Цель работы:
- разработка методов и средств для исследования характеристик элементов перспективных изделий микроэлектроники с повышенной стойкостью к температурным и радиационным воздействиям,
- разработка улучшенных методов, средств и моделей для проектирования схем на их основе, предназначенных для использования в специальной электронной аппаратуре, работающей в условиях воздействия различных видов радиации и температуры.
Эмпирическая база исследования:
- характеристики реальных тестовых образцов полупроводниковых приборов, микросхем, печатных плат;
- характеристики полупроводниковых материалов, приборов, микросхем, печатных плат с повышенной стойкостью к воздействию температуры и радиации, приведенные в публикациях ведущих зарубежных и отечественных журналов, информационных материалах и отчетах ведущих зарубежных и отечественных предприятий и компаний – разработчиков и производителей электронных компонентов, Интернет- ресурсах и др.
Результаты работы:
1) методика сквозного проектирования элементов Si БТ / SiGe ГБТ и КНИ/КНС КМОП БИС, работающих как в обычных условиях, так и в условиях воздействия внешних факторов (температуры и различных видов космической радиации). Методика базируется на использовании стандартных средств САПР БИС: TCAD–ICCAP–Spectre/Eldo/HSpice и др.), адаптированных и модернизированных на случай расчёта БИС с учётом указанных выше условий;
2) программный комплекс по исследованию Si БТ / SiGe ГБТ и КМОП КНИ/КНС приборов и элементов БИС методом моделирования с учетом факторов космического пространства: температуры, ионизирующих излу-чений (гамма, нейтроны, протоны), тяжёлых заряженных частиц (ТЗЧ), по физическому уровню и точности используемых моделей, полноте и комплексности решаемых задач соответствующий уровню лучших мировых разработок;
3) 2-х и 3-х мерные численные модели электронных компонентов различного уровня (межсоединений, полупроводниковых приборов и элементов БИС, фрагментов БИС и печатных плат ), учитывающие влияние температурных эффектов;
4) компактные SPICE –модели Si/SiGе, биполярных и МОП транзисторов, учитывающие радиационные и тепловые эффекты;
5) три вида методик определения (экстракции) параметров моделей по ре-зультатам измерений на тестовых приборах или по результатам TCAD моделирования: 1) специализированная под конкретную компактную SPICE-модель; 2) с помощью универсальной программы-экстрактора Agilent IC-CAP; 3) с помощью специализированной программы-экстрактора ISExtract, встроенной в систему приборно-технологического проектирования Synopsys TCAD;
6) метод построения моделей биполярных и МОП-транзисторов с учётом радиационных эффектов, заключающийся в совместном использовании макромодельного подхода и введения в модель аппроксимирующих зависимостей параметров от радиационного фактора;
7) приборно-технологические TCAD-модели полупроводниковых приборов и элементов БИС, учитывающие на физическом уровне влияние радиационных (гамма, нейтроны, протоны, отдельные ядерные частицы) и тепловых (внешняя температура и саморазогрев) эффектов;
8) токонесущая способность и двухмерные тепловые поля в конструкциях проводящих трасс (Ti, Cu, Ni) с малой и сверхмалой толщиной проводящего слоя (до 2,5 мкм) на алюминиевой, керамической и полиимидной подложках с различными размерами по толщине и длине. Результаты представляют значительный интерес для проектирования суперсовременных печатных плат;
9) результаты облучения отечественных Si БТ с граничной частотой fT = 5 ГГц нейтронами и гамма-квантами. Входные и выходные ВАХ до и после облучения. SPICE-параметры Si БТ, которые используются для схемотехнического проектирования радиационно-стойких схем в ОАО «НПП «Пульсар» и ОАО «Компорация «ВНИИЭМ»;
10) ВАХ дискретных диодов (4 типа), биполярных и МОП-транзисторов (7 типов), операционного усилителя 544УД2 в диапазоне температуры –60°C …+ 100°C. Параметры SPICE-моделей, которые используются при проектировании спец.аппаратуры в ФГУП «ВНИИА им. Н. Л. Духова»;
11) для типовых каскадов аналоговых и цифровых Si БТ / SiGe ГБТ БИС и КНИ/КНС КМОП БИС проведена оценка областей их работоспособности в условиях влияния температуры и радиации.
Степень внедрения, рекомендации по внедрению результатов НИР:
Результаты НИР могут быть использованы на предприятиях ОАО «НИИМЭ и Микрон», ФГУП НПП «Пульсар», НИИМА «Прогресс», ОАО «Ангстрем» и др., обладающих комплектом необходимого технологического оборудования и соответствующей квалификацией технологов и специалистов, кроме того, на предприятиях Минобороны, Роскосмоса, Росатома и др. ведомств, занимающихся созданием и разработкой спец. радиоэлектронной аппаратуры, в частности: ФГУП «ФНЦП НИИ Измерительных систем им. Ю.Е. Седакова» (г. Н.-Новгород), ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ им. акад. Е.И. Забабахина» (г. Снежинск), ФГУП «ВНИИ Автоматики им. Н.Л. Духова», ОАО «НПО Измерительной техники» (г. Королев, Моск. обл.) и др.
Результаты НИР внедрены:
В ОАО «НПП Пульсар» (см. п. 9 Реферата).
В ОАО «Компорация «ВНИИЭМ» (см. п. 9 Реферата).
В ФГУП «ВНИИА им. Н. Л. Духова» (см. п. 10 Реферата).
Область применения
Радиоэлектронная аппаратура для ядерной энергетики, аэрокосмической техники, радиолокации, связи и телекоммуникаций, систем вооружения и военной техники, ликвидации последствий радиационных и других экологических катастроф, утилизации ядерных и химически агрессивных отходов, а также специальная аппаратура гражданского назначения.
