Современная электроника №6 (2022)

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ аб Рис. 31. Настройка параметров логического анализатора, его подключение к схеме управления матрицей светодиодов и диаграммы двоичного кода формирования световых эффектов: (а) бегущих огней, (б) поочерёдного свечения шести светодиодов D1–D6 и D7–D12 двоичного слова (00000001) шаблона из чения со своих выводов и отображает Рис. 32. Открытие при помощи кнопки Virtual файла Svetodiodu2.ptn. После поступле- полученные данные в виде прямоуголь- Instruments Mode панели INSTRUMENTS и выбор ния на выводы генераторов PATTERN1 ных импульсов на диаграмме во времен- прибора LOGIC ANALYSER и PATTERN2 значений (00100010 и ной области лицевой панели. Для съёма 00000010) второго двоичного слова сигналов с исследуемой схемы логиче- При помощи первой производится мас- шаблона из файлов Svetodiodu1.ptn и ский анализатор имеет 16 выводов и штабирование отображения диаграм- Svetodiodu2.ptn подсвечиваются 2, 6 и 4 шины разрядностью в 8 бит каждая. мы, при помощи второй выполняет- 10 светодиоды (рис. 25б). Далее на выво- ся подстройка разрешения. В нашем ды генераторов шаблона поступает тре- Добавим прибор в проект и соеди- примере (рис. 31) воспользуемся руч- тье (01000100 и 00000100) – рис. 25в, чет- ним со схемой формирования световых ками управления Display Scale и Capture вёртое (10001000 и 00001000) – рис. 25г эффектов так, как показано на рис. 31. Resolution окна Horizontal и отрегули- и снова первое (00010001 и 00000001) Лицевая панель прибора открывается руем отображение диаграмм на панели значения шаблона, тем самым обеспе- вследствие запуска симуляции схемы. VSM Logic Analyser. Установим малень- чивая непрерывное поочерёдное подсве- Рассмотрим её более подробно. Шест- кую ручку Display Scale в позицию 1х, чивание светодиодов в цикле со сдвигом надцать переключателей в левой части большую ручку Display Scale в позицию подсветки влево. При этом одновремен- панели соответствуют шестнадцати 1000х. Установим маленькую и боль- но засвечиваются три светодиода из 12 каналам съёма сигналов A0–A15. В следу- шую ручки Capture Resolution в пози- имеющихся в схеме. ющей колонке отображены имена вхо- цию 200. Результаты работы логиче- дов логического анализатора. В нижней ского анализатора отображаются на Управляя значениями разрядов дво- части временной области отображаются экране графического дисплея в виде ичных слов в файлах шаблона, код фор- сигналы, полученные со входов В0[0..7]– диаграмм, которые представляют сиг- мирования световых эффектов можно B3[0..7]. Также прибор оснащён курсора- налы, полученные с его входов (рис. 31). изменить. Например, запрограммиро- ми, предназначенными для проведения вать одновременное свечение сразу измерений во временной области, кото- Литература шести светодиодов D1–D6 (в то время рые при необходимости можно переме- как светодиоды D7–D12 будут погаше- щать при помощи левой кнопки мыши. 1. Колесникова Т. Проектирование ны) – рис. 30а, записав в файле шабло- устройств вывода информации с исполь- на генератора PATTERN1 в младшие В правой части лицевой панели рас- зованием цифрового генератора шабло- разряды первого двоичного управля- сматриваемого прибора расположена на в Proteus 8.11 // Современная электро- ющего слова шесть 1 (код 00111111), панель управления, на которой нахо- ника. 2022. № 3. а затем с помощью кода 11000000 (вто- дятся два окна: рая строка в файле шаблона генератора ● Trigger (Синхронизация); 2. Proteus VSM Help, Labcenter Electronics, PATTERN1) и 00001111 (вторая строка в ● Horizontal (Развертка). 2020. файле шаблона генератора PATTERN2) погасить светодиоды D1–D6 и зажечь Управление курсорами производится 3. ISIS Help, Labcenter Electronics, 2014. светодиоды D7–D12 (рис. 30б). в окне Trigger. Для этого предназначена кнопка Cursors, при помощи которой Диаграммы двоичного кода управ- можно активизировать или отключить ления свечением светодиодов показа- курсоры. ны на рис. 31. Для их формирования применим ещё один виртуальный при- Логический анализатор оперирует бор программы Proteus – логический последовательно записанными в буфер анализатор (рис. 32), который добав- захвата входными цифровыми дан- ляют в схему выбором левой кнопкой ными. Процесс захвата данных запу- мыши строки с его названием (LOGIC скается кнопкой Capture окна Trigger. ANALYSER) на панели INSTRUMENTS Спустя некоторое время после выпол- (панель открывают нажатием кнопки нения условий переключения этот про- Virtual Instruments Mode на левой пане- цесс останавливается, а кнопка меняет ли инструментов схемного редактора). свой цвет при записи и после её завер- шения. Результат – содержимое буфера Логический анализатор после запуска захвата отображается на дисплее. симуляции схемы снимает входные зна- В окне Horizontal расположены две ручки: Display Scale и Capture Resolution. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022 WWW.SOEL.RU 49

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ Разработка модуля выдачи и контроля исполнения производственного задания информационно-управляющей системы класса MES Мария Бахметьева (РТУ МИРЭА) отделом закупки запчастей и просит их поставить недостающие детали. В статье рассмотрены основные возможности MES-систем. Кроме того, на примере разработки модуля для системы, отвечающей за выдачу После получения данной инфор- производственного задания, приведены особенности их использования мации от цеха сборки специалист по в промышленности. закупкам деталей проверяет наличие недостающих элементов у поставщи- Введение ство АвтоВАЗ желает получить 12 000 ков. Когда ответ получен, отдел заку- машин модели Lada Vesta). пок отправляет запрос в бухгалтерию, В настоящее время в производствен- не выходят ли они за рамки сметы, если ных процессах всё большее значение Далее система обращается к базе дан- всё в порядке, то завод покупает необ- приобретает MES-система. В самых раз- ных склада уже произведённых дета- ходимое количество запчастей. личных отраслях промышленности лей, оттуда получает информацию, что требуется данная система, отвечаю- сейчас произведено 50 силовых агре- После получения сигнала от службы щая за выдачу производственного зада- гатов, и для дальнейшей установки их закупок главный механик убирает в систе- ния. Процесс создания MES-системы на шасси производимых автомоби- ме ошибку об отсутствии необходимых включает в себя множество достаточ- лей их нужно скомпоновать с короб- запчастей, и завод может продолжить но сложных этапов, требующих цело- кой переключения передач (в дальней- свою работу на этой стадии производства. го комплекса оборудования. шем КПП). MES сформировывает задание для Основная часть MES-система пытается скомпилиро- слесаря-сборщика, которое звучит так: вать задание для механика, но получает «Необходимо произвести сборку КПП MES-системы – системы, представля- отказ от склада (например, отсутствует в количестве 50 штук, детали находят- ющие собой ПО, обеспечивающее син- требуемое количество готовых КПП). ся на складе 4Г, технологическая кар- хронизацию, координацию, анализ и После получения данной информации та представлена ниже. После выполне- оптимизацию процессов выпуска про- MES начинает просчитывать наличие ния всех пунктов необходимо добавить дукции на предприятии. Функциони- ресурсов для производства нужного масло в количестве 4 л 880 мл и отпра- рование MES-систем основывается на количества КПП (наличие валов, ман- вить готовый агрегат на тестовый стенд, данных, получаемых в режиме реаль- жет, сальников, масла, пружин и т.д.). после успешного прохождения тесто- ного времени. Одной из особенно- Если чего-то не хватает, то система вых испытаний проинформировать о стей MES-систем является их приме- отправляет сигнал главному механи- готовности первой партии КПП глав- нение на уровне не всего предприятия, ку, а тот, в свою очередь, связывается с ного механика, чтобы он, в свою оче- но отдельно взятой структурной едини- редь, добавил в систему информацию цы (цех, участок или подразделение). MES-системы являются частью экоси- стемы предприятия по автоматизации систем управления процессами (рис. 1). Перед формированием производ- ственного задания для слесаря-сборщи- ка система должна проанализировать, какие заказы есть на предприятии от заказчика (например, представитель- Рис. 1. Архитектура отдельно взятой а б структурной единицы СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022 Рис. 2. Внутренний вид картера сцепления 50 WWW.SOEL.RU

