CC BY
139
вращает результат прокси-объекту, а тот, в свою очередь, — клиенту (рис. 2). Зачастую программы, управляющие оборудованием, реализованы на LabView, поэтому возникает необходимость встраивания их в описанную архитектуру. Эта задача решается внедрением объектов .NET в проекты на LabView (рис. 3). LabView позволяет загружать сборку .NET и создавать описанные в ней объекты и вызывать их методы, обращаться к полям и свойствам, а также подписываться на события [4]. На рис. 3 показана часть проекта LabView, в которой создается объект источника питания. Вся логика работы источника питания, подсчета и парирования ТЭ может быть реализована в самом объекте .NET, а для непосредственного управления источником питания National Instruments (задание напряжений, ограничения тока, включение и отключение каналов) через подписку на события могут вызывать-
ся подпрограммы, реализованные в LabView с использованием библиотечных функций поддержки соответствующих аппаратных средств.
Заключение
Технология .NET Remoting хорошо подходит для автоматизации производственных процессов, требующих синхронной работы оборудо-вания, со-
единенного в локальную сеть. В работе показана возможная реализация автоматизации испытаний на стойкость к воздействию отдельных ядерных частиц. Возможность создавать объекты .NET в таких средах разработки как Lab View позволяет включить в процесс автоматизации средства функционального контроля на основе модульных приборов National Instruments
Литература
1. Чумаков А.И. Действие космической радиации на интегральные схемы. - М.: Радио и связь, 2004. - 320 с.
2. Рихтер Дж. CLR via C#. Программирование на платформе Microsoft .NET Framework 2.0 на языке C#. Мастер-класс. -М.: Русская. Редакция, 2007. - 656 с.
3. Морган Сара, Райан Билл, Хорн Шеннон, Бломсма Марк. Разработка распределенных приложений на платформе Microsoft .Net Framework: Учебный курс Microsoft. - М.: Русская Редакция, 2008. - 608 с.
4. Трэвис Дж., Кринг Дж. LabView для всех. - М.: ДМК Пресс, 2008. - 880 с.
ВАСИЛЬЕВ1 Алексей Леонидович, к.т.н.; ПЕЧЕНКИН2 Александр Александрович; ЧУМАКОВ3 Александр Иннокентьевич, д.т.н.; ЯНЕНКО4 Андрей Викторович, к.т.н.; АРТАМОНОВ5 Алексей Сергеевич, к.т.н.
ВЕРИФИКАЦИЯ ЛАЗЕРНЫХ ИСПЫТАНИЙ ИС НА СТОЙКОСТЬ К ВОЗДЕЙСТВИЮ ОТДЕЛЬНЫХ ЯДЕРНЫХ ЧАСТИЦ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИМПУЛЬСНОЙ ГАММА-УСТАНОВКИ
Представлена методика калибровки лазерных имитационных испытаний микросхем по локальным одиночным ионизационным эффектам с использованием малогабаритной импульсной гаммы-установки. Проведена апробация методики, и показана возможность повышения, точности оценок эквивалентных значений линейных потерь энергии (ЛПЭ) для. микросхем, выполненных по различным, технологиям..
Technique of laser simulation, tests verification, using pulsed. X-ray simulator is presented. Approbation, technique is performed, and opportunity of improving the accuracy estimations equivalent LET for various IC's technologies is shown.
Широкое применение интегральных схем (ИС) в бор- которые в современных БИС могут достигать более 90%. Раз-товой аппаратуре космических аппаратов требует витый в настоящее времени способ учета этих эффектов по оценки их чувствительности к воздействию отдельных ядер- ионизационному отклику в цепи питания дает в ряде случаев ных частиц [1 — 3]. Эффективный метод оценки этой чувс- ощутимую погрешность из-за неопределенности в значениях твительности основан на применении сфокусированного некоторых электрофизических параметров подложки [7]. В лазерного излучения пикосекундной длительности [3 — 6]. настоящей работе предлагается развитие этого метода, осно-Одним из недостатков этого метода является необходимость ванного на дополнительных испытаниях по методике локаль-учета потерь лазерного излучения при его отражении слоя- ного облучения на импульсном ускорителе электронов в ре-ми металлизации, поглощении в слоях поликремния и т.п., жиме генерации гамма-излучения.
1 - с.н.с. «ОАО ЭНПО «СПЭЛС»;2 - м.н.с. «ОАО ЭНПО «СПЭЛС»;
3 — профессор НИЯУ «МИФИ»;4 - доцент НИЯУ «МИФИ»; 5 — доцент НИЯУ «МИФИ».
SPEC_2011_SPT-1.indd 1?
