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 _g, 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 I вх компараторов LM111, облученных при Т обл= 90 °С [78]	Рис. 4.9. Влияние температуры облучения на I вх компараторов LM111, облученных при Р g = 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 _g, 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 _g = 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 _g = 0,1–100 Р/с, авторы показали, что с ростом температуры деградация критичных параметров (U _OL, I _OL) увеличивается при Р _g < 0,1 Р/с и уменьшается при Р _g > 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 _g) биполярных цифровых ИС в диапазоне 0,05–100 Р/с достаточно хорошо описывается выражением

D _отк= А (Р _g) ⁿ, (4.2)

где Р _g 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

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 _g (эффекты ELDRS отсутствуют), хотя и отмечены случаи, когда по одному параметру отказ ИС наблюдается при максимальной Р _g, а по другому — при минимальной.