Влияние ионизирующего излучения на параметры изделий электронной техники: Методические разработки, страница 5

Сбой из-за одиночных частиц

 Отдельные тяжелые частицы, попадая на ИС, вызывают появление трека с большой плотностью электронно-дырочных пар, что может привести к кратковременному сбою. Одиночные частицы бывают также и причиной эффектов, вызывающих необратимый отказ элементов ИС.  Сбои из-за одиночных частиц (или случайные сбои) являются важной проблемой для интегральных схем, работающих в космической радиационной среде. Частицы, представляющие для нас интерес в связи с проблемой одиночных сбоев (ОС), - это протоны, a  - частицы и тяжелые ионы (тяжелыми считаются ионы любого элемента тяжелее гелия). Отдельная высокоэнер-гетичная частица (как правило, тяжелый ион), попадая в элемент ИС, теряет свою энергию на создание электронно-дырочных пар. В результате, в некоторой локальной области этого элемента возникает сильно ионизированный трек. Частица, обладающая некоторой энергией, будет терять ее со скоростью определяемой тормозной способностью dE/dx, которая, в общем, определяется как потери на единицу длины пробега частицы (иногда ее называют линейной передачей энергии). Низкоэнергетичные частицы (<=10 МэВ) теряют энергию гораздо быстрее высокоэнергетичных (>10МэВ). Если частицы падают перпендикулярно на обратно смещенный n⁺ - p переход, собирание заряда происходит в три стадии, которые начинаются сразу после создания ионизационного трека: дрейф в равновесной обедненной области, диффузия, образование воронок. В равновесной обедненной области существует сильное электрическое поле, под действием которого носители, генерируемые в этой области, быстро выносятся из нее. Так, при V=5B и толщине обедненной области 1 мкм для GaAs-прибора носители будут удаляться за время порядка 10^-11 с. Носители, появившиеся за пределами равновесной обедненной области, могут собираться за счет диффузии, особенно когда конец трека находится от края области обеднения на расстоянии, меньшем диффузионной длины L. Время собирания заряда за счет ОВЗ составляет величину порядка 0,1 нc. Образование воронок заряда связало с провисанием силовых линий в подложку прибора за ширину равновесной обедненной области. Lc - эффективная длина ОВЗ. Эта величина соответствует условию, при котором все носители, генерированные падающей частицей на длине Lc, быстро собираются. Важный эффект может происходить при образовании воронок заряда, если рассматривать его с точки зрения сбоя из-за одиночной частицы. В обособленном элементе собирание заряда будет усиливаться гораздо больше под действием ОВЗ, чем под действием диффузии. Таким образом, образование воронок заряда увеличивает вероятность возникновения в данной схеме случайных сбоев.  Собирание заряда по описанным механизмам приведет к одиночному сбою. С точки зрения собирания заряда процессы, происходящие в GaAs, подобны процессам в Si. Поток у интенсивности отказов из-за одиночных частиц будут сравнимы для обеих разновидностей схем при условии эквивалентности прочих факторов (геометрии прибора, конфигурации схемы и т.д.).

Эффект усиления дозы