Microcircuits के विकिरण प्रतिरोध के बारे में लोकप्रिय गलत धारणाएं

Habré पर हर दूसरे विषय में अंतरिक्ष यात्रियों या इलेक्ट्रॉनिक्स से संबंधित, विकिरण प्रतिरोध का विषय पॉप अप होता है। एक रेडिएंट-प्रतिरोधी तत्व आधार के आयात प्रतिस्थापन का विषय घरेलू अंतरिक्ष अन्वेषण के बारे में समाचार के माध्यम से चलता है, लेकिन साथ ही, एलोन मस्क सस्ते पारंपरिक चिप्स का उपयोग करता है और इस पर गर्व करता है। और बेरेशिट में इजरायलियों ने एक उज्ज्वल प्रोसेसर का इस्तेमाल किया और उन्हें इस पर गर्व भी है। और सिद्धांत रूप में, रूस में माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक उद्योग प्रासंगिक आवश्यकताओं के साथ राज्य के आदेश के कारण बड़े पैमाने पर रहता है। उपग्रहों को ठीक से बनाने के तरीके के बारे में नियमित विवादों को देखने से पता चलता है कि प्रतिभागियों का प्रशिक्षण आमतौर पर कम होता है, और उनके तर्क पर रूढ़िवादिता, गलती से सुने गए तथ्य और ज्ञान के संदर्भ में बोझ डाला जाता है, कई साल पहले पुराना। मैंने सोचा था कि यह पढ़ना अब संभव नहीं है, इसलिए, प्रिय विश्लेषकों, आपके सोफे पर सहज हो जाओ, और मैं एकीकृत सर्किट के विकिरण प्रतिरोध पर सबसे लोकप्रिय गलत धारणाओं के बारे में एक छोटी (वास्तव में बड़ी) कहानी शुरू करूंगा।


चित्र 1. ब्रह्मांडीय विकिरण और नाजुक पृथ्वी के बारे में एक अपरिहार्य सुंदर तस्वीर।

निकट-अंतरिक्ष विवादों में प्रयुक्त विकिरण प्रतिरोध पर सबसे लोकप्रिय शोध कुछ इस तरह दिखते हैं:

1. रेडिएंट चिप्स की जरूरत नहीं है। Kubsats साधारण लोगों पर पूरी तरह से उड़ते हैं, ISS पर साधारण लेनोवो लैपटॉप हैं, ड्रैगन में साधारण माइक्रोक्रिस्केट हैं, और यहां तक ​​कि ओरायन में नासा ने भी साधारण माइक्रोकैक्रिट्स दिए हैं!
2. उपग्रहों पर बहुत पुराने माइक्रोक्रिस्केट्स डालना संभव है, "ढीले टुकड़े टुकड़े" के ठीक नीचे, कोई गंभीर प्रदर्शन की आवश्यकता नहीं है। लेकिन खुशी के बिना, कहीं नहीं, और इसलिए कबाड़ पर उड़ते हैं।
3. थीसिस जो पिछले एक को पूरक करती है: सैद्धांतिक रूप से स्थिर माइक्रोकिरिचेट्स, सिद्धांत रूप में, कम डिजाइन मानकों पर नहीं किया जा सकता है, इसलिए समय-परीक्षण किए गए घटकों का उपयोग न केवल उचित है, बल्कि आवश्यक भी है।
4. माइक्रोक्रिसिट के लिए रेडिएंट प्रतिरोधी होने के लिए, यह आवश्यक है कि वह "इंसुलेटर पर सिलिकॉन" या "नीलम पर सिलिकॉन" तकनीक का उपयोग करके इसे बनाने के लिए पर्याप्त और पर्याप्त हो।
5. सभी “मिलिट्री” माइक्रोकिरिकेट्स रेडियो-प्रतिरोधी हैं, और सभी रेडियो-प्रतिरोधी माइक्रो-सर्किट “सैन्य” हैं।

जैसा कि आप देख सकते हैं, इनमें से कुछ शोध सीधे एक दूसरे के विपरीत हैं - जो नियमित रूप से विवाद का विषय है या दूरगामी गलत निष्कर्ष तक पहुंचने का कारण है।

आपको एक महत्वपूर्ण अस्वीकरण के साथ बातचीत शुरू करने की आवश्यकता है: विकिरण प्रतिरोध दुनिया का केंद्र नहीं है और एकमात्र गुणवत्ता जो अंतरिक्ष या अन्य आक्रामक वातावरण चिप में उपयोग के लिए उपयुक्त होनी चाहिए। लंबी श्रृंखला से विकिरण प्रतिरोध केवल एक आवश्यकता है, जिसमें विश्वसनीयता, एक विस्तारित तापमान रेंज, इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज का प्रतिरोध, कंपन प्रतिरोध - और उपरोक्त सभी मापदंडों की विश्वसनीय पुष्टि है, अर्थात्, लंबी और महंगी प्रमाणीकरण। यह सब कुछ महत्वपूर्ण है जो चिप को आवश्यक सेवा जीवन को पूरा करने की अनुमति नहीं दे सकता है, और उज्ज्वल-प्रतिरोधी चिप्स के अधिकांश अनुप्रयोगों की मरम्मत या प्रतिस्थापन की असंभवता है। दूसरी ओर, अगर कुछ मापदंडों में से एक के साथ कुछ गलत है, तो अंतिम उत्पाद के डिजाइनर को अक्सर सीमा के चारों ओर एक रास्ता मिल सकता है - मोटी दीवार के लिए विकिरण खुराक के लिए सबसे संवेदनशील चिप लगा दें, चिप की वर्तमान खपत की निगरानी करें जो कि थाइरिस्टर प्रभाव की चपेट में है और यदि आवश्यक हो तो इसकी शक्ति को रीसेट करें। , या थर्मोस्टैट एक संकीर्ण तापमान सीमा के साथ एक चिप। या यह नहीं मिल सकता है, और कार्य को हल करने का एकमात्र तरीका एक नया एएसआईसी रडार प्रतिरोधी ऑर्डर करना होगा।

यह याद रखना भी उपयोगी है कि विशेष प्रयोजन प्रणालियों के डेवलपर्स किसी अन्य डेवलपर्स के समान ही हैं। उनमें से कई लोग कल की समयसीमा के लिए क्रस्ट से भरी बैसाखी के लिए कोड लिखना पसंद करते हैं और अधिक शक्तिशाली हार्डवेयर का उपयोग करते हैं ताकि यह निश्चित रूप से इसके लिए काम करे; कुछ ने Arduino का उपयोग किया होता अगर यह ठीक से प्रमाणित होता। और, ज़ाहिर है, जो लोग विशेष-उद्देश्य प्रणालियों के डेवलपर्स और उनके लिए माइक्रोक्रिस्केट के डेवलपर्स के लिए कार्य निर्धारित करते हैं, वे शायद ही कभी विश्वसनीयता, प्रदर्शन और आनंद प्रतिरोध के लिए शर्मीली महसूस करते हैं। इसलिए, उपग्रहों पर आधुनिक डिजाइन मानकों की अभी भी जरूरत है - मुझे बड़ी मात्रा में DRAM, मल्टी-कोर प्रोसेसर और नवीनतम FPGAs चाहिए। मैंने पहले ही ऊपर उल्लेख किया है कि खराब विकिरण प्रतिरोध और अन्य संभावित समस्याओं के परिणामों को कम से कम आंशिक रूप से दरकिनार किया जा सकता है, इसलिए डेटा की कमी को चिप्स की व्यावसायिक स्थिति से कम करने की आवश्यकता है जो डेवलपर्स की इस भव्यता का उपयोग करने से काफी हद तक रोका जाता है।