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ Рис. 3. Функциональная диаграмма системы выдачи производственного задания о том, что можно переходить к следу- На рис. 3 представлен снимок рабоче- распределяются между имеющимися ющему этапу производства авто: сое- го экрана Erwin с разработанной моде- подфункциями, которые связаны меж- динение ДВС с КПП». лью IDEF0. ду собой с помощью стрелок вызова. Технологическая карта для слесаря- В основе информационной модели Диаграммы потоков данных (DFD) механика по сборке/разборке КПП лежит выдача производственного зада- являются неотъемлемой частью моде- представлена на рис. 2. ния. На вход (стрелки, входящие в левый лирования функциональных требова- край прямоугольника) поступают харак- ний к проектируемой системе, которые Красными стрелками (рис. 2.а) ука- теристики и параметры оборудования, представляются в виде иерархии функ- заны гайки крепления картера сцепле- используемые ресурсы и описание тех- циональных компонентов (процессов), ния к коробке передач. Белой стрелкой нологии. Управляющие элементы систе- связанных потоками данных. Основная указано отверстие в передней крышке мы располагаются в верхней части экра- цель данной диаграммы — показать, как для выпуска масла из картера коробки на. Среди них различные требования и каждый процесс преобразовывает свои передач, чтобы не происходило замас- правила для успешного функциониро- входные данные в выходные, и опре- ливание дисков сцепления. На вну- вания системы, а также программное делить взаимосвязь между этими про- треннем виде задней крышки короб- обеспечение. К нижней грани прямо- цессами. ки передач (рис. 2.б) стрелкой указано угольника проведены стрелки, демон- направление, в котором нужно пере- стрирующие применяемые механизмы, Основным процессом в данной местить рычаг, чтобы вывести его из к ним относятся человек, оборудование, системе является мониторинг MES- зацепления с головками штоков пере- программы и механизм управления. На системы, с которым взаимодействуют ключения передач и снять заднюю выходе мы получаем результат анализа такие внешние сущности, как систе- крышку коробки передач. базы данных, её изменение и отчёты о ма управления, оборудование взаимо- состоянии системы. действия с сотрудником, считывание В IDEF0 система представляется в карт, видеонаблюдение и карта. Нако- виде комплекса взаимодействующих Для удобства восприятия модели пителями данных являются: сведения о работ или интерактивных функций, существует возможность декомпози- сотрудниках, данные о доступе, данные которые анализируются автономно ции (разбиения) главной функции на об отработанных часах (рис. 5). от объектов, которыми они опериру- несколько подфункций. В данном слу- ют, для моделирования логики и вза- чае происходит разбиение на 3 части, Декомпозиция позволила разбить имодействия процессов. Для того что- что продемонстрировано на рис. 4. основной процесс мониторинга на бы создать IDEF0, необходимо чётко Система выдачи производственного три: управление доступом, считывание определить, что входит в систему, а что задания включает в себя управление карт и видеоконтроль (рис. 6). Соответ- находится вне её как внешнее влияние. оборудованием, управление систе- ственно, сведения о доступе и сведения Основой для построения модели явля- мой, управление базой данных. Соот- о сотруднике поступают в управление ется описание области системы в целом ветственно элементы системы пере- доступом для дальнейшей передачи и её компонентов. информации на пропускное оборудо- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022 WWW.SOEL.RU 51

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ Рис. 4. Декомпозиция функциональной диаграммы системы выдачи производственного задания Рис. 5. Диаграмма потоков данных мониторинга MES-системы (DFD) вание. Информация с карты и с устрой- На рис. 7 приведена архитектура На данной схеме представлены эле- ства считывания поступает в процесс MES-системы на предприятии. Это менты: четыре ПК, ЛВС, отдел закупок, считывания карт. В видеоконтроль структура, включающая набор элемен- планшет, сервер с БД, сотрудник. поступает информация о дате и вре- тов, взаимодействий и их интерфейсов, мени съёмки. с помощью которых создается система. После того как сотрудник вводит УИН (уникальный идентификацион- 52 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ Рис. 6. Декомпозиция контекстной диаграммы ный номер) в приложении на план- шете, он получает доступ к своему про- изводственному заданию на текущий день. Данные об авторизации и полу- чении задания сохраняются в БД. Администратор для контроля MES- системы изменяет и добавляет личные данные о сотрудниках, УИН и произ- водственное задание. Вся актуальная информация поступа- ет на ПК начальника смены, ПК бухгал- терии и ПК технолога из базы данных. После того как сотрудник выполнит производственное задание, отдел заку- пок может получить информацию о наличии деталей, что позволит им сво- евременно сделать заказ недостающих элементов. Литература Рис. 7. Архитектура работы MES-системы // URL: https://coollib.com/b/196384/read (дата обращения: 18.03.2022). 1. Российские MES-системы // URL: https:// 4. Гартавич А. Планирование закупок, про- sapr.ru/article/14614 (дата обращения: изводства и продаж в 1С: Предприятие 8 53 13.11.2021). 2. Коробка передач // URL: https://pro-sensys. com/info/articles/obzornye-stati/korobka- peredach/ (дата обращения: 16.03.2022). 3. Устройство коробки переключения передач // URL: https://wikers.ru/articles/ ustrojstvo-kpp.html (дата обращения: 16.03.2022). СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022 WWW.SOEL.RU

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ Ионизирующие излучения и их воздействие на полупроводниковые материалы (по данным литературных источников). Часть 2 к.т.н. Сергей Кравчук, д.т.н. Владимир Соколов, вергаются, как правило, воздействию к.т.н. Михаил Марченко, к.т.н. Оксана Вовк нескольких типов излучений, содержа- МОКБ «Марс» – филиал ФГУП «ВНИИА», государственная корпорация по щих частицы различных энергий. Поэ- атомной энергии «Росатом» тому для прогнозирования радиацион- ных изменений параметров приборов В связи с возрастающими требовани- ках эти дозы набираются за непродолжи- необходимо изучение этих изменений ями к точности прогнозирования рабо- тельное время. в зависимости от энергии частиц опре- тоспособности космических аппаратов, делённого типа. срокам их функционирования и бес- Плотность галактического излучения сбойной работе целесообразно ещё раз (1–2 част/см2×с) при энергии частиц В нормативных документах эти фак- рассмотреть современную точку зрения 108…1020 эВ, плотность потока частиц ты не отражены. на воздействие дестабилизирующих солнечного излучения составляет до факторов космического пространства 106 част/(см2×с) при их энергии до 107 эВ [1]. Во-вторых, в настоящее время основ- на радиоэлектронную аппаратуру. ная часть радиоэлектронной аппарату- Так как вся совокупность ионизирую- ры космического пространства состо- Для правильного понимания суще- щих излучений космического простран- ит из полупроводников. Как известно, ства проблемы необходимо учитывать ства (ИИ КП) не может быть воспроизведе- полупроводники более чувствительны следующие факты. на в земных условиях, при исследовании к воздействию дестабилизирующих радиационной стойкости приборов факторов, чем остальные компонен- Во-первых, в реальных условиях используется метод моделирования, состо- ты РЭА (стёкла и другие диэлектрики, эксплуатации космические аппара- ящий в замене всего спектра космических металл) [2]. ты функционируют продолжительное излучений излучениями с плотностью время, подвергаясь воздействию иони- потока 106…109 част/(см2×с) [2]. Если проанализировать осново- зирующих излучений космическо- полагающие принципы воздействия го пространства [1], иногда при сопут- Протекающие на орбите в реальных ионизирующих излучений на РЭА, ствующем влиянии пониженных или условиях процессы постепенного набо- то эти вопросы достаточно подробно повышенных температур. То есть доза ра дозы радиоэлектронной аппарату- изучены. Однако некоторые аспекты ионизирующих излучений, соответ- рой при различных температурных воздействия дестабилизирующих фак- ствующая группам стойкости, регламенти- условиях до сих пор однозначно не торов космического пространства на руемым государственными стандартами, систематизированы. Процессы, про- РЭА в настоящее время заслуживают в реальных условиях функционирования текающие при этом в аппаратуре, про- более внимательного рассмотрения аппаратуры набирается в течение всего анализированы лишь в некоторых для обеспечения правильной прак- срока функционирования космического литературных источниках. тики применения результатов испы- аппарата. А на моделирующих установ- таний и прогнозирования стойкости В реальных условиях материалы и и вероятности отказов аппаратуры. приборы космических аппаратов под- 1,0 3 6 1,0 4 1 2 5 1 4 0,8 0,95 2 0,6 0,9 0,4 3 0,2 0,85 1010 1011 1012 1013 (Φ e, p, ), см2 0,1 n Dрад 104 105 106 Рис. 1. Изменение относительной интегральной чувствительности фотодиодов ( ) после облучения различными флюенсами Ф: Рис. 2. Изменение относительной интегральной чувствительности протонов (Ер = 6 МэВ – кр. 1, Ер = 21 МэВ – кр. 2, Ер = 64 МэВ – кр. 3), фотодиодов от дозы протонов (Ер = 6 МэВ – кр. 1, Ер = 21 МэВ – кр. 2, электронов (с Ее = 4,2 МэВ – кр. 6), реакторных нейтронов (кр. 5), Ер = 64 МэВ – кр. 3), электронов (Ее = 4,2 МэВ – кр. 4) протонами и электронами (Ер = 21 МэВ + Ее = 4,2 МэВ – кр. 4) СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022 54 WWW.SOEL.RU

