СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ ИМПУЛЬСНОГО ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ НА КОМПЛИМЕНТАРНЫХ СТРУКТУРАХ "МЕТАЛЛ-ОКИСЕЛ-ПОЛУПРОВОДНИК" Российский патент 2001 года по МПК G01R31/28 G01R31/26 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано при испытаниях интегральных микросхем на комплиментарных структурах металл - окисел - полупроводник (КМОП ИМС) на стойкость к сбою при воздействии импульсного ионизирующего излучения.

Известен способ моделирования воздействия импульсного ионизирующего излучения на интегральные микросхемы (ИМС), при котором воздействуют на ИМС импульсным излучением лазерной установки [1].

Недостатком данного способа является узкая сфера применения, поскольку он позволяет моделировать воздействие импульсного ионизирующего излучения в малых объемах и только на открытые кристаллы ИМС.

Известен, выбранный в качестве прототипа, способ моделирования воздействия импульсного ионизирующего излучения на полупроводниковые приборы, при котором на них воздействуют с помощью импульсной моделирующей установки ионизирующего излучения [2].

Недостатком такого способа является высокая стоимость, обусловленная необходимостью создания сложных моделирующих установок, дозиметрических приборов и обеспечения радиационной безопасности обслуживающего персонала. Кроме того, он недостаточно эффективен, так как радиационное воздействие наносит ущерб исследуемому образцу ИМС и не позволяет проводить многократное моделирование, необходимое для исследования стойкости каждой ИМС в различных логических состояниях и электрических режимах.

Техническим результатом, достигаемым данным изобретением является повышение эффективности и снижение стоимости моделирования воздействия импульсного ионизирующего излучения на КМОП ИМС.

Технический результат достигается за счет того, что моделирующее импульсное ионизирующее воздействие производят только на пробный образец КМОП ИМС, произвольно выбранный из партии исследуемых ИМС, при этом измеряют амплитудно-временные параметры импульсного электрического тока в цепи питания образца, затем подают на подложку каждой из исследуемых КМОП ИМС импульсное напряжение, подбирают его амплитуду, форму и длительность таким образом, чтобы параметры тока в цепи питания КМОП ИМС совпадали с амплитудно-временными параметрами тока в цепи питания пробного образца, зарегистрированными при его облучении импульсным ионизирующим излучением моделирующей установки.

Физические основы предлагаемого способа заключаются в следующем. Известно, что основная интегральная КМОП-структура -- инвертор содержит в себе совокупность р-п-переходов, образующих четырехслойную структуру (фиг. 1, 2). Подобную структуру имеют известные в электронике приборы - тиристоры. Таким образом, КМОП ИМС содержат в себе паразитные тиристорные структуры [3]. Причем область подложки КМОП ИМС является базовой областью тиристора, по которой может осуществляться управление его проводимостью [4] (фиг. 3). При подаче на подложку импульса напряжения отрицательной полярности относительно шины питания по КМОП-структуре протекает сквозной ток, обусловленный включением паразитного тиристора. Зависимости параметров токов в КМОП ИМС от параметров воздействующего импульсного ионизирующего напряжения можно получить при облучении на моделирующей установке опытного образца, произвольно выбранного из партии исследуемых ИМС, а затем моделировать воздействие импульсного ионизирующего излучения на исследуемые КМОП ИМС путем формирования в них сквозных токов с параметрами, зарегистрированными при облучении опытного образца, для чего подавать управляющее напряжение на подложку КМОП ИМС.

Существенными отличительными признаками данного изобретения являются измерение параметров тока в цепи питания пробного образца, произвольно выбранного из партии исследуемых ИМС, при воздействии на него импульсным ионизирующим излучением моделирующей установки и формирование тока с такими же параметрами в цепи питания исследуемых микросхем путем подачи импульсного напряжения на подложку КМОП ИМС.

Описание графических материалов
Фиг. 1 - электрическая схема КМОП-инвертора.

Фиг. 2 - разрез интегральной КМОП-структуры.

Фиг. 3 - электрическая эквивалентная схема КМОП-инвертора.

Фиг. 4 - схема реализации предлагаемого способа.