विकिरण प्रभाव

"विकिरण प्रतिरोध" और "विकिरण प्रतिरोधी माइक्रोकिरिट" की अवधारणाएं भव्य सरलीकरण हैं। वास्तव में, आयनीकरण विकिरण के कई अलग-अलग स्रोत हैं, और वे विभिन्न तरीकों से इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के कामकाज को प्रभावित कर सकते हैं। तदनुसार, विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए, कारकों को प्रभावित करने के अलग-अलग सेटों और एक्सपोज़र के विभिन्न स्तरों के लिए प्रतिरोध आवश्यक है, इसलिए कम पृथ्वी की कक्षा में संचालित करने के लिए डिज़ाइन किया गया एक "स्थिर" माइक्रोकिरिट को चेरनोबिल में रुकावटों का विश्लेषण करते समय सामान्य रूप से काम करने की आवश्यकता नहीं है।

आयनिंग विकिरण को आयनिंग कहा जाता है, क्योंकि आने वाले कणों की ब्रेकिंग के दौरान किसी पदार्थ की मात्रा में ऊर्जा की रिहाई पदार्थ को आयनित करती है। प्रत्येक पदार्थ की अपनी ऊर्जा होती है जो आयनन और इलेक्ट्रॉन-होल युग्म के निर्माण के लिए आवश्यक होती है। सिलिकॉन के लिए, यह 3.6 ईवी है, इसके ऑक्साइड के लिए - 17 ईवी, गैलियम आर्सेनाइड के लिए - 4.8 ईवी। इसके अलावा, एक आने वाला कण एक परमाणु को आयनित नहीं कर सकता है, लेकिन इसे क्रिस्टल जाली में सही जगह से "स्थानांतरित" करें (सिलिकॉन में, इसके लिए परमाणु को स्थानांतरित करने के लिए 21 ईवी की आवश्यकता होती है)। किसी पदार्थ में बनाए गए इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़े का विद्युत और भौतिक गुणों और विद्युत सर्किट के व्यवहार पर अलग-अलग प्रभाव हो सकता है। विकिरण प्रभाव को चार बड़े समूहों में विभाजित किया जा सकता है: कुल अवशोषित खुराक के प्रभाव, खुराक की दर के प्रभाव, एकल कणों के प्रवेश के कारण प्रभाव और विस्थापन के प्रभाव। यह अलगाव कुछ हद तक मनमाना है: उदाहरण के लिए, भारी आयनों की एक धारा के साथ विकिरण जो एकल प्रभाव का कारण बनता है, कुल अवशोषित खुराक का एक सेट भी होता है।

खुराक प्रभाव

विकिरण की कुल अवशोषित खुराक को रेड में मापा जाता है, जो पदार्थ को दर्शाता है जो विकिरण को अवशोषित करता है। 1 रेड = 0.01 जे / किग्रा, अर्थात्, किसी पदार्थ के एक इकाई द्रव्यमान में जारी ऊर्जा की मात्रा। कम आमतौर पर इस्तेमाल किया जाने वाला ग्रे की माप की एक इकाई है, जो 100 रेड (या 1 जे / किग्रा) के बराबर है। यह समझना महत्वपूर्ण है कि विभिन्न पदार्थों में अवशोषित खुराक विकिरण स्रोत द्वारा जारी की गई आयनकारी कणों की समान संख्या के लिए अलग-अलग होगी (यह एक्सपोज़र खुराक है)। सिलिकॉन माइक्रोक्रिस्केट के मामले में, वांछित सामग्री सिलिकॉन ऑक्साइड है, क्योंकि उस पर प्रभाव, और सिलिकॉन पर नहीं, मुख्य रूप से सर्किट की विद्युत विशेषताओं को प्रभावित करता है, क्योंकि सामान्य तापमान पर SiO2 में छिद्रों की गतिशीलता इतनी छोटी है कि ऑक्साइड में जमा हो जाती है, जिससे निर्माण होता है। निर्मित में सकारात्मक चार्ज। वाणिज्यिक माइक्रोकैरिकट्स की विशिष्ट खुराक प्रतिरोध स्तर 5-100 crad (Si) की सीमा में है, ग्राहकों द्वारा मांगे गए विकिरण प्रतिरोध स्तर 30 crad (Si) से शुरू होते हैं और microcircuit के उद्देश्य के आधार पर लगभग 1 Grad (Si) के आसपास समाप्त होते हैं। मनुष्यों के लिए घातक खुराक लगभग 6 ग्रे है।



चित्रा 2 चित्रा 1 जी / 2 + 2 की सुरक्षा के लिए विभिन्न परिपत्र कक्षाओं में 10 साल से अधिक कुल अवशोषित खुराक के सेट के उदाहरण। स्रोत - एन.वी. कुज़नेत्सोव, "निकट-पृथ्वी की कक्षाओं में विकिरण का खतरा और अंतरिक्ष यान के अंतःविषय प्रक्षेपवक्र"।

पूर्ण खुराक के प्रभाव इस सकारात्मक आवेश के संचय से जुड़े होते हैं और कई मुख्य तरीकों में CMOS योजनाओं में प्रकट होते हैं:

1. फाटक ढांकता हुआ में एक सकारात्मक चार्ज के संचय और ट्रांजिस्टर चैनल में विद्युत क्षेत्र में परिवर्तन से उत्पन्न ट्रांजिस्टर की दहलीज वोल्टेज में बदलाव। एन-चैनल ट्रांजिस्टर के लिए, दहलीज आमतौर पर कम हो जाती है (लेकिन निर्भरता नॉनमोनॉटोनिक हो सकती है), और पी-चैनल ट्रांजिस्टर के लिए यह बढ़ जाती है, और शिफ्ट वैल्यू गेट ऑक्साइड की मोटाई, यानी डिजाइन मानकों के साथ संबंधित है। मोटे तौर पर डिजाइन मानकों के साथ सर्किट में ट्रांजिस्टर की थ्रेसहोल्ड बदल सकती है ताकि कार्यात्मक विफलता हो सकती है (एन-चैनल ट्रांजिस्टर बंद होना बंद हो जाता है, पी-चैनल ट्रांजिस्टर खुले होते हैं); submicron Technologies में यह प्रभाव कम महत्वपूर्ण है, लेकिन एनालॉग सर्किट में यह बहुत अधिक सिरदर्द दे सकता है।
2. अनियंत्रित रिसाव वर्तमान होता है। यह ट्रांजिस्टर के स्रोत से अपने स्वयं के नाली या एक आसन्न ट्रांजिस्टर के लिए प्रवाह कर सकता है। लीक का कारण एक सकारात्मक चार्ज का संचय है, लेकिन गेट इन्सुलेटर में नहीं, बल्कि मोटी इन्सुलेट सामग्री में। वास्तव में, एक परजीवी ट्रांजिस्टर मुख्य ट्रांजिस्टर के समानांतर बनता है, जिसके गेट वोल्टेज को एक विकिरण खुराक द्वारा नियंत्रित किया जाता है। इस आशय की अभिव्यक्ति एक गेट इंसुलेटर से एक इंसुलेटिंग के लिए संक्रमण की ज्यामिति की विशेषताओं द्वारा निर्धारित की जाती है, अर्थात्, बहुत अधिक हद तक डिजाइन मानकों की तुलना में एक विशिष्ट तकनीक पर निर्भर करती है।
3. आवेशों के संचय के कारण आवेश वाहकों की गतिशीलता में कमी होती है जिस पर आवेश वाहकों को बिखेर दिया जाता है। सिलिकॉन पर सबमिक्रॉन डिजिटल सर्किट पर इस कारक का प्रभाव छोटा है, लेकिन यह जटिल अर्धचालकों (गैलियम नाइट्राइड और सिलिकॉन कार्बाइड) सहित बिजली ट्रांजिस्टर के लिए अधिक महत्वपूर्ण है।
4. 1 / च में वृद्धि हुई शोर के कारण होता है जो कि एज एज ट्रांजिस्टर है। यह एनालॉग और रेडियो फ्रीक्वेंसी सर्किट के लिए महत्वपूर्ण है। इस प्रभाव का मूल्य डिजाइन मानकों में कमी के साथ बढ़ता है, जब शेष खुराक प्रभाव कम हो जाता है।