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ Таблица деградации параметров полупроводниковых приборов Классы изделий Классы изделий Электрические параметры и причины их изменений при воздействии Полупроводниковые потоков протонов, электронов, нейтронов и гамма-квантов импульса электронов гамма-излучения приборы Характер остаточных Причина изменения Характер изменения в момент Причина изменения Полупроводниковые изменений параметров параметров воздействия импульса параметров приборы Импульсные и Увеличение обратного тока у Уменьшение времени жизни Рост тока через обратно Генерация носителей заряда Полупроводниковые выпрямительные германиевых диодов и свя- неосновных носителей заряда смещённые переходы в областях кристалла, приборы занное с этим изменение и концентрации в зоне прово- прилегающих к диоды обратной ветви вольтамперной димости основных носителей Полупроводниковые характеристики. Увеличение р-п-переходу, приводит к росту приборы приёмного падения напряже- тока от п-области к р-области ния на переходе и связанная с Полупроводниковые этим трансформация прямой за счёт сбора неосновных приборы ветви у кремниевых диодов носителей Полупроводниковые Стабилитроны Увеличение напряжения Изменение формы обратной Уменьшение напряжения Увеличение обратного тока приборы стабилизации и динамического ветви вольтамперной ха- стабилизации и увеличение диода за счёт генерации динамического сопротивления Радиокомпоненты и сопротивления рактеристики в связи с ростом дополнительных неосновных радиодетали сопротивления материала носителей заряда кристалла Радиокомпоненты и радиодетали Туннельные диоды Изменение формы Увеличение количества Увеличение прямого тока Увеличение количества вольтамперной характеристики ловушек в запрещённой носителей заряда, способных зоне приводит к увеличению преодолеть потенциальный (увеличение тока минимума туннельных переходов и росту и модуля отрицательного со- тока в области минимума, барьер изменению высоты барьера противления) в связи с изменением уровня Ферми Тиристоры Увеличение начального Уменьшение времени жизни Ложное срабатывание Накопление зарядов в базах падения напряжения на носителей заряда (переключение тиристоров в тиристора за счёт инерции области объёмного заряда, изменение токов утечки, открытое состояние) неосновных носителей увеличение напряжения включения, изменение импульсного напряжения запуска Фотодиоды и Снижение световой Накопление центров окраски Увеличение тока в обратно Генерация носителей заряда в фототранзисторы чувствительности, увеличение входного окна, уменьшение смещённых переходах объёме кристалла времени жизни носителей в темнового тока активной области кристалла фотодиодов и фототранзис- полупроводника, уменьше- торов ние коэффициента передачи транзисторов Транзисторы Уменьшение статического и Накопление структурных Увеличение токов через Ионизация кристалла полу- динамического коэффициен- дефектов в кристаллической обратно смещённые переходы проводника и связанный с этим тов передачи тока, увеличение рост концентрации носителей обратных токов коллекторного решетке полупроводника приводит к изменению заряда и эмиттерного переходов, положения уровня Ферми и увеличение начального тока уменьшению времени жизни неосновных носителей заряда коллектора, уменьшение входного сопротивления транзистора в схеме с ОЭ Резисторы Изменение сопротивления Структурные изменения Уменьшение сопротивления Образование шунтирующих резистивного слоя резистора каналов утечки, вызываемое ионизацией среды, окружаю- щей резистивный слой Конденсаторы Изменение ёмкости, Изменение структуры Увеличение тока Ионизация диэлектрика и ок- уменьшение напряже- диэлектрика утечки ружающей среды ния пробоя, увеличение проводимости Радиокомпоненты и Трансформаторы Уменьшение сопротивления Накопление структурных Уменьшение сопротивления Ионизация материала изоляции радиодетали индуктивности, изоляции повреждений в изоляционных изоляции и наполнителей Радиокомпоненты и дроссели Уменьшение сопротивления материалах радиодетали изоляции между контактами Уменьшение сопротивления Формирование каналов Электрические и корпусом, механическое Структурные изменения в изоляции проводимости в результате соединители повреждение опоры штырей у изоляционных материалах, ионизации окружающей среды радиационно-химические гнёзд держателей изменения органических и диэлектриков материалов Воздействие ионизирующих гие, главным образом деградируют за дации параметров этих приборов. На излучений на параметры счёт объёмных радиационных дефектов, рис. 2 показано, что уменьшение чув- полупроводниковых приборов создаваемых при смещении атомов из ствительности фотодиодов при облу- кристаллической решётки. Эти прибо- чении ионизирующими излучениями Чувствительность полупроводнико- ры испытывают значительную деграда- дозой 104…106 рад – всего около 10% [3]. вых приборов к воздействию различ- цию при облучении высокими уровня- ных типов радиационных воздействий ми потоков нейтронов (более 1013 см–2) и В таблице описана деградация пара- зависит от того, по какому принципу протонов (более 1012 см–2), что наглядно метров полупроводниковых приборов работает прибор. показано на рис. 1. Излучения, вызываю- при воздействии ионизирующих излу- щие в основном ионизационные эффек- чений и причины их возникновения [4]. Приборы, которые работают на осно- ты, не приводят к значительной дегра- ве объёмных эффектов, такие как бипо- На работу приборов с зарядовой свя- лярные транзисторы, фотодиоды и дру- зью (ПЗС) и КМОП влияют как объём- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022 WWW.SOEL.RU 55

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ U ,В I , мА борах со встроенным каналом. Поэтому В [7] представлены результаты ана- вых обычные ПЗС нельзя использовать в тех лиза причин сбоев в работе бортовой 10 П случаях, когда требуется радиационная аппаратуры (БА) космических аппара- стойкость, превышающая 5×104 рад (Si). тов при функционировании на геоста- 5 ционарной орбите за период с 2011 по В [6] исследовано облучение электро- 2018 год. В [7] также показано, что одной 8 4 нами 11 МэВ кремниевых окислов Si/SiO2 из причин наблюдаемых сбоев являются 2 и установлено, что образование радиа- эффекты одиночных событий при дей- 63 13 ционных дефектов на границе раздела ствии тяжёлых заряженных частиц кос- 4 Si/SiO2 зависит от толщины окисла. Для мического пространства. Кроме того, в 2 образцов с толщиной окисла 8 нм уста- [7] проанализировано влияние на часто- 3′ новлено образование дефектов вакан- ту сбоев импульсных электрических 2 2′ 1 сия-кислород, или дивакансия. Для наводок, вызываемых электростатиче- образцов с толщиной окисла 23 нм уста- скими разрядами при объёмном заря- 1′ новлено образование большего коли- жении диэлектрических материалов. чества различных видов дефектов и их 0 1 2 3 4 5 6 7 U ,В бо′льшая концентрация. То же электрон- Способы повышения вх ное облучение образцов с более толстым радиационной стойкости окислом, помимо обоих видов дефектов, полупроводниковых приборов Рис. 3. Влияние излучения на передаточные создаёт два дополнительных более глу- боких энергетических уровня в запре- Из вышеизложенного следует, что характеристики (1–3) и ток потребления (1′–3′) щённой зоне. То есть общая концентра- основной и весьма хорошо апробиро- КМОП-инверторов: кр. 1, 1′ – до облучения, ция дефектов на границе раздела Si/SiO2 ванный способ повышения радиаци- кр. 2, 2′ – после облучения 105 рад, кр. 3, 3′ – образцов сильно зависит от толщины их онной стойкости полупроводниковых после облучения 106 рад окисла. Согласно [6], помимо меньшего приборов – технологический. То есть числа дефектов в тонком окисле, в нём не производится, в частности, легирова- Ток стока выходного транзистора, мкА1,0 наблюдалось образования положитель- ние соответствующими примесями. ного заряда в окисле после облучения. Для создания рабочих областей при- 0,9 боров используются эпитаксиальные Надо отметить, что более высокая слои с удельным сопротивлением и тол- 0,8 радиационная стойкость тонких окис- щиной, обеспечивающей оптимальное лов, дополнительно легированных алю- функционирование в полях ионизиру- 0,7 минием, использовалась при создании ющих излучений и пр. Для повышения радиационно-стойких полупроводни- уровня радиационной стойкости полу- 0,6 ковых приборов задолго до публикации проводниковых приборов производится [6]. Таким образом, необходимо иметь в оптимизация конструкции и технологи- 0,5 виду, что основным способом обеспече- ческого процесса его изготовления с учё- ния радиационной стойкости изделий том режима работы прибора, его рабо- 0,4 является применение комплектующих, чих областей [8]. Эти вопросы подробно 4 ⋅ 104 3 ⋅ 104 104 изготовленных по специальным техно- исследованы и внедрены в производство. логиям. Такие технологии достаточно 0,3 рад рад рад 0 давно разработаны и апробированы. Следует обратить внимание, что речь идёт не о полной устойчивости к воз- 0,2 Для описания полной картины радиа- действию ионизирующих излучений, ционных воздействий на современные а только о повышении радиационной 0,1 приборы необходимо отметить следу- стойкости. ющее. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Согласно классическому определению Сигнал на входном затворе, В В связи с тенденцией к повышению [9], полупроводники – это такие матери- степени интеграции электронных при- алы, которые при комнатной темпера- Рис. 4. Передаточные характеристики ПЗС при боров, сопровождаемой миниатюриза- туре имеют удельную проводимость в различных дозах облучения цией активного объёма отдельных ком- интервале от 10–10 до 104 Ом–1×см–1, зави- понентов интегральных схем, возможно сящую в сильной степени от структуры ные, так и поверхностные дефекты. произвольное искажение информации вещества, вида и количества примеси и Работу этих приборов в значительной и появление ошибок при её обработке от внешних условий: температуры, осве- степени определяют поверхностные без устойчивого повреждения инте- щения, облучения ядерными частицами, эффекты. В деградации этих приборов, гральных схем, которые возникают под электрического и магнитных полей. характеристики которых определяются действием ионизирующих излучений с свойствами границы раздела полупро- чрезвычайно низкими интегральными Поэтому создать прибор на основе водник-диэлектрик, существенную роль потоками, вплоть до воздействия отдель- полупроводниковых материалов, не играют процессы ионизации, изменяю- ных частиц [1]. Как оказалось, переме- чувствительных к воздействию ядер- щие величину встроенного заряда в диэ- жающиеся отказы могут быть вызваны ных частиц, значило бы пытаться соз- лектрике и увеличивающие плотность фоном естественной радиации, напри- дать что-то, противоречащее определе- поверхностных дефектов, что продемон- мер, радиоактивными изотопами урана нию полупроводника. стрировано на рис. 3 и 4, а также 5а и 5б. и тория, содержащимися в ничтожных концентрациях в корпусах приборов. Но повысить устойчивость полупро- В [5] обосновывается, что, поскольку водникового прибора к воздействию ПЗС представляют собой приборы со структурой МОП, на их характеристи- WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022 ки оказывают существенное влияние, обусловленное ионизирующей радиа- цией, «встраивание» положительного заряда в затворный окисел и увеличе- ние плотности поверхностных состоя- ний, захватывающих подвижный заряд. Обусловленный радиацией отрица- тельный сдвиг напряжения плоских зон изменяет режим работы ПЗС, а увеличе- ние плотности поверхностных состоя- ний ухудшает эффективность переноса заряда в приборах с поверхностным кана- лом и увеличивает темновые токи в при- 56

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ 10–1 Неэффективность переноса заряда Изменение неэффективности переноса, х10–4 ( с непустым нулём)10–2 Без непустого нуля14 2 а Непустой нуль 12 1 10 10–3 8 1012 6 Поток нейтронов, нейтрон/см2 Исходное 4 значение (а) 2 0 10–4 б –2 Исходное значение (б) 1011 б 1013 107 10–5 104 105 106 а Доза γ-излучения, рад Рис. 5. Зависимость неэффективности переноса заряда для ПЗС с поверхностным каналом (а) и встроенным каналом (б) от интегрального потока нейтронов с энергией 1 МэВ ионизирующих излучений указанны- В [12] сделана очень интересная и мно- ние тока одного канала, измеряют токи ми способами вполне возможно. При гообещающая попытка на основе обоб- потребления каждым каналом, отключа- этом необходимо провести комплекс щения результатов экспериментальных ют канал, ток потребления которого пре- испытаний, подтверждающих достиг- и теоретических исследований воздей- вышает пороговое значение тока. нутый результат. Поэтому полупровод- ствия различных видов концентриро- никовые приборы с гарантирован- ванных потоков энергии (электронной, Методы испытаний стойкости ным уровнем радиационной стойко- лазерной, ионной, плазменной, ультра- электронной аппаратуры к сти являются весьма дорогостоящими. звуковой) на процессы, происходящие ионизирующим воздействиям в твёрдом теле, разработать техноло- Кроме того, в настоящее время под- гические процессы улучшения харак- В настоящее время достаточно пол- робно исследован вопрос влияния теристик изделий. В работе обоснова- но разработаны методы оценки стой- малых доз ионизирующих излучений но, что перечисленные воздействия кости ЭРИ и РЭА к воздействию иони- на стабилизацию полупроводниковых малых уровней приводят к упорядоче- зирующих излучений космического структур и, как следствие, повышение нию структуры твёрдых тел, что обуслов- пространства, которые заключаются в их стойкости и надёжности. ливает улучшение эксплуатационных проведении ускоренных испытаний на свойств изделий на их основе. моделирующих установках протонно- Например, в [10] описана методика го и электронного излучений при высо- режимов радиационных технологиче- Помимо технологического процесса ких интенсивностях. ских процессов (РПТ) для повышения повышения радиационной стойкости стойкости и срока службы в космиче- приборов к воздействию ионизирующих Правомерность такого подхода под- ских условиях. излучений, на практике применяется тверждена в [6]. В этой работе исследо- аппаратный метод повышения радиаци- вано облучение электронами 11 МэВ Исследование [11] посвящено влиянию онной стойкости. Этот метод позволя- кремниевых окислов Si/SiO2 в течение малых доз излучения на различные мате- ет дезавуировать последствия влияния 30 с, 45 с, 60 с и 120 с и установлено, риалы. Помимо упорядочения структуры ионизирующих излучений на аппарату- что количество радиационных дефек- кристаллов при облучении малыми доза- ру. Например, в [13] представлен способ тов возрастает с увеличением време- ми γ-квантов, электронами, приводящего повышения надёжности, защиты от сбо- ни облучения, т.е. с увеличением дозы к увеличению времени жизни и подвиж- ев и отказов электронного блока косми- облучения. ности носителей заряда в кремнии, арсе- ческого аппарата, функционирующего в ниде галлия, антимониде индия, деталь- полях ионизирующих излучений. Суть Однако в процессе функционирова- но проанализирован процесс влияния его заключается в том, что производят ния космической аппаратуры приборы этих излучений на дефектные структу- сбор информации о состоянии каналов не только эксплуатируются постоянно ры. Предложена модель своеобразной трёхканального резервированного бло- или периодически в течение опреде- цепной реакции перестройки дефектов. ка, определяют максимально возможный лённого времени, но и могут находить- ток, который может потреблять каждый ся в условиях воздействия повышенных Если вопросы технологического канал, а также допустимое количество или пониженных температур, глубоко- изготовления радиационно-стойких повторных включений электронного го вакуума и т.д. изделий были разработаны и внедрены блока, при котором он сохраняет рабо- в своё время в производство, то приме- тоспособность, задают пороговое значе- Кроме того, в любой момент функ- нение малых доз облучения на произ- ционирования космические аппараты водственной стадии пока не получило могут подвергнуться воздействию пора- широкого использования. жающих факторов ядерного взрыва. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022 WWW.SOEL.RU 57