Реализацию предлагаемого способа удобно рассмотреть на примере интегрального КМОП-инвертора, имеющего вывод подложки.

Предполагается, что исследуемая микросхема имеет отдельный вывод подложки (как, например, микросхемы К176ЛП1, КР507РМ1 [5], К1808ВП1 [3] и др.). В исходном состоянии шину питания ИМС подключают к первому входу регистратора импульсов и первому выводу резистора R1, второй вывод которого подключают к источнику положительного напряжения питания и второму входу регистратора, подложку ИМС подключают к первому выводу резистора R2 и первому выводу конденсатора C1, второй вывод которого подключают к выходу генератора импульсов, второй вывод резистора R2 подключают к шине питания, вход ИМС, общие шины ИМС, источника напряжения, генератора импульсов, регистратора импульсов напряжения подключают к шине заземления, корпуса указанных приборов также заземляют, вход синхронизации регистратора импульсов соединяют с выходом синхронизации генератора импульсов (фиг. 4).

Для моделирования воздействия импульсного ионизирующего излучения на ИМС подают напряжение питания, включают регистратор импульсов напряжения и генератор импульсов. Регулируя напряжение и длительность импульсов на выходе генератора, добиваются требуемых параметров импульсов тока через ИМС. Импульсные токи, протекая по резистору R1, создают на нем импульсы напряжения, которые фиксируются регистратором импульсов напряжения. По его показаниям определяют параметры токов в цепи питания КМОП ИМС.

Для реализации данного способа могут быть использованы следующие приборы: генератор импульсов Г5-54, осциллограф C1-70 и др.

Источники информации
1. А.Ю. Никифоров и др. Результаты сравнительных испытаний типовых представителей ИС на установке РИУС-5 и лазерном имитаторе РАДОН-5М с целью проверки адекватности имитационных испытаний. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. Вып. 1-2, М; 1995 г.

2. B.C. Першенков., В.Д. Попов, А.В. Шальнов. Поверхностные радиационные эффекты в ИМС. М; Энергоатомиздат, 1988 г., с.32.

3. Цифровые интегральные микросхемы. Справочник. М; Радио и связь, 1994 г.

4. И. П. Жеребцов. Основы электроники. Энергоатомиздат. Ленинград, 1989 г.

5. Интегральные микросхемы. Справочник. М; Радио и связь, 1983 г.

Использование: при испытаниях функционирующих интегральных микросхем на комплиментарных структурах металл - окисел - полупроводник (КМОП ИМС) на стойкость к сбою при воздействии импульсного ионизирующего излучения. Техническим результатом является повышение эффективности и снижение стоимости моделирования воздействия импульсного ионизирующего излучения. Моделирующее импульсное ионизирующее воздействие производят только на пробный образец КМОП ИМС, произвольно выбранный из партии исследуемых ИМС. Измеряют амплитудно-временные параметры импульсного электрического тока в цепи питания образца. Затем подают на подложку каждой из исследуемых КМОП ИМС импульсное напряжение. Подбирают его амплитуду, форму и длительность таким образом, чтобы параметры тока в цепи питания КМОП ИМС совпадали с амлитудно-временными параметрами тока в цепи питания пробного образца, зарегистрированными при его облучении импульсным ионизирующим излучением моделирующей установки 4 ил.

Способ моделирования воздействия импульсного ионизирующего излучения на интегральные микросхемы на комплиментарных структурах металл - окисел - полупроводник, при котором воздействуют на исследуемые микросхемы с помощью моделирующей установки импульсного ионизирующего излучения, отличающийся тем, что моделирующее воздействие импульсного ионизирующего излучения производят только на пробный образец микросхемы, произвольно выбранный из партии исследуемых микросхем, при этом измеряют амплитудно-временные параметры импульсного электрического тока в цепи питания пробного образца микросхемы, затем подают на подложку каждой из исследуемых микросхем импульсное напряжение, подбирают его амплитуду, форму и длительность таким образом, чтобы амплитудно-временные параметры импульсного электрического тока в цепи питания каждой из исследуемых микросхем совпадали с амплитудно-временными параметрами тока в цепи питания пробного образца микросхемы, зарегистрированными при его облучении импульсным ионизирующим излучением моделирующей установки.