द्विध्रुवी योजनाओं में, मुख्य खुराक प्रभाव सिलिकॉन और पासिंग ऑक्साइड के इंटरफेस में बेस से रिसाव के कारण बेस करंट में वृद्धि के कारण प्राप्त लाभ में गिरावट है। द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर के लिए एक और खुराक-विशिष्ट प्रभाव यह है कि वे (आवश्यक रूप से नहीं) न केवल संचित खुराक के स्तर पर प्रतिक्रिया कर सकते हैं, बल्कि इसके संग्रह की दर पर भी - धीमी खुराक जमा होती है, प्रतिरोध जितना खराब होता है। इस प्रभाव को ELDRS (एनहॉन्स्ड लो डोज़ रेट सेंसिटिविटी) कहा जाता है और यह बहुत जटिल हो जाता है और परीक्षण की लागत को बढ़ाता है, अक्सर न केवल द्विध्रुवी, बल्कि CMOS सर्किट भी - क्योंकि उनके पास कभी-कभी द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर भी होते हैं और क्योंकि सभी को समान रूप से परीक्षण करना आसान होता है। यह पता लगाएं कि ईएलडीआरएस कहां हो सकता है और कहां नहीं।

खुराक दर

खुराक की दर से संबंधित प्रभावों का एक अन्य हिस्सा एक अल्ट्राफास्ट खुराक सेट है, जिस पर माइक्रोक्रेकिट में इतने सारे इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़े उत्पन्न होते हैं कि उनके पास पुनर्संयोजन करने का समय नहीं होता है, और एक विशाल इलेक्ट्रिक चार्ज चिप में पेश किया जाता है, जो जमीन और बिजली लाइनों के दौरान घुल जाता है महत्वपूर्ण समय - जिसके लिए सर्किट काम करना बंद कर देता है। इस समय को "काम के समय का नुकसान" कहा जाता है और इस तरह के प्रभावों के लिए एक माइक्रोक्रिचट या डिवाइस के प्रतिरोध की मुख्य विशेषता है। इसके अलावा, माइक्रोक्रिचिट में लगाए गए चार्ज की एक बड़ी मात्रा गंभीरता से जमीन से जुड़े क्षेत्रों और बिजली की आपूर्ति में परिवर्तन करती है - जिससे एक थाइरिस्टर प्रभाव दिखाई दे सकता है।

यह एक उच्च खुराक दर का प्रभाव है - प्रतिरोध के लिए जिसके लिए प्रौद्योगिकी "नीलमणि पर सिलिकॉन" और "एक इन्सुलेटर पर सिलिकॉन" मूल रूप से विकसित किया गया था, क्योंकि सर्किट में पेश किए गए चार्ज को कम करने का एकमात्र तरीका सब्सट्रेट की मात्रा से माइक्रोकिरिट के सक्रिय क्षेत्र को अलग करना है, न कि सब्सट्रेट से प्रक्रिया में भाग लेने के लिए प्रभार देना। ये प्रभाव क्यों महत्वपूर्ण हैं? कम समय में एक उच्च खुराक दर एक परमाणु विस्फोट का एक विशिष्ट परिणाम है।

एकल प्रभाव

एकल प्रभाव विकिरण के लंबे समय तक संपर्क से नहीं, बल्कि एक एकल आयनीकरण कण से एक औसत दर्जे के प्रभाव के साथ जुड़ा हुआ है। उन्हें दो बड़े समूहों में विभाजित किया जा सकता है:

1. गैर विनाशकारी। इनमें विभिन्न प्रकार के भंडारण तत्वों (कैश मेमोरी, रजिस्टर फाइलें, एफपीजीए कॉन्फ़िगरेशन मेमोरी, आदि) में विफलताएं शामिल हैं, कॉम्बिनेशन लॉजिक में और एनालॉग सर्किट में ट्रांजिस्टर। इस तरह के प्रभावों की मुख्य विशेषता - वे चिप के भौतिक विनाश का कारण नहीं बनते हैं और निश्चित सॉफ़्टवेयर या हार्डवेयर हो सकते हैं। इसके अलावा, कुछ समय बाद (स्वयं का सवाल यह है कि यह कितना बड़ा है) ग्राहकों को सही किया जाता है। स्मृति सरणियों में विफलताएं मुख्य व्यावहारिक हित हैं, बस इसलिए कि वे आधुनिक माइक्रोएलेरोनिक सिस्टम में बड़ी मात्रा में स्मृति के कारण सभी विफलताओं के शेर का हिस्सा बनाते हैं।
2. विनाशकारी। इनमें thyristor प्रभाव और विभिन्न, लेकिन, सौभाग्य से, दुर्लभ प्रभाव जैसे कि गेट को छेदना या ट्रांजिस्टर के हिमस्खलन बर्नआउट शामिल हैं। उनकी विशिष्ट विशेषता यह है कि वे अपरिवर्तनीय रूप से चिप तत्व को नष्ट कर देते हैं। यदि आप जल्दी से बिजली रीसेट कर रहे हैं, तो thyristor प्रभाव के मामले में, चिप आमतौर पर (लेकिन हमेशा नहीं!) बचाया जा सकता है। विनाशकारी प्रभाव कुछ प्रकार की फ्लैश मेमोरी और उच्च वोल्टेज और वर्तमान घनत्व वाले उपकरणों के लिए एक गंभीर खतरा पैदा करते हैं, जिनमें से सबसे महत्वपूर्ण शक्ति स्विच हैं।

आयनीकृत कण की विशिष्ट ऊर्जा उपज को "रैखिक ऊर्जा हस्तांतरण" (LET) कहा जाता है और इसे MeV में मापा जाता है, सामग्री में कण की अवधि की प्रति इकाई लंबाई, सामग्री की प्रति इकाई घनत्व, यानी (MeV * cm 3) / (mg * cm) या में मापा जाता है। (मेव * सेमी ^ 2) / मिलीग्राम। एलईटी नॉनलाइनियरली और नॉनमोटोनॉमिकली पार्टिकल एनर्जी पर निर्भर है और इसका मतलब फ्री पाथ से है, जो माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक में प्रासंगिक कणों और सामग्रियों के लिए सैकड़ों नैनोमीटर से लेकर सैकड़ों मिलीमीटर तक हो सकता है।