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ Для современных космических аппа- разрыву этих связей и образованию ладающим рекомбинационным цен- ратов при отсутствии средств защиты новой равновесной структуры. тром [23]. радиус зоны функционального пора- жения ядерным боеприпасом мегатон- В [19] приведены результаты экспе- В облучённом электронами или ного класса может превышать несколь- римента по исследованию изделий ионно-имплантированном кремнии ко тысяч километров. При этом подрыв электронной техники, работающих в на первом этапе образуются группы одного ядерного боеприпаса в космо- течение 1,5 лет на внешней поверхно- точечных дефектов в незаконченные се может вызвать одновременное пора- сти КА. Здесь учтено, что, помимо ИИ конфигурации. Они становятся энер- жение нескольких космических аппа- ЕРПЗ, на объекты испытаний действуют гетически нестабильными. Затем они ратов [14]. ещё и повышенные температуры и глу- преобразуются во вторичное, закон- бокий вакуум. Коэффициент передачи ченное состояние. Эта концепция двух- В [15] конкретно рассчитано, что тока оптронов возрос с 4 до 8% после шагового формирования может объяс- после взрыва боеприпаса мощностью 105 суток полета (5,2×103 рад), после нить временной отжиг дефектов [24]. 1 Мт на высоте 200 км мощность дозы чего постепенно уменьшился. После осколочного гамма-излучения состав- набора дозы 3·104 рад (625 суток) это Отмечено в [25], что применение ляет 0,1 Р/с, а на расстоянии 8,1 км в изменение стало существенным. обработки γ-излучением в технологии течение нескольких минут будет превы- изготовления ряда серийных кремни- шать фон наведённой активности типо- Результаты исследования темпера- евых диодов привело к возможности вых конструкций. Также указано, что на турных эффектов в процессе как кра- регулирования времени восстановле- таком расстоянии от центра взрыва реа- тковременного, так и долговременно- ния обратного сопротивления диодов. лизуется Pγ = 1011 Р/с и Фn = 1013 н/см2. го отжига радиационных дефектов в При этом изохронный отжиг радиаци- кремниевых pin-детекторах приведе- онных дефектов в рассматриваемых Поэтому в проблеме проектирова- ны в [20]. структурах происходит в интервале ния космических аппаратов актуаль- температур 60…65°C. Нехарактерным ным вопросом является обеспечение Облучение проводилось протонами является отсутствие низкотемпера- стойкости бортовой аппаратуры к дей- с Ер = 650 МэВ потоком 1014 частиц/см2. турных стадий отжига, обусловленных ствию поражающих факторов ядерно- Постоянная времени быстрой и мед- перестройкой конфигурации дефектов. го взрыва с учётом факторов естествен- ленной стадий отжига дефектов соот- Энергия активации процесса высоко- ного и искусственного радиационных ветственно 1–5 дней и более 68 дней. температурного отжига составляет поясов Земли (ЕРПЗ и ИРПЗ). 11,6+0,2 эВ. Оценка срока службы облу- Кремниевые рin-детекторы, облу- чённых приборов, проведённая в [25] В литературных источниках немного чённые быстрыми нейтронами реак- на основании расчёта энергии акти- данных о проведении подобных ком- тора, отожжены циклами в течение вации при изменении параметров на плексных испытаний. В литературе 24 ч при температурах плюс 50; 60; 70 20%, даёт примерно 105 ч при Т = 150°C, чаще встречаются данные о комплекс- и 80°C. Отжиг при комнатной темпера- что на порядок превышает срок служ- ном воздействии одного какого-либо туре незначителен. Отожжённая при бы, гарантированный техническими поражающего фактора и повышенных повышенных температурах составля- условиями. температур или о комплексном воздей- ющая тока утечки достигает 2/3 началь- ствии нескольких поражающих факто- ного значения [21]. В качестве конкретного механизма, ров. объясняющего подобные явления, мож- Изменение времени жизни и хол- но предположить известные эффекты В [16] показано, что при эксплуата- ловской подвижности в облучённых «внутреннего» геттерирования поверх- ции приборы (исследования прово- электронами с Ее = 8 МэВ монокри- ностями кислородных преципитатов дились на биполярных транзисторах), сталлах кремния типа КДБ12, легиро- и дислокациями. Эти эффекты прояв- подвергнутые радиационным воздей- ванных гафнием и без него, рассмотре- ляются наиболее ярко при термообра- ствиям, проявляют тенденцию к восста- но в [22]. После выдержки облучённых ботках [25]. Такие явления используют- новлению параметров. образцов, легированных гафнием, при ся для разработки метода повышения комнатной температуре в течение радиационной стойкости полупрово- Для структур, облучённых дозой 30 месяцев время жизни, значительно дниковых приборов, который заклю- D = 5×106 рад, тепловой отжиг осу- снизившееся после облучения, восста- чается, в частности, в том, что исход- ществляется за короткий промежу- навливается, достигая уровня, наблю- ный материал подвергают воздействию ток (t = 20 мин), после чего эффект даемого в необлучённых образцах. ионизирующими излучениями дозами, достигает насыщения. Последующий Этот эффект объясняется перестрой- достаточными для формирования рав- эксплуатационный отжиг в течение кой введённых в кристаллы при облу- новесных вакансий [26]. 48 ч полностью восстанавливает уси- чении активных центров, приводящих лительные свойства транзисторов. к уменьшению рекомбинационных В [27] представлена кривая восста- Первый этап отжига обусловлен релак- свойств. новления прямого падения напряже- сацией облучённой системы в более ния при изохронном отжиге диодной равновесное состояние, когда ква- После облучения потоками электро- структуры, подвергшейся нейтронно- зистабильные комплексы, существу- нов (Ее = 1,5 МэВ) уровня 2,8×1014 см–2 му облучению. Кривая восстановле- ющие в кристалле при температуре кремниевых диодов, изготовленных ния падения прямого напряжения облучения, переходят в более равно- на основе структур p+nn+ с удельным в полулогарифмическом масштабе весные конфигурации. сопротивлением n-области 35 Ом⋅см, состоит из прямолинейных участ- дефект с уровнем Ес – 0,41 эВ опреде- ков с различным наклоном. То есть В [17, 18] описан механизм захвата ляет время жизни при комнатной тем- кинетика восстановления падения горячих дырок, генерированных иони- пературе. Однако после отжига этого прямого напряжения на этих участ- зацией, напряжёнными связями, что, по дефекта вторичный дефект с уров- мнению авторов, должно приводить к нем Ес – 0,36 эВ становится преоб- 58 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ ках следует экспоненциальной зави- ры при их изготовлении, добавились qi – критерий стойкости после воз- симости вида: радиационные дефекты, вследствие действия дестабилизирующего фак- чего термодинамическая неустойчи- тора; UD (T)/UD (Ф) = К1×exp(–Ea/(kT)), вость прибора возросла. Радиационные где UD (T) – прямое падение напряже- дефекты, взаимодействуя между собой q0 – критерий стойкости при отсут- ния диода после отжига при темпера- и имеющимися в приборах несовер- ствии воздействия дестабилизирующе- туре Т, шенствами, способствуют возникно- го фактора. вению неблагоприятных ситуаций, UD (Ф) – прямое падение напряжения приводящих к отказам. Таким образом, в многочисленных диода после облучения, моделях прогнозирования стойкости Однако такой подход при испытани- к воздействию факторов космическо- К1 – константа кинетики, ях любых полупроводниковых прибо- го пространства нет единого подхода, Еа – энергия активации отжига ров, разумеется, является спорным. они противоречивы и не дают одно- дефектов в диапазоне температур. значных результатов. С ростом температуры отжига энер- Подобная ситуация возможна, напри- гия активации возрастает, что свиде- мер, при эксплуатации приборов, изго- Принцип оценки стойкости по тельствует об отжиге более крупных товленных на МОП-структурах после отдельному воздействию разных дефектов. облучения дозой, при которой прибор излучений на разные партии изделий Однако ломаный ход кривой восста- является исправным. Так, в интеграль- не всегда позволяет учесть ряд весь- новления свидетельствует о том, что в ных микросхемах памяти большой ма важных эффектов, свойственных процессе отжига дефекты перестраи- ёмкости было обнаружено явление, их комплексному воздействию, таких ваются. названное «мягкой ошибкой», или как взаимное влияние факторов на их Активационный характер зависимо- сбоем, которое заключается в измене- повреждающую способность, так назы- сти изменения параметров униполяр- нии элементов памяти без образова- ваемые «отжиговые» эффекты. Решить ных и биполярных ИМС, выдержанных ния устойчивых дефектов в структу- эту проблему чисто эксперименталь- при повышенных температурах, обе- ре [31, 32]. ным путем предложено в [36], где опи- спечивающих ускорение выработки сана испытательная установка, которая изделиями параметрического ресур- Флюктуации в режимах применения обеспечивает одновременное (ком- са, отмечен в [28]. именно таких структур могут вызвать плексное) воздействие шести факто- В [29] подчёркивается, что тепловое перестройку дефектов и наступление ров: повышенной (пониженной) тем- старение ИЭТ не отражает всего мно- отказов значительно раньше, чем это пературы среды, давления, линейного гообразия картины физической дегра- могло