РАДИАЦИОННО–ИНДУЦИРОВАННАЯ ДЕГРАДАЦИЯ КМОП–ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ МОЩНОСТИ ДОЗЫ И ТЕМПЕРАТУРЫ ПРИ ОБЛУЧЕНИИ
Аннотация
Исследована деградация КМОП− операционных усилителей с биполярным и КМОП−входным каскадом при облучении с различными значениями мощности дозы и температуры. Показано, что такие микросхемы могут быть подвержены как повышенной чувствительности к низкоинтенсивному облучению, так и зависящим от времени эффектам. При исследованиях операционных усилителей, содержащих только КМОП−элементы, выявлены некоторые особенности, присущие радиационному отклику изделий биполярной технологии, например усиление деградации при увеличении температуры облучения. Это не типично для большинства изделий КМОП−технологии. На основе полученных результатов показано, что методы радиационных испытаний приборов и микросхем, содержащих как биполярные, так и КМОП− или МОП−элементы, должны объединять существующие подходы к испытаниям МОП− и биполярных приборов. Установлено, что при измерении в процессе испытаний входного тока операционных усилителей с КМОП− входным каскадом необходимо учитывать влияние ионизационного тока, генерируемого при облучении. Этот ток может быть оценен как разность значений входного тока, измеренных в процессе облучения и сразу же после прерывания облучения.
Об авторах
К. И. Таперо
ФГУП «Научно−исследовательский институт приборов»;
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия
Россия
Таперо Констатнтин Иванович — кандидат физико-математических наук НИИ приборов, доцент кафедры полупроводниковой электроники и физики полупроводников МИСИС
Ленинский просп., д. 4, Москва, 119049
А. С. Петров
ФГУП «Научно−исследовательский институт приборов»
Россия
Россия
Петров А. С. — ведущий инженер
промзона Тураево, стр. 8, Лыткарино, Московская обл., 140080
В. Н. Улимов
ФГУП «Научно−исследовательский институт приборов»
Россия
Россия
Улимов Виктор Николаевич2 — доктор технических наук, профессор
промзона Тураево, стр. 8, Лыткарино, Московская обл., 140080
Список литературы
1. Pease, R. L. ELDRS in bipolar linear circuits: a review / R. L. Pease, R. D. Schrimpf, D. M. Fleetwood // IEEE Trans. Nucl. Sci. − 2009. − V. 56, N 4. − P. 1894—1908.
2. Shaneyfelt, M. R. Thermal−stress effects and enhanced low dose rate sensitivity in linear bipolar ICs / M. R. Shaneyfelt, J. R. Schwank, J. R. Witczak, D. M. Fleetwood, R. L. Pease, P. S. Winokur, L. C. Riewe, G. L. Hash // IEEE Trans. Nucl. Sci. − 2000. − V. 47, N 6. − P. 2539—2545.
3. Schrimpf, R. D. Physics and hardness assurance for bipolar technologies / R. D. Schrimpf // 2001 IEEE NSREC Short Course Notes. − 2001. − P. IV−1—IV−67.
4. McClure, S. Dependence of total dose response of bipolar linear microcircuits on applied dose rate / S. McClure, R. L. Pease, W. Will, G. Perry // IEEE Trans. Nucl. Sci. − 1994. − V. 41, N 6. − P. 2544—2549.
5. Johnston, A. H. Total dose effects in conventional bipolar transistors and linear integrated circuits / A. H. Johnston, G. M. Swift, B. G. Rax // IEEE Trans. Nucl. Sci. − 1994. − V. 41, N 6. − P. 2427—2436.
6. Beaucour, J. T. Total dose effects on negative voltage regulator / J. T. Beaucour, T. Carriere, A. Gach, D. Laxague // IEEE Trans. Nucl. Sci. − 1994. − V. 41, N 6. − P. 2420—2426.
7. Chen, X. J. Modeling the dose rate response and the effects of hydrogen in bipolar technologies / X. J. Chen, H. J. Barnaby, P. Adell, R. L. Pease, B. Vermeire, K. E. Holbert // IEEE Trans. Nucl. Sci. − 2009. − V. 56, N 6. − P. 3196—3202.
8. Tapero, K. I. Comparison of irradiation at low dose rate and irradiation at elevated temperature to reveal ELDRS in bipolar linear circuits / K. I. Tapero, A. S. Petrov, P. A. Chubunov, V. N. Ulimov, V. S. Anashin // 15th Europ. Conf. on Radiation and its Effects on Components and Systems (RADECS). − 2015. − P. 1—5. DOI: 10.1109/ RADECS.2015.7365593
9. Schwank, J. R. Total dose effects in MOS devices / J. R. Schwank // IEEE NSREC Short Course Notes. − 2002. − P. III−1—III−123.
10. Fleetwood, D. M. Using laboratory X−ray and Co−60 irradiations to predict CMOS device response in strategic and space environments / D. M. Fleetwood, P. S. Winokur, J. R. Schwank // IEEE Trans. Nucl. Sci. − 1988. − V. 35, N 6. − P. 1497—1505.