अंतरिक्ष में पाए जाने वाले कणों की संख्या LET की वृद्धि के साथ घट जाती है (चित्र 4 देखें)। महत्वपूर्ण मान 30 हैं (लोहे के आयनों से मेल खाते हैं) और 60 या 80 (जिसके बाद घटना की संभावना नगण्य माना जाता है)। इसके अलावा, एक महत्वपूर्ण आंकड़ा 15 मेव * सेमी ^ 2 / (मिलीग्राम) है - यह अधिकतम एलईटी है कि एक परमाणु प्रतिक्रिया के उत्पादों में एक प्रोटॉन या न्यूट्रॉन सिलिकॉन में प्रवेश कर सकते हैं। प्रोटॉन मुख्य प्रकार के सौर विकिरण में से एक हैं, और यद्यपि उनका अपना LET छोटा है (एक इकाई का दसवां हिस्सा), परमाणु प्रतिक्रियाओं और द्वितीयक आयनीकरण के कारण उनका महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। द्वितीयक आयनीकरण सीधे सक्रिय क्षेत्र में हो सकता है, या यह एक प्रोटॉन का परिणाम हो सकता है जिसमें एक बड़ी परमाणु संख्या के साथ कुछ सामग्री के परमाणु में प्रवेश किया जा सकता है - उदाहरण के लिए, टंगस्टन या टैंटलम। आधुनिक माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक तकनीक में भारी तत्वों का सक्रिय रूप से उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए, सिलिकॉन से पहली धातुकरण परत तक संपर्क बनाने के लिए। द्वितीयक आयनीकरण भी यही कारण है कि विकिरण प्रतिरोध को बढ़ाने के लिए लीड बॉक्स में चिप्स पैक करना आवश्यक नहीं है।



चित्रा 3. विभिन्न प्रकार के कणों के लिए ऊर्जा पर एलईटी की निर्भरता।

अलग-अलग, यह हीलियम नाभिक (अल्फा कणों) पर ध्यान देने योग्य है - न केवल इसलिए कि सौर विकिरण की संरचना में उनमें से बहुत सारे हैं, बल्कि इसलिए भी कि अल्फा विकिरण के काफी स्रोत सामान्य जीवन में पाए जा सकते हैं।



चित्रा 4. Xapsos et.al के अनुसार, कक्षा में दो साल के मिशन में विभिन्न प्रकार के कणों की संख्या की तुलना, "मॉडल के लिए संचयी सौर भारी आयन ऊर्जा और रैखिक ऊर्जा हस्तांतरण स्पेक्ट्रा", IEEE TNS, Vol। 5, नहीं। 6., 2007

1, 30 या 60 MeV * सेमी ^ 2 / (मिलीग्राम) - यह कितना है? 7 एनएम प्रौद्योगिकी में एक मानक मेमोरी सेल की विफलता सीमा 180 एनएम में - एकता से दसियों तक की सीमा में एकता से बहुत कम है। विशेष सर्किटरी का उपयोग आपको उदाहरण के लिए, दहलीज को ऊपर उठाने की अनुमति देता है, सैकड़ों के लिए, लेकिन यह आमतौर पर 15 या 30 इकाइयों का आंकड़ा प्राप्त करने के लिए अधिक उचित है, और शोर-प्रतिरोधी कोडिंग का उपयोग करके दुर्लभ घटनाओं के अवशेषों को फ़िल्टर करना है। 60 इकाइयां एक ऐसा आंकड़ा है जो आमतौर पर विनाशकारी प्रभावों के प्रतिरोध की आवश्यकताओं में प्रकट होता है।

विस्थापन प्रभाव

विस्थापन प्रभाव क्रिस्टल जाली के स्थानीय विनाश हैं, अर्थात्, अपने इच्छित स्थान से एक परमाणु का "बाहर खटखटाना"। क्रिस्टल जाली को नुकसान पहुंचाने के लिए आवश्यक ऊर्जा आमतौर पर काफी बड़ी होती है, इसलिए अधिकांश पासिंग कण इस प्रभाव का कारण नहीं बनते हैं। लेकिन इसका कारण एक प्रोटॉन या न्यूट्रॉन के हिट के परिणामस्वरूप एक परमाणु प्रतिक्रिया हो सकती है, जो कक्षा में कई हैं। इस तरह के स्थानीय जाली दोष चार्ज वाहक, शोर में वृद्धि, और कुछ अन्य प्रभावों की गतिशीलता में कमी लाते हैं। वे पारंपरिक सीएमओएस चिप्स को "साधारण" खुराक प्रभावों से कम प्रभावित करते हैं, लेकिन सौर पैनल, फोटोडेटेक्टर, पावर ट्रांजिस्टर, साथ ही जटिल अर्धचालकों में जो ऑक्साइड नहीं होते हैं, उदाहरण के लिए, गैलियम आर्सेनाइड और गैलियम ग्रिड को प्रभावित करते हैं। यह उनके उच्च खुराक प्रतिरोध की व्याख्या करता है - उनके पास प्रभाव नहीं होता है जो सिलिकॉन चिप्स के तेजी से क्षरण का कारण बनता है, और जो कमजोर और बाद में होता है। बायस प्रभावों के कारण विकिरण की मात्रा चिप क्षेत्र के प्रति वर्ग सेंटीमीटर (आमतौर पर प्रोटॉन या न्यूट्रॉन) कणों में मापी जाती है।

इसलिए, विकिरण के प्रभावित कारकों के विवरण के साथ, अब देखते हैं कि वे कहाँ और किन संयोजनों में माइक्रोक्रिस्केट्स की धमकी देते हैं।

क्या? कहाँ? कब?

चित्र 2 विभिन्न कक्षाओं में निर्धारित पूर्ण खुराक की गणना करने का एक उदाहरण दिखाता है। अगला, हमें बहुत सी मान्यताओं पर चर्चा करने की आवश्यकता है - सौर गतिविधि, आकार, सामग्री और सुरक्षा की मोटाई और इतने पर, लेकिन सामान्य तौर पर, इस तथ्य के बावजूद कि तस्वीर एक वैक्यूम में एक विशिष्ट गोलाकार घोड़ा है, प्रवृत्ति स्पष्ट है: विभिन्न कक्षाओं में, पूर्ण खुराक की गति अलग-अलग हो सकती है। परिमाण के पाँच आदेश। , , , . , . , — , , , , , the last but not least, .



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1017.2 Neutron irradiation
1019.8 Ionizing radiation (total dose) test procedure
1020.1 Dose rate induced latchup test procedure
1021.3 Dose rate upset testing of digital microcircuits
1023.3 Dose rate response of linear microcircuits

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और, ज़ाहिर है, यह मत भूलो कि सभी इलेक्ट्रॉनिक इंजीनियरों द्वारा सीसा रहित मिलाप प्रिय के साथ सभी उपद्रव बड़े पैमाने पर इस तथ्य के कारण शुरू किए गए थे कि माइक्रोक्रिस्केट के निर्माण में प्रयुक्त सीसा और कुछ अन्य सामग्रियों में भारी तत्व की अशुद्धियां होती हैं, विशेष रूप से यूरेनियम में, और उनका अनुप्रयोग एक छोटे, लेकिन अभी भी अच्छी तरह से औसत दर्जे का अल्फा कण प्रवाह की पीढ़ी की ओर जाता है - ठीक से कमजोर सिलिकॉन के बगल में। बीजीए-मामलों या 3 डी-विधानसभाओं के मामले में - कमजोर सिलिकॉन की पूरी सतह पर।



चित्रा 6. अल्फा कणों के स्रोत के रूप में एक सोल्डर बॉल का चित्रण।

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7. . Y. Cao et.al., «A 4.5 MGy TID-Tolerant CMOS Bandgap Reference Circuit Using a Dynamic Base Leakage Compensation Technique», IEEE TNS, Vol.60, N.4, 2013

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विकिरण प्रतिरोध और डिजाइन मानक