быть в приборах, не подвергав- ускорения, вибрации, ударов и агрес- дации. Деградация изделий являет- шихся облучению. сивных сред. ся постоянным процессом, который доминирует над другими процесса- Однако применение ряда конструк- Однако эта установка не введена в ми, сопровождающими длительную тивно-технологических решений, бла- действие на уровне нормативных доку- эксплуатацию изделий. Особую роль годаря которым происходит быстрое ментов. играет процесс теплового старения уменьшение ионизационных токов, в случаях эксплуатации ИЭТ на бор- приводит к резкому снижению веро- Общность в закономерностях явле- ту КА, например, в атмосфере сухо- ятности возникновения мягкой ошиб- ний, происходящих в полупроводни- го азота или вакууме, когда процессы ки [33]. ковых приборах при воздействии ряда гидратации и коррозии практически внешних факторов, позволила в [37] исключены. С другой стороны, в [34] говорится о сформулировать методологический В качестве критерия совместной том, что при облучении полупроводни- подход для отбора имитационных количественной оценки надёжности и ков возможно образование нестабиль- нерадиационных методов, помогаю- радиационной стойкости изделий при- ных пар вакансия – междоузельный щих осуществить оценку соответствия нимается величина вероятности пара- атом, которые могут либо аннигилиро- изделий требованиям по радиацион- метрических отказов из-за необрати- вать и участвовать в геттерировании, ной стойкости. мости дрейфа исследуемого параметра либо образовывать стабильные дефек- критерия – годности изделия, найден- ты. Все эти процессы, которые конкури- В литературе отмечается [38] анало- ная как результат теплового старения руют между собой в деструкции пары гия между критерием безотказности, и при экспериментальной оценке их Френкеля, имеют различные энергии определяющим надёжность работы радиационной стойкости [29]. При активации. изделия, и критерием радиационной этом используется известный прин- стойкости. Оба эти понятия подразу- цип аддитивности расхода параметри- Преобладание одного из этих про- мевают отсутствие отказов при рабо- ческого ресурса ИЭТ, т.е. считается, что цессов при последующей эксплуатации те аппаратуры. Поэтому для описания совместное и раздельное воздействие приборов может приводить либо к ста- работы КА целесообразно анализиро- повышенных температур и ИИ в раз- билизации структуры, либо к эффекту вать эти задачи в комплексе. ной их последовательности приводят «скрытого старения». к сокращению величины параметриче- При этом следует заметить, что ради- ского ресурса, но значение оставшего- Обратимся к математической модели ационная стойкость и надёжность не ся ресурса не зависит от предыстории [35], предполагающей расчёт коэффи- только описываются в терминологии воздействия температуры и ИИ. циента стойкости к воздействию деста- «отказ / безотказная работа», но и обу- В [30] утверждается, что к дефектам и билизирующих факторов: словлены идентичными физико-хими- несовершенствам, внесённым в прибо- ческими процессами. Li = (q0 – (q0 – qi))/q0, где i – воздействующий дестабилизи- Это даёт основание для распростра- рующий фактор; нения на описание процессов, обуслов- ленных воздействием ионизирующих Li – коэффициент стойкости к деста- излучений, подробно и широко опи- билизирующему фактору; СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022 WWW.SOEL.RU 59

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ Перечень принятых сокращений Термины и определения БА бортовая аппаратура Время жизни неосновных среднее время, которое требуется избыточному неосновному носителю для ВВФ внешние воздействующие факторы ГКИ галактическое космическое излучение носителей заряда рекомбинации ЕРПЗ естественные радиационные пояса Земли ИИ ионизирующее излучение Диффузионная длина расстояние, на котором диффузионный (в отсутствии электрического поля) поток ИРПЗ искусственные радиационные пояса Земли неосновных носителей неосновных носителей заряда уменьшается в e раз ИМС интегральные микросхемы заряда ИЭТ изделия электронной техники КА космический аппарат Экспозиционная доза заряд вторичных частиц, образующихся в массе вещества при полном торможении всех КД конструкторская документация излучения заряженных частиц; единица измерения Р (рентген) КИ комплектующее изделие КМОП комплементарные структуры металл- Поглощённая доза величина энергии ионизирующего излучения, поглощённой в элементарном объёме окисел-полупроводник излучения вещества, отнесённая к массе вещества в этом объёме (поглощённая доза); единица поглощённой дозы грэй (Гр). Поглощенная доза равна 1 Гр, если в результате поглощения ионизирующего излучения вещество получило 1 Дж энергии на 1 кг массы. 1 Гр = 100 рад. Запрещённая зона область значений энергии, которыми не может обладать электрон в идеальном (бездефектном) кристалле Область электрически заряженный слой, который находится на границе n и р – областей пространственного заряда полупроводника (область истощения) КП космическое пространство Реакторные нейтроны нейтроны, образующиеся в реакторе в результате деления урана-235 и плутония-239 со МКС международная космическая станция средним спектром энергий 1 МэВ и максимумом при 0,1 МэВ МОП структуры металл-окисел-полупроводник МУ моделирующая установка Рекомбинация исчезновение пары свободных носителей противоположного заряда в среде с НИОКР научно-исследовательские и опытно- выделением энергии конструкторские работы НТД Токи утечки ток, протекающий через область истощения в диоде с обратным смещением ОЗУ нормативно-технический документ ОКР оперативное запоминающее устройство Точечные дефекты атомы посторонней примеси, расположенные в узлах или в междоузлиях решётки ПЗС опытно-конструкторская работа (матрицы) кристалла полупроводника; вакансии, то есть пустые узлы матрицы; ПФ прибор с зарядовой связью междоузельные собственные атомы матрицы; посторонние атомы, адсорбированные на РД поражающие факторы поверхности кристалла РКД радиационные дефекты РЭА рабочая конструкторская документация Темновой ток фотодиода электрический ток, который протекает через фоточувствительный детектор при СКИ радиоэлектронная аппаратура отсутствии поглощённых фотонов ФКП солнечное космическое излучение ЭРИ фактор космического пространства Шумы тепловой шум, дробовой шум и низкочастотный шум ЯВ электрорадиоизделия полупроводниковых ядерный взрыв приборов Уровень Ферми уровень, определяющий среднюю энергию электронов (или носителей вообще), способных принять участие в проводимости Флюенс частиц отношение числа частиц dN, пересёкших перпендикулярную пучку элементарную площадку dS за данный промежуток времени, к площади этой площадки. Единицы измерения – м–2 (СИ), см–2 (СГС). 1 м–2 – такой флюенс, при котором в объём сферы с площадью поперечного сечения 1 м2 попадает одна частица Френкелевские пары дефект кристаллической структуры, состоящий из собственно междоузельного атома и (дефект Френкеля) вакансии. Возникают в кристалле при нагреве или облучении потоком ядерных частиц Полупроводник n-типа полупроводник, в котором основные носители заряда – электроны проводимости санного математического аппарата Полупроводник p-типа полупроводник, в котором основные носители заряда – «дырки» теории надёжности. Pin-структура структура, состоящая из сильнолегированных p+ и n+ областей и разделяющего их В одном из немногих источников [39] слаболегированного i слоя собственной проводимости подробно проанализированы и всесто- ронне описаны процессы естественно- рующие частицы не передают атому излучений в ускоренных испытаниях го старения и вынужденной деградации энергию, достаточную для смещения, является методом, пригодным для обна- электронных приборов, рассмотрено то происходит неупругое рассеяние, ружения технологических дефектов и использование ионизирующих излу- приводящее к возбуждению элек- слабых звеньев в полупроводниковой чений с целью моделирования есте- тронной подсистемы твёрдого тела. структуре, требующих конструкторско- ственного старения приборов. Основ- В [39] этот процесс назван «электрон- технологических доработок. Но такие ной тезис, разработанный в [39], состоит ным возбуждением», приводящим к процессы не воспроизводят реальные в том, что подпороговые механизмы изменению в электронной подсистеме процессы естественной деградации. радиационного дефектообразования в и деформации потенциального релье- Высокоэнергичное ионизирующее полупроводниках представляют собой фа для атомных переходов. При нали- излучение приводит к возникновению класс структурных изменений, которые чии в отдельных областях кристаллов больших скоплений дефектов, образу- вызываются электронными возбужде- градиентов механических напряже- ющих дислокации, области