Современная электроника №6/2021

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 26 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2021 Китайская радиационно-стойкая ЭКБ на российском рынке Необходимость обеспечения обороноспособности и конкурентоспособности России в космосе диктует потребности отечественных предприятий военной и аэрокосмической промышленности в широкой номенклатуре высоконадёжных микроэлектронных компонентов для изготовления современных изделий космической и оборонной техники. В случае с космической техникой – обязательным требованием является способность сохранять работоспособное состояние при воздействии ионизирующего излучения – повышенной радиационной стойкости. Не секрет, что ввиду технологического отставания СССР, а в дальнейшем и РФ, в области микроэлектроники аппаратура специального назначения всегда создавалась и продолжает создаваться с использованием изделий электронной компонентной базы (ЭКБ) иностранного производства. Павел Лысенко (pablo1849@ya.ru ) В связи с санкционной политикой западных государств против России оказалось весьма актуальным техниче- ское сотрудничество с КНР, предприя- тия которой освоили все виды микро- электронных изделий, в том числе и в радиационно-стойком исполнении. Несмотря на развитие в последние годы микроэлектронной промышленности РФ, выпускающей среди прочих и ради- ационно-стойкие изделия, их номен- клатура недостаточна для решения всех современных инженерных задач, поэтому сотрудничество с китайскими производителями оказывается своевре- менным выходом из сложившейся ситу- ации и позволяет реализовывать самые масштабные проекты в космической, военной и других областях, где требу- ются радиационно-стойкие и высоко- надёжные компоненты. Проблема радиационной стойкости компонентов В длинном ряду разнообразных тре- бований к электронным компонентам специального назначения своё место занимает радиационная стойкость – способность аппаратуры (и всех состав- ляющих её компонентов) сохранять работоспособность при воздействии ионизирующего излучения. Радиацион- ное воздействие на микроэлектронные структуры обусловлено вероятностью пролёта высокоэнергетических частиц через эти структуры, что может приво- дить к разным эффектам в элементах схем. Радиационные эффекты можно классифицировать на четыре группы: 1)эффекты полной поглощённой до- зы. Такие эффекты связаны с нако- плением заряда в диэлектриках и на границе раздела диэлектрик-по- лупроводник; 2) эффекты мощности дозы. Высокая мощность дозы характерна для ядер- ного взрыва. Как следствие, защита от этого фактора наиболее актуаль- на для военной техники. При бы- стром наборе поглощённой дозы полупроводниковый материал «ио- низируется», т.е. накапливает несте- кающий объёмный электрический заряд, который может вызывать ти- ристорный эффект; 3) эффекты попадания одиночных ча- стиц. Отдельные высокоэнергетиче- ские частицы оказывают заметное воздействие на работу микроэлек- тронных структур, которое может быть неразрушающим и разрушаю- щим. Кроме того, тяжёлые заряжен- ные частицы являются причиной возникновения различных одиноч- ных радиационных эффектов: оди- ночные сбои (SEU), тиристорный эффект (SEL), переходная характе- ристика (SET) и др.; 4) эффекты смещения — это радиаци- онные повреждения в кристалличе- ской решетке, то есть её локальное нарушение. В космическом про- странстве причиной этого эффекта может стать локальная ядерная реак- ция в результате попадания прото- на или нейтрона; частицы с низкой энергией не создают такой эффект. Эффект смещения атомов приводит к росту уровня шума, снижению под- вижности носителей заряда. Эффект преобладает в фотоэлектрических батареях, фотоэлементах, силовых транзисторах и в элементах на ос- нове арсенида, нитрида галлия. Условность этой классификации можно объяснить комбинированием эффектов. Например, длительное облу- чение потоком тяжёлых ионов, вызы- вающих одиночные эффекты, увеличи- вает поглощённую дозу. Космическое излучение В открытом космосе плотность пото- ка частиц велика. Но даже в атмосфе- ре, на высотах, соответствующих эше- лонам пассажирских авиамаршрутов, поток частиц (вторичных, от взаимо- действия космических лучей с атмос- ферой) весьма заметен. Способы повышения радиационной стойкости Для повышения радиационной стой- кости интегральных схем используется целый ряд мер на всех этапах проекти- рования и изготовления изделий ЭКБ: выбор схемотехнических решений, моделирование в САПР, выбор радиа- ционно-стойкой технологии изготов- ления, защитное экранирование. Рас- смотрим некоторые из них. Кремний на диэлектрике Технология «кремний на диэлек- трике» (англ. Silicon-on-insulator, SOI) заключается во внедрении в поверх- ность подложки слоя кислорода, который при нагревании формиру- ет сплошную прослойку из двуоки- си кремния толщиной около 200 нм. Этот слой изолирует активные обла- сти микросхемы от кремниевой под- ложки. Это позволяет значительно сни- зить токи утечки, паразитные ёмкости, сводит к нулю вероятность тиристор- ного эффекта. Резервирование с голосованием Этот метод основан на клонирова- нии элементов с введением устрой- ства голосования, которое сравни- вает результаты работы нескольких устройств и выдаёт результат, явля-