काफी समय से एक माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक कारखाने की वेबसाइट पर एक बयान था कि विकिरण प्रतिरोध 600 एनएम से नीचे के डिजाइन मानकों पर प्राप्त नहीं किया जा सकता है, क्योंकि अन्यथा "चार्ज कण पियर्स सिलिकॉन।" आश्चर्यजनक संयोग से, उस कारखाने के लिए उपलब्ध न्यूनतम डिजाइन मानक सिर्फ 600 एनएम थे। और एक अन्य कारखाने के एक वरिष्ठ कर्मचारी ने एक साक्षात्कार में बताया कि 90 एनएम से नीचे के डिजाइन मानकों पर अंतरिक्ष के लिए माइक्रोचिप्स बनाना "तकनीकी रूप से असंभव था।" और फिर, यह इतना मेल खाता है कि इस विशेष कारखाने में 90 एनएम से नीचे की दरों पर कुछ करना तकनीकी रूप से असंभव है। इन स्थितियों के विपणन कारणों और उनसे होने वाले तात्कालिक लाभों को समझा जा सकता है, लेकिन लंबे समय में, ऐसे वाक्यांश, जो व्यापक दर्शकों को संबोधित किए जाते हैं, मुझे अच्छे से अधिक नुकसान पहुंचाते हैं।

इसके अलावा, नियमित रूप से ऐसी चर्चाएं होती हैं जो किसी भी मार्केटिंग से जुड़ी नहीं होती हैं जो कि डिजाइन मानकों के अनुसार बनाए गए माइक्रोचिप्स एक निश्चित सीमा की तुलना में मोटे होते हैं, विनाशकारी एकल विफलताओं के लिए प्रतिरक्षा होते हैं (विशेष रूप से, थायरिस्टर प्रभाव के लिए), जिसका अर्थ है कि लंबे समय से पुरानी प्रौद्योगिकियों के उपयोग के कई साल न केवल उचित हैं, बल्कि और आवश्यक है।
या इसके विपरीत, 250 एनएम से नीचे के डिजाइन मानकों वाले माइक्रोकिरुकेट्स के वाक्यांश थिइरिस्टर प्रभाव के लिए प्रतिरक्षा हैं, क्योंकि उनके पास ऐसे कम परिचालन वोल्टेज हैं जो कि थाइरिस्टर बस नहीं खोल सकते हैं। या ऐसी राय है कि वास्तव में समस्या डिजाइन मानकों में नहीं है, लेकिन इस तथ्य में कि CMOS तकनीक मौलिक रूप से विकिरण (जो सत्तर के दशक में आवेदक द्वारा किए गए परीक्षणों द्वारा पुष्टि की जाती है) के लिए कमजोर है, और पुराने उज्ज्वल प्रतिरोधी चिप्स द्विध्रुवी / KNS / GaAs हैं। और चूंकि सीएमओएस तकनीक मौलिक रूप से खराब है, लेकिन सभी आधुनिक चिप्स इस पर बने हैं - इसका मतलब है कि आधुनिक चिप्स परिभाषा से स्थिर नहीं हैं, और अंतरिक्ष यात्रियों के लिए एकमात्र निश्चित तरीका लंबे समय तक छोड़ दिए गए गैलियम आर्बिटाइड (इंटेल के वाणिज्यिक बाजार में एक ही समय में) को ध्यान में रखते हुए धन का निवेश करना है। जीत) या समय-परीक्षण असतत तर्क पर लौटें। और भी बेहतर - लैंप के लिए।

दीप्तिमान - पुराने और पिछड़े मतलब है?

निष्पक्षता में, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि सर्किट में माइक्रोन या अधिक के एक जोड़े के बारे में डिजाइन मानकों पर प्रदर्शन किया जाता है, वास्तव में आमतौर पर कोई थायरिस्टर प्रभाव और एकल विफलता नहीं होती है। "आमतौर पर", हालांकि, किसी भी तरह से "हमेशा" का मतलब नहीं होता है, थायरिस्टर प्रभाव के कम प्रतिरोध वाले पुराने सर्किट के उदाहरण हैं, और डिजाइन मानक कुछ भी गारंटी नहीं देते हैं। एकल विफलताओं के लिए एक उच्च प्रतिरोध केवल इसलिए उठता है क्योंकि ऐसे डिजाइन मानकों पर तत्वों को बदलने के लिए बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है। सामान्य ऑपरेशन के दौरान, इसलिए, मैं उन लोगों को शुभकामना देना चाहता हूं, जो 74 श्रृंखलाओं के तर्क पर इंटेल कोर प्रोसेसर को इकट्ठा करने की कोशिश करने के लिए पुराने चिप्स का उपयोग करना जारी रखते हैं, और सोचते हैं कि किस तरह का रॉकेट परिणामी राक्षस को हवा में उठाने में सक्षम होगा।

दूसरी ओर, माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक एकल प्रोसेसर द्वारा जीवित नहीं हैं। ऐसे कार्यों की एक बड़ी संख्या है, जिनके लिए बहुत छोटे डिजाइन मानकों की आवश्यकता नहीं है या ऐसा अनिवार्य नहीं है, और 500-90 एनएम के स्तर काफी पर्याप्त हैं। 200 मिमी (और ये 90 एनएम और उच्चतर के डिजाइन मानक हैं) के साथ वेफर्स पर माइक्रोकिरिचेट्स के लिए वैश्विक वाणिज्यिक बाजार कई वर्षों से बढ़ रहा है, उत्पादन उपकरणों की कमी तक। दोनों "लंबे समय से विकसित" और पूरी तरह से नए माइक्रो-सर्किट का निर्माण "आउटडेटेड" डिजाइन मानकों पर किया गया है, और कई कारखाने तकनीकी प्रक्रियाओं के दीर्घकालिक भविष्य की गारंटी देने के लिए तैयार हैं (लेकिन जरूरी नहीं कि उनका पूरा चालचलन)। इसलिए, सशर्त TSMC से किसी विशेष कारखाने के "पिछड़ेपन" का मतलब नागरिक या विशेष प्रतिरोधी क्षेत्र में व्यावसायिक सफलता की असंभवता नहीं है।