простран- ниями. Общность этих механизмов и ний возникают направленные потоки ственного заряда, что вызывает суще- механизмов естественного старения точечных дефектов, вызывающие пере- ственную деградацию приборов. открывает возможность радиационного распределение легирующей примеси моделирования естественного старения. и перемещение дислокаций. Одно- Несмотря на классические научные временно происходят различные про- факты, изложенные в [11] и [12], и стро- Как отмечалось ранее, Ed – пороговая цессы трансформирования точечных гие выводы и обширный эксперимен- энергия смещения (энергия, необходи- дефектов: возникновение и распад ком- тальный материал, приведённый в [39] мая для необратимого смещения ато- плексов из междоузельных атомов и с классической академической трак- ма из узла кристаллической решетки). вакансий, образование и распад мел- товкой полученных результатов, ни в Как подробно систематизировано в ких преципитатов. Эти процессы явля- одном из этих источников не приве- [12], под действием ионизирующих ются основанием для отжига дефектов дены конкретные рекомендации по излучений первично смещённый атом или естественного старения. характеристикам, уровням радиаци- вызывает смещение соседних атомов онных воздействий, способным ими- по атомной цепочке. Если ионизи- Согласно [39] использование жёст- тировать естественное старение в тече- ких электромагнитных и реакторных ние определённого времени. 60 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ Поэтому применение аппарата тео- технологических процессов. Томск: Дель- радиоэлектронную аппаратуру. 2019. рии надёжности к описанию процес- Вып. 3. С. 5–8. сов и прогнозированию радиационной таплан, 2012, 176 с. 26. Абрамочкин А.И., Карпов И.М., Окунь П.И. стойкости не разработано и не зафик- и др. Вопросы атомной науки и техники. сировано в нормативных документах. 13. Сыров А.С., Смирнов В.В., Гордийко С.В. и Сер. Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. 2018. Таким образом, вопросы комплекс- др. RU 2693296. Способ от сбоев и отказов Вып. 3. С. 19–21. ного воздействия дестабилизирующих 27. Сирота Н.Н., Чернышев А.А., Коршу- факторов космического пространства в электронного блока космического аппа- нов Ф.П. Отжиг радиационных дефек- настоящее время в нормативных доку- тов в кремниевых диодах, облучённых ментах отражаются весьма схематично, рата, вызываемых внешними воздейству- быстрыми нейтронами // Труды инсти- что требует от разработчиков аппара- тута тв. тела и полупроводников. 2012. туры учитывать наличие этих проблем ющими факторами и устройство для его С. 33–39. самостоятельно. 28. Ширшев Л.Г. Ионизирующие излуче- осуществления, приоритет 28.11.2018. ния и электроника. М.: Советское радио, Литература 1979, 191 с. ФГУП МОКБ «Марс». 29. Wik M.W. Hardening of telecommunication 1. Заитов Ф.А., Литвинова Н.Н., Савицкий В.Г. Netwoks against Electromagnetic Pulses. и др. Радиационная стойкость в оптоэлек- 14. Лукьяненко В.И., Литвак А.К., Мурахов- Ericsson Reviev, 1984, vol. 61, № 4. Pp. тронике. М.: Воениздат, 1987. 166 с. 59–68. ский Е.В. и др. Вопросы атомной науки 30. Чернышев А.А. Основы надежности полу- 2. Артемов А.Д., Данилин Ю.И., Курышев А.В. проводниковых, приборов и интеграль- и др.Вопросы атомной науки и техники. и техники. Сер. Физика радиационного ных схем. М.: Радио и связь, 1988. Сер. Физика радиационного воздействия 31. May T.C., Woods M.H. Alpha-Particle на радиоэлектронную аппаратуру. 2019, воздействия на радиоэлектронную аппа- Induced Soft Errors in Dynamic Memories вып. 4. C. 50–56. // IEEE Transactions on Electron Devices, ратуру. 2019, вып. 2. C. 80–84. 2021, vol. 68, № 4. P. 1454–1460. 3. Вовк О.В. Комплексное воздействие раз- 32. Tojable T., Shinoda T., Aoki M. and all. A Soft личных частиц и длительных повышен- 15. Верхотуров В.И., Денисенко В.А., Литвак А.К. Ensor Rate Model for MOS Dynamic RAMs // ных температур на параметры кремние- IEEE Trans. on Electron Devices, 2020, vol. 67, вых фотодиодов // Вопросы оборонной Вопросы атомной науки и техники. Сер. № 4. P. 1680–1685. техники, серия 11. М.: НТЦ «Информтех- 33. Iwai H., Otsuka H., Matsumoto Y. and all. ника», 1993, вып. 4 (139), 52 с. Физика радиационного воздействия на Comparisons of Intrinsic Guttering and Epitaxial Wafer in Terms of Soft Error 4. Зи С. Физика полупроводниковых при- радиоэлектронную аппаратуру. 1991, Endurance and Other Characteristics of боров. Т. 1, 2. М.: Мир, 1984. 64K Bit Dynamic RaM // IEEE Transductions вып. 3. C. 56–63. on Electron Devices, 2021, vol. 68, № 4. P. 5. Killiany J.M., Baker W.D. Limitations of a 1649–1653. Threshold-Insensitive CCD Input Technique 16. Вавилов В.С., Горин Б.М., Данилин Н.С. и 34. Мамонтов А.П., Еремина А.А. Влияние in a Total Dose Radiation Environment, in интенсивности электронного облуче- 1995 Intern. Conf. Applic. CCDs Proc. P. др. Радиационные методы в твердотель- ния на характеристики GaAs-приборов 369–374. // Электронная техника. 1987, сер. (вып.) ной электронике. М.: Радио и связь, 1990. 6 (191). P. 6–11. 6. Kaschieva S. Materials Science and 35. Miller P.R. Engineering to counter the EMP Engineering B100 (2003) 23/26. Institute 17. Weber H.W., Bock H., Unfried E., Gncenwood theat // Radio and Electron Eng., 1993, vol. of Solid State Physics, Bulgarian Academy 53, № 11, № 12. P. 387–392. of Sciences. An advantage of MOS structures O.P. Neutron disimerry and damage 36. Борковский Я.И., Постников В.Н., Таран- with ultra thin oxide during irradiation. цев В.А. и др. Вопросы атомной науки и calculations for the TRIGA MARK-ID reactor техники, 2001, вып. 1. C. 9–12. 7. Булгаков Н.Н., Зинченко В.Ф. Вопросы 37. Борисов Ю.А., Герасимов В.Ф., Никифо- атомной науки и техники. Сер. Физика in Vienna. J. of nucl. mater. 1986, № 37. P. ров Н.Ю. и др. Вопросы атомной науки радиационного воздействия на радио- и техники. Сер. Физика радиационного электронную аппаратуру. 2020, вып. 1. 236–240. воздействия на радиоэлектронную аппа- C. 39–44. ратуру. 2013, вып. 1–3. C. 174–176. 18. ИтальянцевА.Г.,МордковичВ.Н.,ТемперЕ.М. 38. Мырова Л.О., Чепиженко А.З. Обеспече- 8. Кофтонюк Н.Ф., Сальников Е.Н. Фото- ние стойкости аппаратуры связи к иони- чувствительные МДП-приборы для пре- О роли атермических процессов в зирующим и электромагнитным излуче- образования изображений. М.: Радио и ниям. М.: Радио и связь. 297 с. связь, 1990. 160 с. импульсном отжиге ионно-легирован- 39. Вавилов В.С., Горин Б.М., Данилин Н.С. и др. Радиационные методы в твердо- 9. Шалимова К.В. Физика полупроводников: ных слоев кремния // Физика и техни- тельной электронике. М.: Радио и связь, учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1990. 184 с. 1985. 392 с. ка полупроводников. 2003. Т. 19, вып. 5. 61 10. Ладыгин Е.А. Радиационная технология P. 928–930. твердотельных электронных приборов // I отраслевая технологическая конфе- 19. Коваленко А.К., Королева Е.А., Галеев А.П. ренция, 2007. и др. Вопросы атомной науки и техники, 11. Мамонтов А.П., Чернов И.П. Эффект малых доз ионизирующих излучений. 2015, вып. 9. C. 11–13. Томск: Дельтаплан, 2009. 288 с. 20. Zioch H.J. and all. Temprature dependence 12. Клименов В.А., Лидер А.М., Мамонтов А.М. и др. Физические основы современных of radiation damage and its annealing in silicon detectors // IEEE Trans. Nucl. Sci., 2021, vol. 68, № 8, pt. 1. P. 1694–1700. 21. Stein H.J. Thermodynamic and morphological analysis of large silicon self-interstitial clusters using atomic simulations. J. of Applied Phys., 117 (2015), issued 3, April 07. 22. Гарнык B.С. Влияние характера рас- сеяния на время жизни неосновных носителей заряда в кремнии, легиро- ванном гафнием // Физика и техника полупроводников. 1994. Т. 28, вып. 2. С. 228–231. 23. Yang K.H., Kappert H.F., Schwutko G.H. Physical and Electrochemical characterization of crystalline silicon surfaces modulated by aluminum. Phys. St. Sol.(a), № 2 (8st.), vol. 215(2018), 1700543. 24. Watkins G.D. In Lattice Defect in Semicond. Conf. Ser. № 231, Inst. Of Phys. London- Bristol, 2019. 25. Коршунов Ф.П., Богатырев Ю.В., Носов Ю.П. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Физика радиационного воздействия на СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022 WWW.SOEL.RU

