ОБЩАЯ ЧАСТЬ ПР( ) грАммы;pdf

Сравнительное исследование
ионизационных эффектов в
стабилизаторе напряжения
TEN5-2423 от протонного и
гамма-излучения
А.Я. Борисов, Л.Н. Кессаринский
Мотивация работы
Неожиданный катастрофический отказ гибридного ВИП MSA2812S
ф.Interpoint при облучении протонами 1ГэВ в ходе испытаний на
стойкость к одиночным эффектам при флюенсе протонов 7,3∙1010 см-2.
Характер отказа (плавная деградация выходного напряжения)
характерен для дозовых эффектов.
Отказ при флюенсе
протонов Ф=7,3·1010 см-2
• Чем вызван отказ: дозовыми эффектами от ионизации или
накоплением структурных повреждений?
• Необходимо ли проверять стойкость к эффектам структурных
повреждений при малых уровнях требований по протонам КП?
• Какие критерии при анализе объектов испытаний для подтверждения
стойкости к малым уровням требований по структурным
повреждениям?
Цель исследования
-
Исследование чувствительности гибридных ВИП к
воздействию протонов с учетом разных механизмов
взаимодействия с излучением
-
Оценка деградации гибридных ВИП вследствие
структурных повреждений в оптопаре,
сопутствующих испытаниям на стойкость к
одиночным радиационным эффектам (ОРЭ)
-
Оценка необходимости проведения испытаний ВИП
на стойкость к структурным повреждениям при малых
требованиях по стойкости к протонам КП
Выбор объекта
исследований – TEN5-2423
-
Отсутствие ТЭ при воздействии протонов;
Отсутствие КО от воздействия протонов;
Наличие оптопары в составе ВИП;
Геометрические размеры сопоставимые с размером пучка для
возможности равномерного распределения поглощенной дозы (для
проверки предположения деградации от ионизационных эффектов)
TEN5-2423,
Traco Power
Оптопара серии PC3H7 (SHARP)
Облучение протонами –
аналогично испытаниям на ОРЭ
Синхротрон протонов 1 ГэВ (г. Гатчина)
Ток потребления, мА
20
19
18
17
16
15
14
13
12
0
2e+10
4e+10
6e+10
8e+10
Ф, см-2.
- ТЭ или КО не зафиксировано
- Плавная деградация параметров в течение
облучения вплоть до протонов Ф=7·1010 см-2
Возможные причины деградации
и способы проверки
Дозовые эффекты
Гамма-установка
Структурные5)
повреждения
Нейтроны
Протоны
Ф=7·1010
см-2
протонов
1)
2)
3)
4)
5)
2,3,4)
1,2)
? крад
гамма-излучение
Ф= ? см-2 нейтронов
Чумаков А.И. Действие космической радиации на интегральные схемы. М.: Радио и связь,
2004. 30 с.
Общая методика оценки соответствия интегральных схем и полупроводниковых приборов
требованиям по стойкости ГОСТ РВ 20.39.414.2-98 по необратимым изменениям параметров
по результатам их испытаний на установках и имитаторах факторов 7.И и 7.К (далее – «Общая
методика …»)
Stephen Buchner, Paul Marshall, Scott Kniffin and Ken LaBel, «Proton Test Guideline Development»
SRIM - The Stopping and Range of Ions in Matter ( http://www.srim.org/ )
A. H. Johnston, B. G. Rax, «Proton Damage in Linear and Digital Optocouplers», IEEE Trans. Nucl.
6
Sci., 47(3), 675 (2000)
Расчёт поглощенной дозы по
ионизационным эффектам от p+(1ГэВ)
Ионизационная доза от протонов оценена по
формуле (1,2,3,4,5):
DР.И ≈ Kи × ЛПЭp.и × Фр
DP.И ≈ 2,1∙103 для Ф = 7∙1010
Характеристика взаимодействия протонов и
оксида кремния
Значение3,4)
Энергия протонов, МэВ
1000
Ионизационные линейные потери энергии
(ЛПЭ), МэВ/(мг·см-2)
Неионизационные линейные потери энергии,
МэВ/(мг·см-2)
Длина свободного пробега, м
1,88·10-3
Расхождение пучка, мм
Коэффициент пропорциональности
2,77·10-7
1,65
42
1,6∙10-5
3) Stephen Buchner, Paul Marshall, Scott Kniffin and Ken LaBel, «Proton Test Guideline Development»
4) SRIM - The Stopping and Range of Ions in Matter ( http://www.srim.org/ )
Сравнение результатов расчета
Dи - изменение тока потребления
22
19
18
≠
17
16
15
14
13
0,0
0,5
1,0
D, крад
Протоны
(расчет3))
1,5
2,0
Ток потребления, мА
Ток потребления, мА
20
20
18
16
14
12
0
10
20
30
40
50
D, крад
Гамма-излучение
(эксперимент)
3) Stephen Buchner, Paul Marshall, Scott Kniffin and Ken LaBel, «Proton Test Guideline Development»
60
Методика расчёта поглощенной дозы по
структурным повреждениям эффектам от
p+(1ГэВ)
Флюенс нейтронов, эквивалентный флюенсу протонов оценен
по формуле:
Фn≈K × Фp,
где
Фp – Флюенс протонов;
Фn – Флюенс нейтронов, эквивалентный флюенсу
протонов Фp по поглощенной дозе по структурным
повреждениям;
К – коэффициент пропорциональности, рассчитанный с
помощью действующих нормативных документов («Общей
методики…» и др.).
Сравнение результатов расчета с
экспериментальными данными
Ток потребления, мА
90
80
70
60
50
40
30
20
10
1e+10
1)
2)
3)
4)
5)
1e+11
-2
Ф, см
1e+12
Чумаков А.И. Действие космической радиации на интегральные схемы. М.: Радио и связь,
2004. 30 с.
«Общая методика …»
Stephen Buchner, Paul Marshall, Scott Kniffin and Ken LaBel, «Proton Test Guideline Development»
SRIM - The Stopping and Range of Ions in Matter ( http://www.srim.org/ )
A. H. Johnston, B. G. Rax, «Proton Damage in Linear and Digital Optocouplers», IEEE Trans. Nucl.
Sci., 47(3), 675 (2000)
Выводы
-
-
-
Проведено сравнение деградации параметров
ВИП вследствие ионизационных и структурных
повреждений;
Показано влияние деградации параметров
оптопары в составе ВИП на характеристики
изделия в целом даже при минимальных
типовых требованиях по стойкости к протонам
(порядка единиц крад);
При испытаниях изделий на стойкость к ОРЭ на
ускорителе протонов 1ГэВ необходимо
учитывать сопутствующие структурные
повреждения в ВИП, содержащих оптопары.
Спасибо за внимание!