Основные принципы построения радиационно стойких ИМС

Влияние радиации на элементы схем обусловлено воздействием ионизирующего (рентгеновского) излучения и нейтронного излучения.

Воздействие гамма-излучения приводит к образованию избыточных носителей заряда в кремнии – ионизации и повышению его температуры. По последствиям ионизация имеет более существенное значение. При ионизации изменяются свойства полупроводника и p-n переходов по трем механизмам:

1. Возникновение фототока;

2. Ухудшение свойств поверхности;

3. Полное разрушение транзистора.

Фототок возникает во время действия импульса ионизирующего излучения и быстро спадает до нуля при его окончании. Механизм возникновения фототока обусловлен образованием электронно-дырочных пар вблизи p-n перехода. Образовавшиеся носители затем диффундируют или дрейфуют через область объемного заряда. Время спада фототока после окончания импульса излучения определяется временем жизни неосновных носителей заряда.

Максимальный фототок пропорционален площади перехода и нелинейно возрастает при увеличении интенсивности излучения. Возникновение фототока может привести к временному нарушению работоспособности схемы. При превышении токов предельно допустимых значений схема выходит из строя.

Таким образом, при проектировании схемы необходимо предусмотреть элементы, ограничивающие максимальное значение фототока, а также стремиться предельно сократить площади переходов.

При воздействии излучения на ИМС с изоляцией p-n переходами на время действия импульса изолирующие переходы становятся проводящими. По этой причине при проектировании радиационно стойких ИМС изоляция p-n переходами не допускается.

Ухудшение свойств поверхности вызвано увеличением количества дефектов кристаллической структуры. Это особенно актуально в МОП транзисторах, параметры которых очень сильно зависят от свойств границы раздела между полупроводником и окислом. Такого рода поверхностные изменения ограничивают возможности применения МОП транзисторов.

Часть энергии гамма-излучения поглощается корпусом, вызывая его нагрев. Тепловая энергия, выделяющаяся при облучении, пропорциональна атомной массе облучаемого материала. По этой причине при изготовлении радиационно стойких ИМС необходимо свести к минимуму применение материалов с большой атомной массой, например, золота.

Воздействие нейтронного излучения приводит к возникновению необратимых дефектов кристаллической структуры вследствие соударений нейтронов и атомов кремния. Атомы кремния, смещенные из узлов кристаллической решетки, действуют как центры рекомбинации и приводят к уменьшению времени жизни неосновных носителей заряда и их подвижности. Многие параметры транзисторов сильно зависят от времени жизни неосновных носителей, и, следовательно, они подвержены влиянию нейтронного излучения.

Таким образом, создание радиацинно стойких ИМС требует примения ряда специальных технологических и схемных решений. Общие принципы можно сформулировать следующим образом:

1 Применение диэлектрической изоляции. Наиболее перспективным считаются структуры типа КНС.

2 Минимизация площади p-n переходов.

3 Использовать транзисторы с тонкой базовой областью для уменьшения влияния нейтронных дефектов на коэффициент передачи тока h_21Э.

4 Обеспечение высокого исходного значения h_21Э, чтобы его минимальное значение достигалось при более высоком уровне радиации.

5 Применение тонкопленочных резисторов и исключение диффузионных.

6 Применение схем компенсации фототока.

7 Применение схем ограничения пикового значения фототока, например, с помощью последовательно включенных резисторов в каждой цепи.

8 Применение материалов с низким объемным сопротивлением для смягчения последствий от его увеличения при возникновении дефектов нейтронного смещения.

9 Применение материалов с по возможности меньшей атомной массой для уменьшения количества поглощаемой энергии ионизирующего излучения.

10 Применение схем с большим количеством пассивных элементов по отношению к активным. Надо сказать, что это несколько противоречит основным принципам проектирования ИМС. Однако ИМС широкого применения имеют невысокую радиационную стойкость.

Естественно, перечисленные принципы не являются исчерпывающими, они лишь дают общее представление о проблеме создания радиационно стойкой электронной аппаратуры.

Обозначение ИМС по системе ГОСТ

Шаблон обозначения ИМС имеет вид:

хх х хх хх х х

| | | | | |__Модификация

| | | | |____№ разработки в данной п/группе (от одной до трех цифр)

| | | |_____Функциональная группа ИМС (две буквы)

| | |________Серия (две или три цифры)

| |__________Группа (одна цифра)

|_____________Тип корпуса (одна или две буквы)

Тип корпуса имеет следующие обозначения:

К – для ИМС широкого применения

Если буквы «К» нет, то это ИМС для аппаратуры специального назначения

П, КП – пластмассовый корпус

М, КМ – металлокерамический корпус

Б, КБ – в бескорпусном исполнении

КР – стеклокерамический

Группа классифицирует ИМС по конструктивно-технологическому признаку.

Группа плюс номер серии определяют полный номер серии ИМС. Для цифровых ИМС номер серии отражает схемотехнические особенности:

133, 155 – ТТЛ

533, 555, 1533, 530, 531, 1531 – ТТЛШ

564 – КМОП

100, 500, 1500 – ЭСЛ

6500 – Арсенид галлия

Функциональная группа определяет функциональное назначение ИМС. Она состоит из обозначения подгруппы и обозначения вида ИМС. Пример функциональной классификации ИМС приведен в таблице.