СТРАНИЦЫ ИСТОРИИ К 100-летию со дня рождения М.И. Кривошеева – патриарха отечественного и мирового радио- и телевещания Владимир Бартенев ([email protected]) информационно-коммуникационных технологий – ИКТ. Именно там распре- В июле этого года Кривошееву Марку Иосифовичу исполнилось бы деляются спутниковые орбиты и радио- 100 лет. К сожалению, он ушёл из жизни за четыре года до своего частотный спектр в глобальном мас- столетия в октябре 2018 года. Последний его проект состоялся в мае того штабе, разрабатываются технические же года. Тогда в одном из съёмочных павильонов Останкино открылась стандарты, обеспечивающие возмож- выставка, посвящённая профессиональному пути этого известного ность эффективного присоединения советского и российского ученого. Его имя известно на весь мир, в сетей и технологий во всём мире. МСЭ телевизионной среде он пользуется огромным уважением. в настоящее время насчитывает в сво- ём составе 193 страны и почти 800 Марк Иосифович Кривошеев (род. 30 Будучи школьником, Марк Кривошеев, академических организаций и пред- июля 1922) – советский и российский познакомившись с журналом «Радио- ставительств из разных стран. Штаб- учёный, входит в плеяду создателей фронт», уже в 11 лет вместе со своими квартира МСЭ находится в Женеве, современного мирового телевидения, друзьями сделал механический телеви- Швейцария. доктор технических наук, профессор, зор с диском Нипкова. заслуженный деятель науки и техни- Трудно пересказать чрезвычайно ки РСФСР. Картинка была размером со спичеч- интересный и содержательный доклад ный коробок, но изображение всё рав- профессора Кривошеева М.И. Скажу Учёный всю свою жизнь занимал- но было видно. Так началась его блестя- лишь, что в нём было приведено мно- ся организацией телевещания и стал щая карьера протяжённостью в 73 года. го новых документов МСЭ в части уже одним из тех, кто и привёл его к нынеш- В 2015 году он получил высшую награ- принятых международных стандар- нему единому стандарту – «цифре». ду Международного союза электро- тов в области цифрового телевидения связи «За улучшение жизни людей на высокой точности. Для меня, например, Но вернёмся в 2018 год, когда в стро- планете». Среди награждённых также в новинку прозвучали такие понятия, ительстве павильона, где открылась в были основатель Microsoft Билл Гейтс, как виртуальное телевидение с глубо- марте 2018 года выставка, Кривошеев отец Интернета Роберт Кан, создатель ким аудиопогружением, или так назы- участвовал сам (рис. 1). В экспозиции мобильного телефона Мартин Купер. ваемое интерактивное телевидение, выставки показан весь его путь. Это и «Наша страна является лидером техно- телевизионное 3D-вещание с индиви- первый телевизионный эфир после логии телевещания. Причём это доказа- дуализацией контента и интеграцией войны, и – спустя 26 лет – телевизион- но не словами, а документами», – таково технологий телевизионного вещания ный репортаж о встрече после полёта было весомое мнение М.И. Кривошеева. и Интернета. первого человека в космос. Телевиде- ние Олимпиады-1980 – тоже его заслу- В 2017 году на открытии Междуна- Признаюсь, меня больше интересо- га. Эту выставку можно было назвать родной научно-технической конфе- вало цифровое радиовещание, которо- «лебединой песней» великого учёно- ренции, посвящённой Дню радио, в му в докладе не было уделено внима- го. Начало выставки – это рассказ о его Конгресс-центре МТУСИ (Москов- ния. Поэтому я задал профессору М.И. увлечении телевидением ещё в детстве. ский технический университет связи Кривошееву после его выступления и информатики) на пленарном заседа- такой вопрос: «Почему явный прогресс Рис. 1. Выступление М.И. Кривошеева нии выступил Кривошеев М.И. с докла- наблюдается в цифровом телевидении, на выставке в Останкино в мае 2018 года дом «К 70-летию международной стан- в то время как в цифровом радиовеща- дартизации в области телевизионного нии – полный застой?» Был получен вещания». В докладе было сказано, что предельно простой ответ. Оказывает- в 1865 году был основан Международ- ся, вот уже на протяжении десятков лет ный Телеграфный Союз, с 1932 года – представители разных стран, входящих Международный Союз Электросвязи в комиссии МСЭ, не могут договорить- (МСЭ). Длительное время Советский ся о стандарте на цифровое радиове- Союз, а затем и Россию представлял в щание. А ведь там всё происходит сле- МСЭ Марк Иосифович Кривошеев. дующим образом: стоит хоть одному представителю из какой-нибудь страны На протяжении многих лет он воз- отказаться подписать протокол согла- главлял 11-ю комиссию (SG11) Между- сования, и стандарт не будет принят. народного союза электросвязи (МСЭ), Затем Марку Иосифовичу последовал став почётным её членом. Хочу пояс- мой второй вопрос: «Раз с цифровым нить, что МСЭ (ITU) является специа- радиовещанием такие проблемы, то лизированным учреждением Органи- чем объяснить разрушение сети тра- зации Объединённых Наций в области 62 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022

СТРАНИЦЫ ИСТОРИИ диционного вещания на средних и Рис. 2. Дарственная надпись на книге Кривошеева М.И., Шовдия Ю.Д. и Федунина В.Г. в мой адрес коротких волнах в нашей стране?» И вот тут неожиданно вмешался предсе- заслуги», академиком Международных исследовательский институт радио дательствующий на пленарном заседа- академий информатизации и связи, имени М.И. Кривошеева» (ФГУП НИИР). нии член-корреспондент Юрий Бори- Академии телевидения высокой чёт- В год столетия со дня рождения патри- сович Зубарев, предложив ответить на кости США. Приказом Федерального арха радио и телевидения можно мой вопрос присутствующему на засе- агентства связи от 23.07.2019 № 147 утверждать, что весь жизненный дании д.т.н., проф. Сергею Львовичу Институт радио и телевидения обрёл путь Марка Иосифовича Кривошеева Мишенкову, советнику министра свя- новое наименование – Федеральное характеризуется серьёзным и бесцен- зи и массовых коммуникаций. И что вы государственное унитарное пред- ным вкладом в развитие отечествен- думаете? Он ответил так, цитирую: «То, приятие «Ордена Трудового Крас- ного и мирового радио- и телевеща- что произошло с нашим радиовещани- ного Знамени Российский научно- ния. ем, иначе как преступлением не назо- вешь». После такого ответа коммента- рии были излишни. Так получилось, что на этом пленар- ном заседании конференции после доклада Марка Иосифовича следо- вал мой доклад, посвящённый пер- вопроходцу в области радиоприём- ных устройств, создателю первого супергетеродина с кварцевым филь- тром «Дозор» и уникального приём- ника с первым синтезатором частоты «Берилл» А.И. Деркачу. По окончании моего выступления Марк Иосифович подошел ко мне, пожал руку и сказал, что мой доклад ему понравился. При этом он вручил мне свою последнюю книгу о телевидении с дарственной надписью (рис. 2). Для меня это собы- тие стало незабываемым. М.И. Кривошеев – автор и соавтор более 90 авторских свидетельств на изобретения и отечественных, и зару- бежных патентов, многих печатных трудов, в том числе более 30 книг. Деятельность М.И. Кривошеева полу- чила высокую оценку. Он награждён орденами Трудового Красного Знаме- ни, Дружбы и «За заслуги перед Отече- ством» III и IV степени, является лауре- атом Государственных премий СССР и Российской Федерации, кавалером Национального ордена Франции «За заслуги», Золотого ордена Польши «За НОВОСТИ МИРА В США ГОТОВЯТ должны замедлить приток микросхем в ми- США рассматривает возможность запрета Ки- ровую экономику. Об этом пишет Reuters со таю производить логические микросхемы с ис- НОВЫЕ САНКЦИИ ПРОТИВ ссылкой на собственные источники. пользованием 14 нм техпроцесса. ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ МИКРОСХЕМ Когда Министерство торговли США (DOC) В 2020 году компания SMIC была добав- ИЗ КИТАЯ ограничило доступ крупнейшего китайско- лена в «чёрный список» министерства тор- го контрактного производителя микросхем говли США из-за предполагаемых связей с Администрация президента США рассма- Semiconductor Manufacturing International Corp. вооружёнными силами Китая. Тогда ком- тривает возможность введения новых точеч- (SMIC) к производственному оборудованию, пания лишилась возможности импорта из ных санкций против полупроводниковой про- используемому для производства 10 нм микро- США некоторого оборудования для произ- мышленности Китая. Новые меры могут быть схем, это было сочтено жёстким, но не слиш- водства чипов. направлены на сдерживание прогресса круп- ком серьёзным шагом. Теперь правительство нейшего китайского производителя микро- kod.ru схем в лице компании SMIC, но при этом не СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022 WWW.SOEL.RU 63



КУРС НА ИМПОРТОЗАМЕЩЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ ADVANTIX «БРУСНИКА» НА БАЗЕ ЦПУ «ЭЛЬБРУС» РАЗРАБОТАНО И СДЕЛАНО В РОССИИ Разработано и произведено в России Фиксация кабеля питания Отечественные процессоры «Эльбрус» Корпуса для установки в 19″ стойку Безвентиляторное исполнение Поддержка отечественных операционных систем Для критической инфраструктуры Возможность заказных разработок ОФИЦИАЛЬНЫЙ ДИСТРИБЬЮТОР ОФИЦИАЛЬНЫЙ ДИСТР7И(Б4Ь9Ю5)Т2О3Р2-16-93 [email protected] WWW.ADVANTIX-PC.RU

Реклама