रेडिएंट-प्रतिरोधी सर्किट के विकास, निर्माण और प्रमाणित करने की उच्च लागत मोटर वाहन या औद्योगिक इलेक्ट्रॉनिक्स की तुलना में निर्माताओं के लिए एक बड़ा सिरदर्द है। छोटे परिचलन (और अक्सर यदि सैकड़ों नहीं, तो हजारों) अक्सर इस तरह के विकास के व्यावसायीकरण को जटिल करते हैं, क्योंकि यदि आपको एक लाख डॉलर को एक हजार चिप्स में विभाजित करने की आवश्यकता है (विकास लागत 180 एनएम मानकों से अपेक्षाकृत सरल चिप है), तो यह एक हजार डॉलर प्रति है एक चिप, लेकिन प्रमाणीकरण अभी भी आवश्यक है, जो आसानी से कई लाखों में परिणाम कर सकता है (विशेषकर यदि आप ईएलडीआरएस पर सीएमओएस सर्किट का परीक्षण करते हैं)। और अगर आपको एक छोटे से रन में एक अरब डॉलर वापस करने की आवश्यकता है? यही कारण है कि 5-7 एनएम पर विकास की लागत कितनी है। विकास और प्रमाणीकरण की उच्च लागत ने इस तथ्य को जन्म दिया है कि दुनिया भर में बारिश प्रतिरोधी माइक्रोकिरिस्क के एक महत्वपूर्ण हिस्से का विकास प्रत्यक्ष या अप्रत्यक्ष रूप से राज्यों द्वारा सब्सिडी वाला है। यह नई परियोजनाओं की संख्या को बहुत कम करता है, जो कुछ भी है उसे बेचने के लिए लंबे और अधिक आविष्कार को प्रोत्साहित करता है, और साबित आईपी-ब्लॉक के उपयोग को अधिकतम करता है। नतीजतन, लोकप्रिय वर्षा-प्रतिरोधी माइक्रोक्रिचट का उत्पादन और उपयोग कई वर्षों तक किया जाता है, जिससे यह भ्रम पैदा होता है कि सभी वर्षा-प्रतिरोधी माइक्रोकिरिचट्स पुराने हैं। और ज्यादातर मामलों में, ग्राहक इससे संतुष्ट होते हैं, क्योंकि ऐसी स्थिति में जहां प्रदर्शन के संबंध में विश्वसनीयता अभी भी प्राथमिक है, पहले से ही साबित समाधान का पुन: उपयोग करना अक्सर सबसे अच्छा है जिसे आप सोच सकते हैं, और "उड़ान विरासत" एक बहुत बड़ा प्रतिस्पर्धी लाभ है। यह सफल विकास के सक्रिय उत्पादन की अवधि को बढ़ाने में भी मदद करता है - तब भी जब वे पहले से ही अप्रचलित हैं, और जब पहले से ही एक प्रतिस्थापन है। इसके अलावा, यहां तक ​​कि ज्यादातर मामलों में पिन-टू-पिन-संगत एनालॉग की स्थापना के लिए डिजाइन प्रलेखन के कम से कम सामंजस्य की आवश्यकता होती है, साथ ही साथ अधिकतम महंगा परीक्षण भी। और यह ऐसी स्थिति में है जहां कोई विकास की आवश्यकता नहीं है, इसलिए उस मामले के बारे में क्या है जब आपको नई चिप का उपयोग करने के लिए वास्तव में कुछ फिर से करने की आवश्यकता है? बेशक, ऐसी स्थिति में, हार्डवेयर डेवलपर्स एक पूरे के रूप में सिद्ध समाधान का पुन: उपयोग करते हैं।

यह समाज की धारणा में मदद नहीं करता है कि अंतरिक्ष में नए विकास का मार्ग लंबा और कांटेदार है - और समाचार में और भी लंबे समय तक, और यह लोकप्रिय विज्ञान समाचारों से है कि आम लोग आमतौर पर अंतरिक्ष उद्योग की उपलब्धियों के बारे में सीखते हैं। 2015 में, "न्यू होराइजन्स उपग्रह, जो कि प्लूटो तक पहुंचा था, के कई संदेश थे, जिसमें सोनी PlayStation की तरह ही प्रोसेसर है", और समाचार रिलीज के समय यह उपसर्ग पहले से ही बीस साल पुराना था। सामग्री की उत्कृष्ट और बहुत सक्षम प्रस्तुति, आप कुछ भी नहीं कहेंगे। न्यू होराइजन्स को 2006 में लॉन्च किया गया था, और प्रोजेक्ट डेवलपमेंट 2000 में शुरू हुआ - मानगो-वी प्रोसेसर की पहली उड़ान के वर्ष में, अर्थात, यह कक्षा में मौजूदा अनुभव के साथ नवीनतम उपलब्ध प्रोसेसर था। इस प्रोसेसर का विकास 1998 में समाप्त हुआ, और 1994 में शुरू हुआ - साथ ही साथ प्लेस्टेशन की रिलीज के साथ। यहां एक और उदाहरण है: 1997 में नागरिक अनुप्रयोगों के लिए Power750 वास्तुकला प्रोसेसर जारी किए गए थे, और 1998 में iMac ने इस तरह के प्रोसेसर के साथ शुरुआत की। 2001 में, रेड-प्रतिरोधी एनालॉग, RAD750 का विकास पूरा हुआ। मंगल पर क्यूरियोसिटी रोवर की नरम लैंडिंग के बाद, इस प्रोसेसर ने पहली बार 2005 में ब्रह्मांड को मारा, और 2012 में। बेशक, तब पंद्रह साल पहले प्रोसेसर के बारे में कुछ पीले सुर्खियों में थे, लेकिन क्यूरियोसिटी परियोजना का विकास 2003 में शुरू हुआ, जो कि RAD750 प्रोसेसर की पहली उड़ान से पहले भी था।

काटने की धार

उपरोक्त सभी के बावजूद, अभी डिजाइन मानकों का स्तर जिस पर अंतरिक्ष के लिए कंप्यूटिंग प्लेटफार्मों का विकास चल रहा है, वह 65-45-22 एनएम है। अमेरिकी RAD5500 चिपसेट को पहले से ही 45 एनएम पर धारावाहिक उत्पादन में डाल दिया गया है, यूरोपीय DAHLIA प्रोसेसर अगले साल 28 एनएम पर होने वाला है, और दीर्घकालिक उपयोग के लिए डिज़ाइन किया गया ASIC विकास मंच सक्रिय रूप से बेल्जियम IMEC में 65 एनएम पर बनाया जा रहा है। रूसी डेवलपर्स या तो बहुत पीछे नहीं हैं - अगले साल के एनआईआईएसआई आरएएस रोडमैप में एक उज्ज्वल प्रतिरोधी प्रोसेसर का 65 एनएम आउटपुट दिखाया गया है, और इस विषय पर प्रकाशन एक विकास मंच बनाने की बात करते हैं, अर्थात, इन डिज़ाइन मानकों का केवल यूरोप में ही नहीं बल्कि रूस में भी एक महान भविष्य है। ।

और यहां तक ​​कि डिजाइन मानकों के इस स्तर पर, बारिश प्रतिरोधी इलेक्ट्रॉनिक्स का विकास बंद नहीं होता है - यदि आप परमाणु विज्ञान पर IEEE लेनदेन के नवीनतम मुद्दों को देखते हैं, तो आप 20-16-16 एनएम के डिजाइन मानकों के साथ ट्रांजिस्टर के अध्ययन पर पर्याप्त काम पा सकते हैं, अंतरिक्ष माइक्रोप्रोसेसर की नई पीढ़ी के लिए जमीन तैयार कर रहे हैं। इन डिज़ाइन मानकों पर, डेवलपर्स बहुत सी नई और दिलचस्प चीजों की उम्मीद करते हैं: सबसे पहले, रिंग ट्रांजिस्टर नहीं बनाया जा सकता है, दूसरी बात, FinFET में एक पूरी तरह से अलग चैनल ज्यामिति और अलगाव है, तीसरे, FDSOI प्रौद्योगिकियां हैं, जो पर्याप्त विशिष्टता भी हैं।

डिजाइन मानकों में कमी, निश्चित रूप से, उन पर निर्मित माइक्रोक्रिस्केट के विकिरण प्रतिरोध को प्रभावित करती है, लेकिन जरूरी नहीं कि इससे भी बदतर हो। सामान्य प्रवृत्ति यह है कि डिजाइन मानकों में कमी के साथ, पूर्ण खुराक का प्रभाव कम हो जाता है, और एकल प्रभाव बढ़ता है। 180 एनएम या उससे कम के डिजाइन मानकों में थ्रेसहोल्ड वोल्टेज शिफ्ट को बड़ी खुराक के लिए भी इकाइयों या दसियों मिलीमीटर में मापा जाता है: गेट ऑक्साइड इतना पतला होता है कि इसमें चार्ज होने वाला चार्ज चैनल में जमा होने के बजाय जमा हो जाता है। एसटीआई इन्सुलेशन के साथ प्रौद्योगिकियों में संक्रमण परत पर्याप्त रूप से कॉम्पैक्ट है, जो कई मामलों में कई दसियों या कुल पालना (सी) की कुल खुराक पर कम रिसाव की अनुमति देता है। और अगर हम रिंग सबमिशन और गार्ड रिंग्स को गहराई से सबम्रिकॉन वॉल्यूमेट्रिक तकनीक में लगाते हैं, तो हम तुरंत सभी खुराक की समस्याओं से छुटकारा पा लेंगे।