Подгруппа	Вид
Наименование	Обозн.	Назначение	Обозн.
Генераторы	Г	Гармонических сигналов	ГС
Прямоугольных сигналов	ГГ
Линейно изменяющихся сигналов	ГЛ
Сигналов специальной формы	ГФ
Шума	ГМ
Прочие	ГП
Детекторы	Д	Амплитудные	ДА
Импульсные	ДИ
Частотные	ДС
Фазовые	ДФ
Прочие	ДП
Ключи	К	Тока	КТ
Напряжения	КН
Прочие	КП
Логические элементы	Л	И-НЕ	ЛА
ИЛИ-НЕ	ЛЕ
И	ЛИ
ИЛИ	ЛЛ
НЕ	ЛН
И-ИЛИ	ЛС
И-ИЛИ-НЕ	ЛР
Расширители	ЛД
Прочие	ЛП

Х – Многофункциональные устройства

М – Модуляторы

Н – Наборы элементов

П – Преобразователи

Е – Схемы вторичных источников электропитания

Б – Схемы задержки

С – Схемы сравнения и селекции

Т – Триггеры

У – Усилители

Ф – Фильтры

А – Формирователи

Р – Запоминающие устройства

И – Арифметические устройства

Модификация определяет ряд специальных параметров:

Для корпусных микросхем – буква, определяющая разброс электрических параметров. (Например А, Б, и т.д.)

Для бескорпусных микросхем – цифра, характеризующая особенности конструктивного исполнения:

1 – с гибкими выводами

2 – с ленточными выводами

3 – с жесткими выводами

4 – на общей пластине

5 – разделенные без потери ориентации (например наклеенные на пленку)

6 – с контактными площадками на кристалле.

Примеры обозначений:

КР1533ЛА3 – ИМС общего применения в металлостеклянном корпусе, цифровая, схемотехника ТТЛШ, содержит элементы И-НЕ

133ЛА1А – ИМС специального применения, цифровая, схемотехника ТТЛ, с особым нормированием электрических параметров (буква «А» в конце обозначения)

К140УД1А – ИМС общего применения, усилитель дифференциальный, с особым нормированием электрических параметров

КБ524РП1А-4 – ИМС бескорпусная, запоминающее устройство, с особым нормированием электрических параметров, с выводами на общей пластине.

Обозначение ИМС по системе Pro Electron

Шаблон обозначения имеет вид:

х1 х2 х3 хххх х (х)

х1 – Тип преобразования сигнала в схеме:

S – цифровое

T – аналоговое

V – смешанное

х2 – Выбирается изготовителем, если схема не гибридная. Для ГИС обозначаются индексом H.

Для цифровых ИМС x1 и x2 отражают схемотехнические особенности (FA, FB, FC, FD, FE, FF, FJ, FI, FL, FQ, FT, FY, FZ, GA, GB, GD, GF, GM, GT, GX, GY, GZ, HB, HC), например:

FY - ЭСЛ-серия

FD, GD - МОП-схемы

FQ - ДТЛ-схемы

GA - маломощные ТТЛ-схемы

FL, GF -стандартные ТТЛ-схемы

GJ - быстродействующие ТТЛ-схемы

GM - маломощные с диодами Шотки ТТЛ-схемы

HВ - комплементарные МОП-схемы серии 4000 А

HС - комплементарные МОП-схемы серии 4500 В

х3 обозначает диапазон рабочих температур или, как исключение, другую важную характеристику:

А - температурный диапазон не нормирован

В - от 0 до +70°C

C - от -55 до +125°С

D - от -25 до +70°C

Е - от -25 до +85°С F - от -40 до +85°С G - от -55 до +85°C

хххх – серийный номер не менее чем из четырех цифр.

При двухбуквенном обозначении вариантов корпусов (после серийного номера) первая буква отражает конструкцию:

С - цилиндрический корпус

D - с двухрядным параллельным расположением выводов (DIP)

Е - мощный с двухрядным расположением выводов (с внешним теплоотводом)

F - плоский (с двусторонним расположением выводов)

G - плоский (с четырехсторонним расположением выводов)

К - корпус типа ТО-3

М - многорядный (больше четырех рядов)

Q - с четырехрядным параллельным расположением выводов

R - мощный с четырехрядным расположением выводов (с внешним теплоотводом)

S - с однорядным расположением выводов

Т - с трехрядным расположением выводов

Вторая буква показывает материал корпуса:

G - стеклокерамика

М - металл

Р - пластмасса

X – прочие

Обозначения корпусов с одной буквой:

С - цилиндрический

D - керамический

F - плоский

L - ленточный кристаллодержатель

Р - пластмассовый DIP

Q - с четырехрядным расположением выводов

Т - миниатюрный пластмассовый

U - бескорпусная ИМС

Пример:

TDA5630CT

Возможен вариант обозначения ИМС по шаблону:

хх х1 х2 хх х3 (Например 74HC00D, 74HC86D)

Дата добавления: 2015-10-30