С практической точки зрения наиболее удобным параметром для проведения верификации служит импульсная реакция цепи питания при локальном облучении фрагментов микросхем. В целях исключения влияния режима работы целесообразно эти измерения проводить в режиме короткого замыкания всех выводов ИС. При проведении этой процедуры рекомендуется:
♦ использовать интегратор с постоянной времени не менее 10 мкс в целях исключения влияния длительности и формы импульса ионизирующего излучения (ИИ);
♦ ограничить амплитуду сигнала ионизационной реакции (ИР) на уровне 0,2...0,3 В в целях исключения влияния отпирания р-п-переходов и влияния нелинейных эффектов.
Ионизационная реакция ИС, под которой понимается переходная реакция цепи питания Аи@), в случае воздействия импульсного ионизирующего излучения и применения интегратора описывается соотношением:
ДС/(0«— ехр(-*/ДС),
(1)
(2)
(3)
зационной реакции (АЦ, « Аиа) при облучении на гамма-установке локальным пятном площадью А1а (предполагается, что оснастка используется при обоих измерениях одна и та же); Са, С1 — емкости в цепи интегратора при проведении измерений на гамма-установке и лазерном имитаторе.
Таким образом, коэффициент пропорциональности между поглощенной энергией и энергией лазерного излучения равен:
к=А ' /аЛ ДЕЛ С
(5)
В связи с относительно большим диаметром коллиматора и возможными вариациями коэффициента оптических потерь по площади ИС необходимо на последующих этапах определять калибровочные коэффициенты кг- для каждой г-й чувствительной области при диаметре лазерного пятна из диапазона 20.100 мкм. Значение коэффициента потерь для исследуемой области оценивается из соотношения:
(6)
где АО — величина собранного заряда на интеграторе; К, С — эквивалентные параметры интегратора; t — текущее время; С = С1П+Ссс; Ссс — эквивалентная емкость ИС; Спп — емкость интегратора. Оценку величины заряда при локальном облучении на импульсной гамма-установке можно провести из соотношения:
где АОа_и — величина собранного заряда на интеграторе при облучении; q — заряд электрона (1,6*10-19 Кл); д0 — скорость генерации (4,3*1013 пар/(рад*см3 в кремнии)); А1а — площадь коллиматора; АИС — площадь ИС; — эффективная длина собирания носителей заряда; Da — эквивалентная суммарная доза; Ка — коэффициент ослабления излучения слоем защиты.
Проведя дополнительные измерения при полностью перекрытом коллиматоре, можно учесть излучение, проходящее через слой защиты, и оценить ионизационную реакцию Аиа только от локального радиационного воздействия, проходящего через коллиматор.
Аналогично можно провести оценку заряда при локальном облучении на лазерном имитаторе:
где кг — величина коэффициента пропорциональности между энергией лазерного излучения (ЛИ) и суммарной дозой с учетом коэффициента оптических потерь; Jl — энергия лазерного излучения.
Путем сравнения амплитуд ионизационных реакций (1)...(3) можно определить коэффициент пропорциональности кг из соотношения:
Я . 8а ■ Л,а . Ке • ~ Я ' 8а ' К ■ К ■ К > (4)
где иI — амплитуда ИР при локальном лазерном облучении; J!cо — значение энергии лазерного излучения, при которой получается приблизительно то же значение амплитуды иони-
Щ Зп
где ии — амплитуда ИР г-й области с уменьшенным диаметром при энергии ЛИ, равной Ju.
Рассмотренная методика калибровки позволяет оценить пороговые значения ЛПЭ ионов по результатам испытаний на лазерной установке со сфокусированным лучом. Расчет ЛПЭ производится из величины поглощенной дозы и пороговой энергии лазерного излучения для возникновения эффекта Ju, которая, в свою очередь, определяется из зависимости пороговой энергии лазерного излучения от диаметра [7].
С учетом того, что эквивалентное значение ЛПЭ выражается через значение поглощенной дозы 1 рад = 6,25*104 МэВ/мг, итоговое соотношение для определения ЛПЭ преобразуется к виду:
1ЕТЛ = 6, 25 -104 . • Л,а • |Ц- ■ С- ■ К ■ (7)
Важно отметить, что в ряде ИС с относительно однородными элементами и слоями металлизации, например, для большинства современных цифровых микросхем, можно отказаться от облучения на гамма-установке через коллиматор и проводить облучение всей микросхемы. В этом случае в соотношении (7) вместо площади коллиматора необходимо будет использовать площадь кристалла ИС АИС.