चित्रा 8. विकिरण प्रतिरोधी तत्वों के उदाहरण और SOI बीसीडी प्रौद्योगिकी का उपयोग कर मिलेंडर द्वारा विकसित किया गया है।

चित्र 8 विभिन्न स्थितियों के लिए एक ही और तर्क तत्व को लागू करने के लिए दो विकल्प दिखाता है। बाईं ओर हम पूर्ण भराई देखते हैं - व्यक्तिगत गार्ड के छल्ले में रिंग ट्रांजिस्टर। दाईं ओर सरल विकल्प है, कम कुल खुराक के लिए: गार्ड के छल्ले के बजाय रैखिक ट्रांजिस्टर, जमीन में केवल अच्छे संपर्क। और दोनों मामलों में, चिप को thyristor प्रभाव से बचाने के लिए पी-चैनल से एन-चैनल ट्रांजिस्टर के ढांकता हुआ अलगाव। वॉल्यूमेट्रिक तकनीक में, गार्ड रिंग इस फ़ंक्शन को करते हैं। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि कई अंतरिक्ष अनुप्रयोगों के लिए, 50-100 crad (Si) के स्तर पर पूर्ण खुराक के लिए प्रतिरोध काफी पर्याप्त है, और रैखिक ट्रांजिस्टर यह बहुत अच्छी तरह से करते हैं, बिना स्थिरता प्राप्त करने के लिए सर्किट के कार्यात्मक मापदंडों के महत्वपूर्ण गिरावट की आवश्यकता होती है।

एकल विफलताओं के साथ, स्थिति यह है: उस क्षेत्र का अनुमानित व्यास जहां से एक कण के प्रवेश करने पर आवेश एकत्र किया जाता है, एक माइक्रोन के क्रम का होता है, अर्थात्, गहराई से सुप्त डिजाइन मानकों के अनुसार बनाए गए मेमोरी सेल के आकार से अधिक। वास्तव में, तथाकथित कई विफलताओं को प्रयोगात्मक रूप से खोजा जाता है, जब एक कण एक साथ कई बिट्स को स्विच करने का कारण बनता है। इसके अलावा, डिजाइन मानकों में कमी के साथ, मेमोरी बिट को स्विच करने के लिए आवश्यक ऊर्जा भी कम हो जाती है, अर्थात, अधिक रफ़ डिज़ाइन मानकों के अनुसार बनाए गए चिप्स की तुलना में अधिक हिट परिणाम विफल हो जाते हैं। जिसमें संरचनात्मक सामग्रियों में रेडियोधर्मी अशुद्धियों से अल्फा कणों की अंतर्ग्रहण शामिल है।



चित्रा 9. 65 एनएम के डिजाइन मानकों के साथ प्रौद्योगिकी में दो अलग 6T SRAM वेरिएंट के लिए एक एकल कण हिट से विफलताओं की संख्या की तुलना। स्रोत - ए। बालबकोव एट अल।, "बाहरी अंतरिक्ष कारकों के प्रभाव में 65 एनएम CMOS प्रौद्योगिकी के लिए वीएलएसआई प्रयोज्यता के मुद्दे"।

चित्रा 9 65 एनएम वॉल्यूमेट्रिक तकनीक में एकल दोषों पर प्रयोगात्मक डेटा दिखाता है। बाईं ओर सामान्य 6T-SRAM है। एक हिट से दस glitches! Hamming कोड आपको इससे सुरक्षा नहीं देगा। तो, अगर हम वाणिज्यिक माइक्रोकिरेट्स के बारे में बात कर रहे हैं, तो एकल विफलताओं के साथ मोटे डिजाइन मानकों पर सब कुछ पतले लोगों की तुलना में थोड़ा बेहतर होगा। बहुत कम से कम, वे एकान्त बने रहेंगे, और उन्हें वास्तव में एन्कोडिंग द्वारा सुधारा जा सकता है। लेकिन अगर चिप को विशेष रूप से अंतरिक्ष अनुप्रयोगों के लिए बनाया गया है, तो डेवलपर के शस्त्रागार में वास्तुशिल्प, सर्किट और टोपोलॉजिकल समाधानों की एक बड़ी संख्या है जो उच्च प्रदर्शन के रूप में एक ही समय में उच्च स्थायित्व प्रदान कर सकते हैं। आंकड़ा के दाईं ओर भी 6T-SRAM है, बिल्कुल एक ही विद्युत सर्किट के साथ, लेकिन एक अलग टोपोलॉजी के साथ। सुधार की कीमत जो कई विफलताओं को दूर करती है, थाइरिस्टर प्रभाव और पूर्ण खुराक के प्रतिरोध को बढ़ाता है क्षेत्र में चार गुना वृद्धि है। यह बहुत अच्छा नहीं लगता, लेकिन किसी ने भी नहीं कहा कि यह आसान होगा। फिर भी, डिजाइन द्वारा रेडिएशन हार्डनिंग कार्य करता है और आपको किसी भी वॉल्यूमेट्रिक तकनीक पर छोटे डिजाइन मानकों पर पूर्वनिर्धारित प्रतिरोध संकेतक प्राप्त करने की अनुमति देता है।

प्री-सेट क्यों? क्योंकि प्रतिरोध के विभिन्न स्तरों की उपलब्धि के लिए इसे बढ़ाने के लिए विभिन्न तरीकों के उपयोग की आवश्यकता होती है, और प्रत्येक प्रौद्योगिकी और तकनीकी कार्य के लिए, तरीकों का आवश्यक सेट अलग होता है। फिर इसे एक बार में ही क्यों न लागू किया जाए ताकि यह अच्छा लगे? क्योंकि कार्यात्मक मापदंडों (ऊर्जा की खपत, क्रिस्टल क्षेत्र, गति, आदि) की गिरावट के कारण विकिरण प्रतिरोध की उपलब्धि हमेशा होती है, और वे पहली प्राथमिकता हैं। यही कारण है कि हमें तकनीकी विशिष्टताओं के लिए कार्यक्षमता और स्थायित्व दोनों में स्पष्ट आवश्यकताओं की आवश्यकता है। सच है, माइक्रोक्रिस्केट्स अक्सर एक समस्या को हल करने के लिए नहीं बनाए जाते हैं, विशेष रूप से मौलिक रूप से स्थिर होते हैं, जिसमें उपलब्ध अनुप्रयोगों में से प्रत्येक के लिए परिसंचरण कई दर्जन टुकड़े हो सकते हैं। लेकिन फिर भी, आवश्यकताओं की एक अच्छी समझ, उदाहरण के लिए, रिंग ट्रांजिस्टर का उपयोग नहीं करने की अनुमति देती है, बहुत अधिक क्षेत्र और वर्तमान खपत में वृद्धि, और अंत में अधिक प्रतिस्पर्धी उत्पादों को प्राप्त करने के लिए।