11. Schwank, J. R. Physical mechanisms contributing to device rebound / J. R. Schwank, P. S. Winokur, P. J. McWhorter, F. W. Sexton, P. V. Dressendorfer, D. C. Turpin // IEEE Trans. Nucl. Sci. − 1984. − V. 31, N 6. − P. 1434—1438.
12. Lelis, A. J. Reversibility of trapped hole annealing / A. J. Lelis, H. E. Boesch, T. R. Oldham, F. B. McLean // IEEE Trans. Nucl. Sci. − 1988. − V. 35, N 6. − P. 1186—1191.
13. Lelis, A. J. Response of interface traps during high−temperature anneals / A. J. Lelis, T. R. Oldham, W. M. DeLancey // IEEE Trans. Nucl. Sci. − 1991. − V. 38, N 6. − P. 1590—1597.
14. Hahn, A. Application of rail−to−rail operational amplifiers / A. Hahn // Application report SLOA039A. − 1999. URL: http://www. ti.com/lit/an/sloa039a/sloa039a.pdf
15. Petrov, A. S. Influence of temperature and dose rate on the degradation of BiCMOS operational amplifiers during total ionizing dose testing / A. S. Petrov, K. I. Tapero, V. N. Ulimov // Microelectronics Reliability. − 2014. − V. 54. − P. 1745—1748.
16. Witczak, S. C. Accelerated tests for simulating low dose rate gain degradation of lateral and substrate pnp bipolar junction transistors / S. C. Witczak, R. D. Schrimpf, K. F. Galloway, D. M. Fleetwood, R. L. Pease, J. M. Puhl, D. M. Schmidt, W. E. Combs, J. S. Suehle // IEEE Trans. Nucl. Sci. − 1996. − V. 43, N 6. − P. 3151—3160.
17. Witczak, S. C. Hardness assurance testing of bipolar junction transistors at elevated irradiation temperatures / S. C. Witczak, R. D. Schrimpf, D. M. Fleetwood, K. F. Galloway, R. C. Lacoe, D. C. Mayer, J. M. Puhl, R. L. Pease, J. S. Suehle // IEEE Trans. Nucl. Sci. − 1997. − V. 44, N 6. − P. 1989—2000.
18. Романенко, А. А. Влияние ионизирующего излучения низкой интенсивности на биполярные изделия электронной техники / А. А. Романенко // Вопросы атомной науки и техники. Сер.: Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. − 2002. − Вып. 4. − С. 121—132.
19. Петров, А. С. Применение испытательного стенда контроля стойкости электронной компонентной базы для испытаний биполярных операционных усилителей / А. С. Петров, М. С. Петров, К. И. Таперо, В. Н. Улимов, О. В. Мещуров, А. А. Романенко, В. С. Анашин, П. А. Чубунов // Вопросы атомной науки и техники. Сер.: Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. − 2013. − Вып. 1. − С. 14—17.
20. Таперо, К. И. Особенности радиационных испытаний аналоговых биполярных микросхем с учетом эффекта ELDRS / К. И. Таперо, А. С. Петров, В. Н. Улимов, А. М. Членов // Вопросы атомной науки и техники. Сер.: Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. − 2013. − Вып. 4. − С. 5—10.
21. Таперо, К. И. Радиационные эффекты в кремниевых интегральных схемах космического применения / К. И. Таперо, В. Н. Улимов, А. М. Членов. − М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. − 304 с.
22. Таперо, К. И. Основы радиационной стойкости изделий электронной техники: радиационные эффекты в изделиях электронной техники / К. И. Таперо, С. И. Диденко. − М. : Изд. дом МИСиС, 2013. − 349 с.
23. Scarpa, A. Ionizing radiation induced leakage current on ultra−thin gate oxides / A. Scarpa, A. Paccagnella, F. Montera, G. Ghibaudo, G. Pananakakis, G. Ghidini, P. G. Fuochi // IEEE Trans. Nucl. Sci. − 1997. − V. 44, N 6. − P. 1818—1825.
24. Ceschia, M. Radiation induced leakage current and stress induced leakage current in ultra−thin gate oxides / M. Ceschia, A. Paccagnella, A. Cester, A. Scarpa, G. Ghidini // IEEE Trans. Nucl. Sci. − 1998. − V. 45, N 6. − P. 2375—2382.
Для цитирования:
Таперо К.И., Петров А.С., Улимов В.Н. РАДИАЦИОННО–ИНДУЦИРОВАННАЯ ДЕГРАДАЦИЯ КМОП–ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ МОЩНОСТИ ДОЗЫ И ТЕМПЕРАТУРЫ ПРИ ОБЛУЧЕНИИ. Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2015;18(4):291-296. https://doi.org/10.17073/1609-3577-2015-4-291-296
For citation:
Tapero K.I., Petrov A.S., Ulimov V.N. RADIATION INDUCED DEGRADATION OF CMOS OPERATIONAL AMPLIFIERS AT DIFFERENT DOSE RATES AND TEMPERATURES. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering. 2015;18(4):291-296. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1609-3577-2015-4-291-296
Просмотров: 244
Послать статью по эл. почте 