Экспериментальная апробация предложенной методики проводилась на малогабаритной импульсной гамма-установке «АРСА» и пикосекундном лазерном имитаторе ПИКО-3. Структурная схема экспериментальной установки показана на рис. 1
Измерение параметров ионизационной реакции на установке «АРСА» проводится в следующей последовательности:
♦ при мощности дозы порядка 109 рад/с анализируется ИР в цепи питания на токосъемном резисторе при облучении всей поверхности кристалла ИС (необходимо убедиться, что в этой области отсутствуют нелинейные эффекты); в случае отсутствия такой уверенности уменьшается мощность дозы ИИ и проводится контроль при меньшей мощности дозы;
16.01.2012 13:26:45
Осциллограф
Рис. 1. Схема экспериментальной установки
Г’
10 шУ/сііу 5 ш/сНу
к
1 [%
1г
10 іг іУ/сііу 5 ив /сііу
а
б
Рис. 2. БИС ТМБ320. Ионизационные реакции в цепи питания при локальном облучении: а) установка «АРСА» облучение через коллиматор с уровнем воздействия 1,5*109 ед/с; б) лазерная установка ПИКО-3
♦ при этой же интенсивности снимается осциллограмма сигнала на интеграторе при облучении пучком всей поверхности кристалла ИС;
♦ на этой же интенсивности устанавливается коллиматор и измеряется ионизационная реакция ИС в 2.3 характерных точках поверхности кристалла ИС.
На следующем этапе проводится измерение ионизационной реакции на лазерном имитаторе при тех же условиях локального воздействия (диаметр пятна, характеристики интегратора):
♦ определяется энергия лазерного излучения, при которой характеристики ионизационной реакции в цепи питания совпадают с полученной на гамма-установке (допускает-
ся измерения проводить при меньших уровнях лазерного воздействия, если ее энергия близка к пороговым энергиям повреждения поверхности кристалла ИС);
♦ оценивается интегральный коэффициент калибровки (соотношение (5));
♦ определяются локальные коэффициенты калибровки при облучении локальных чувствительных областей с диаметром оптического пятна 20.100 мкм (соотношение (6)).
Разработанная методика была апробирована на ряде ИС. В качестве примера на рис. 2 и рис. 3. показаны типовые ионизационные реакции, полученные на МУ «АРСА» и лазерном имитаторе для процессора цифровой обработки сигнала типа ТМЯ320С (рис. 2) и ОЗУ типа K6R4008 (рис. 3), первая из ко-
8РЕС_2011_8РТ-1.1шИ 19
аб
Рис. 3. БИС ОЗУ К6Я4008. Ионизационные реакции в цепи питания при локальном облучении: а) установка «АРСА» - облучение через коллиматор с уровнем воздействия 4*108 ед/с;
б) лазерная установка ПИКО-3
торых выполнена на эпитаксиальных, а вторая — на монок-ремниевых структурах. Проведенные оценки показали, что в данных ИС коэффициент оптических потерь достигает значения 4 и 3 соответственно.
Из сравнения результатов, представленных на рис. 2, 3, видно, что для получения сопоставимых уровней ионизационного отклика при воздействии на БИС, выполненных на эпитаксиальных структурах (рис. 2), требуются уровни воздействия в 5 — 10 раз выше, чем для БИС, выполненных на монокрем-ниевых структурах (рис. 3).
Разработанная методика позволяет проводить верификацию лазерных имитационных испытаний ИС на стойкость к воздействию отдельных ядерных частиц с использованием импульсных гамма-установок и определять эквивалентные значения ЛПЭ для схем, выполненных по различным технологиям (объемной, эпитаксиальной, тонкопленочной и т.п.). Предложенная методика позволяет существенно увеличить точность оценки ЛПЭ по сравнению с методом, основанным на анализе только ионизационного отклика при локальном лазерном воздействии [7]
Литература
1. Messenger G.C., Ash M.S. Single Event Phenomena. - N.Y.: Chapman&Hall, 1997. - 368 p.
2. The Radiation Design Handbook. European Space Agency. ESTEC, Noordwijk, the Nederland, 1993. - 444 p.
3. Чумаков А.И. Действие космической радиации на ИС. - М.: Радио и связь, 2004. - 320 с.
4. Allen G. R. Compendium, of Test Results of Single Event Effects Conducted, by the Jet Propulsion. Laboratory./ 2008 IEEE Radiation Effects Data Workshop Record.
5. Pouget V. Fundamentals of laser SEE testing and. recent trends / RALFDAY2009, EADS France, Suresnes, 11th September.
6. Jones R. et al. Comparison between SRAM SEE cross-section from, ion beam, testing with those obtained, using a new picosecond, pulsed laser facility./ IEEE Trans. on Nucl. Sci., 2000. - V. NS-47. -№ 4. - PP. 539 - 544.
7. Чумаков А.И., Печенкин А.А., Егоров А.Н., Маврицкий О.Б., Баранов С.В., Васильев А.Л., Яненко А.В. Методика оценки параметров чувствительности ИС к тиристорному эффекту при воздействии отдельных ядерных частиц./ Микроэлектроника, 2008. - Т. 37. - № 1. - С. 45 - 51.