चौकस पाठक की नजर संभवतः "वॉल्यूमाइटिक" शब्द पर पड़ी है, "किसी भी वॉल्यूमेट्रिक तकनीक के लिए छोटे डिजाइन मानकों पर प्रतिरोध के पूर्वनिर्धारित संकेतक।" क्या यह वहां पर नहीं है? हर कोई जानता है कि रेडिएंट-प्रतिरोधी माइक्रोकिरेट्स को तकनीक "एक इन्सुलेटर पर सिलिकॉन" या "सिलिकॉन ऑन नीलम" का उपयोग करके बनाया जाना चाहिए।

इन्सुलेटर पर सिलिकॉन

प्रौद्योगिकी "इंसुलेटर पर सिलिकॉन" लंबे समय से विकिरण-प्रतिरोधी की महिमा में दृढ़ता से भरा हुआ है। इस लोकप्रिय गलत धारणा की जड़ें पुरातनता से मिलती हैं, जब एसओआई के अग्रदूत, नीलम पर सिलिकॉन, सक्रिय रूप से सैन्य विकास के लिए उपयोग किया जाता था। क्यों? इस प्रौद्योगिकी में ट्रांजिस्टर विद्युत रूप से एक दूसरे से अलग होते हैं और, अधिक महत्वपूर्ण रूप से, सब्सट्रेट से। इसका मतलब है कि उच्च खुराक दर के साथ चिप से विकिरण के अल्पकालिक जोखिम पर विकिरण-प्रेरित चार्ज के संग्रह का क्षेत्र छोटा होगा। यह, बदले में, कार्य क्षमता के नुकसान के समय को काफी कम कर देता है - जो आपको परमाणु युद्ध में काम करने की आवश्यकता है। और वास्तव में, पूर्ण ढांकता हुआ अलगाव को छोड़कर, कार्य क्षमता के नुकसान के समय को कम करने का कोई अन्य तरीका मौजूद नहीं है।

मिथक का दूसरा महत्वपूर्ण हिस्सा "एसओआई = खुशी प्रतिरोध" थायरिस्टर प्रभाव का प्रतिरोध है, जब एक उच्च खुराक दर के संपर्क में होता है। अंतरिक्ष के लिए माइक्रोचिप्स और उपकरणों के डेवलपर्स के लिए thyristor प्रभाव या "कुंडी" लगभग मुख्य सिरदर्द है, और यह आश्चर्य की बात नहीं है कि आपको जिस तकनीक से छुटकारा पाने की अनुमति है, उसने विकिरण-प्रतिरोधी के रूप में प्रसिद्धि अर्जित की है। लेकिन वास्तव में स्थिति फिर से कुछ अधिक जटिल है।



चित्रा 10. एक परजीवी thyristor के साथ एक थोक CMOS प्रौद्योगिकी के क्रॉस-सेक्शन।

Thyristor प्रभाव का कारण वॉल्यूम CMOS तकनीक के तत्वों के अंदर मौजूद परजीवी thyristor संरचना है। यदि प्रतिरोध रु और आरडब्ल्यू काफी बड़े हैं, तो यह थाइरिस्टर संरचना, जब एक आवेशित कण प्रवेश करता है, शक्ति के साथ चिप की जमीन को खोल और शॉर्ट-सर्किट कर सकता है, जिसे आप जानते हैं, अच्छा नहीं है। असली माइक्रोचिप्स में ये प्रतिरोध कितने बड़े हैं? इस प्रश्न का उत्तर काफी सरल है: सब्सट्रेट या जेब से संपर्क एक अतिरिक्त क्षेत्र है, इसलिए वे अपनी संख्या को कम करने की कोशिश करते हैं। और यह, बदले में, इसका मतलब है कि डिफ़ॉल्ट रूप से "साधारण" चिप में thyristor प्रभाव की तुलना में अधिक संभावना होगी। सच है, थाइरिस्टर प्रभाव न केवल विकिरण से हो सकता है, बल्कि उजागर होने पर भी हो सकता है, उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज के लिए या यहां तक ​​कि केवल एक ऊंचा तापमान और एक असफल टोपोलॉजी के साथ उच्च वर्तमान घनत्व से। "साधारण" अनुप्रयोगों में, पावर और ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक्स के निर्माताओं का सामना एक थायरिस्टर प्रभाव से होता है।

अंतरिक्ष प्रणालियों के एक महत्वपूर्ण हिस्से में, एक रिबूट अप्रत्याशित परिस्थितियों के मामले में काफी स्वीकार्य है, अर्थात, आप एक चिप का उपयोग करने की कोशिश कर सकते हैं जो कि बिजली की आपूर्ति और पावर रीसेट में पावर को नियंत्रित करने के लिए "लेचिंग" के लिए प्रवण होता है यदि आदर्श से अधिक है। यह वास्तव में, नियमित रूप से उन स्थितियों में किया जाता है जहां उच्च-प्रदर्शन वाले वाणिज्यिक माइक्रोक्रेसीट का उपयोग करना बहुत आवश्यक होता है, और थाइरिस्टर-इफ़ेक्ट प्रोटेक्शन चिप्स (लैचअप करंट लिमिटर) एक लोकप्रिय लोकप्रिय प्रतिरोधी उत्पाद है। लेकिन इस तरह के समाधान की कई सीमाएं हैं। आप हर जगह बिजली को रीसेट नहीं कर सकते हैं और हमेशा नहीं, एक महत्वपूर्ण पैंतरेबाज़ी करने की प्रक्रिया में एक रिबूट लंबे मिशन को समाप्त कर सकता है। एक आधुनिक माइक्रोकिरिट की वर्तमान खपत इसके संचालन के मोड के आधार पर कई बार भिन्न हो सकती है, अर्थात्, "कुछ नहीं होता है और एक कुंडी है" में खपत एक अन्य मोड में नियमित संचालन के मामले की तुलना में कम हो सकती है। वर्तमान सीमा को किस स्तर तक निर्धारित किया जाना चाहिए? यह भी स्पष्ट नहीं है। शक्ति को बंद करने और चिप के विनाश को रोकने में लगने वाला समय विशिष्ट चिप सहित कई कारकों पर निर्भर करता है।कहीं आप कहीं भी जल्दी नहीं कर सकते हैं और जितनी बार आवश्यक हो बिजली को रीसेट कर सकते हैं, लेकिन कहीं-कहीं पहली या दूसरी बार के बाद भी चिप अपरिवर्तनीय रूप से जलता है।

SOI तकनीक का उपयोग करके बनाए गए एक माइक्रोकिरिच्यूट में, thyristor प्रभाव सिद्धांत रूप में नहीं हो सकता है, क्योंकि सभी ट्रांजिस्टर विद्युत रूप से अलग हैं। और सबसे अच्छी बात यह है कि thyristor प्रभाव के प्रतिरोध को प्राप्त करने के लिए, आपको कुछ भी करने की आवश्यकता नहीं है। अर्थात्, SOI तकनीक के अनुसार बनाए गए वाणिज्यिक माइक्रोक्रिस्केट्स भी इसके लिए बिल्कुल प्रतिरोधी हैं, जो अंतरिक्ष में उनके उपयोग की सुविधा प्रदान करते हैं। इसलिए, उदाहरण के लिए, एक वाणिज्यिक SOI प्रोसेसर नए अमेरिकी ओरियन अंतरिक्ष यान को नियंत्रित करेगा।



11. - -. — J. Schwank et.al., «Radiation effects in MOS oxides», IEEE TNS, Vol. 55, No. 4, 2008

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निष्कर्ष

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