью поглощенной дозы в ПП и ИС, что необходимо для проведения имитационных испытаний.

Разработаны узлы и блоки технических средств для проведения лазерных имитационных испытаний, рассчитанные на возможность испытаний современных ПІЇ и ИС. что позволило определить уровни стойкости таких сложных изделий, как ИС запоминающих устройств и микропроцессорных комплектов.

Разработаны и апробированы методики испытаний различных цифровых и аналоговых ИС на лазерном имитаторе, учитывающие специфику испытуемых изделий, позволяющие расширить сферу применения лазерного имитационного моделирования и- повысить точность экспериментальных результатов.

Проведена серия сравнительных испытаний ПП и ИС на лазерном имитаторе и МУ, подтвердившая достоверность разработанных моделей и методик с точностью, определяемой погрешностью дозиметрии, и неопределенностью, связанной с различием эффективных длительностей импульсов МУ и лазерного имитатора.

Результаты работы использованы на практике при разработке и обеспечении стойкости ЩЩ ИС серий 1526. 1617. 1619. 1537 на предприятии "Ангстрем", внедрены в виде методики прогнозирования спецстойкости изделий предприятия п/я А-3560, использованы в ЭНПО СПЭЛС при разработке нового поколения лазерных имитаторов, а также использованы при подготовке РД В 22.34.127-89 "Полупроводниковые приборы и интегральные схемы. Моделирование ионизационных эффектов воздействия импульсных, излучений ЯВ лазерными имитаторами".

Автор защищает:

  1. Физическую модель'взаимодействия лазерного излучения с элементами ПП и ИС. учитывающую особенности конструктивно-технологического исполнения изделий и обеспечивающую возможность определения соответствия высокоэнергетичного и лазерного излучения в диапазоне интенсивности излучения до 107 Вт/см2 и эквивалентной мощности поглощенной дозы до 1013 рад(51)/с.

  2. Электрическую модель формирования ионизационной реакции элементов ПП и ИС, учитывающую неравномерность энерговыделения лазерного излучения в полупроводнике, которая позволяет определить условия эквивалентности высокоэнергетичного и лазерного излучений по ионизационной реакции ПП и ИС и тем самым сократить объем экспериментальных работ на МУ и повысить их достоверность.

  3. Критерии адекватности лазерного имитационного моделирования на различных уровнях модельного описания, существенно расширяющие сферу применения лазерных имитационных методов на область современных сложных БИС.

  4. Методические основы проведения лазерных имитационных испытаний, обеспечивающие повышение достоверности экспериментальных результатов, снижение погрешности и на данной основе сокращение объема и продолжительности испытаний на МУ.

  5. Результаты сравнительных экспериментальных исследований адекватности лазерного имитационного моделирования переходных ионизационных эффектов в ПП и ИС, подтвердившие обоснованность применения предложенных моделей и методов на широком классе полупроводниковых изделий.

Апробация и публикации. Материалы, изложенные в диссертационной работе, докладывались на II межотраслевом совещании "Проблемы создания ППП и ИС, устойчивых к*воздействию внешних факторов", г. Душанбе. 1984 г.; на XXXI научной конференции МИФИ в 1985 г.; на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Лазерные технологии в приборостроении", г. Рига, 1985 г. и г. Москва. 1986 г.; на II Всесоюзной конференции "Физические основы надежности и деградации п/п приборов", г. Кишинев, 1986 г.: на III.отраслевой научно-технической конференции МПСС, - г. Минск, 1986г.; на XXXII научной конференции МИФИ в 1987.г.: на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Радиационная технология в производстве интегральных схем", г. Ташкент, 1988 г.: на IV межотраслевом совещании-семинаре "Проблемы создания полупроводниковых приборов и интегральных схем, стойких к воздействиям внешних факторов (ВВФ). Винница. 1989 г.; на V межотраслевом семинаре "Проблемы создания полупроводниковых приборов, ИС и РЭА на их.основе, стойких к ВВФ", г. Петрозаводск. 1991 г.; на VI межотраслевой конференции "Воздействие ИИ на РЭА, ее элементы и материалы. -Методы испытаний и исследований", 'г.. Лыткарино МО. 1994 г.; на VI семинаре "Радиационные процессы в электронике", г. Москва. 1996 г. и на VII международной научно-технической конференции "Лазеры в науке, технике, медицине", г. Сергиев Посад МО. 1996 г. .

Всего по теме диссертации опубликовано 22 печатных работы.

Основные результаты диссертационной работы изложены в 13 печатных трудах, а также вошли в отчетные материалы по НИР 85-3-344, 86-3-174, 88-3-374, 90-2-003-183 (МИФИ). "Кашира" и "Перенос" (ЭНПО СПЭЛС) и другие. По результатам работы получено авторское свидетельство. Список основных работ приведен в конце реферата.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Содержит 189 стр. печатного текста (включая приложения), И таблиц и библиографию, включающую 83 наименования.

Похожие диссертации на Лазерные имитационные методы моделирования переходных ионизационных эффектов в полупроводниковых приборах и интегральных схемах