Радиационно-стойкая интегральная схема

Радиационно стойкая интегральная схема — интегральная схема, к которой предъявлены повышенные требования устойчивости к сбоям, вызванным воздействием радиации. Основная область применения подобных схем — это космические аппараты, военная техника и медицинская электроника.

Воздействие радиации на интегральные схемы

Высокоэнергетические частицы при торможении в материале корпуса электронного устройства порождают гамма-излучение, рентгеновское излучение и тяжёлые ионы. Эти частицы ионизируют структуры КМОП-транзисторов, в частности затвор и подзатворный оксид. В результате изменяются параметры транзисторов такие как: токи утечки, время нарастания и спада фронтов. Степень разрушения интегральной схемы увеличивается как по мере роста общей полученной дозы излучения, так и по мере роста интенсивности внешнего облучения.

Большая мгновенная доза радиации может вызвать импульс напряжения на шинах питания, что приводит: к случайным сбоям переключения (англ. Single Event Transient, SET), к защёлкиванию транзисторов (англ. latch-up), а также к повреждению проводников питания.

Нарастание тока утечки увеличивает рассеиваемую в выключенном состоянии транзистора мощность, что может приводить к перегреву и термическому разрушению транзистора.

Наиболее частые проблемы вызываются так называемыми случайными воздействиями (англ. Single Event Effects, SEE), которые происходят, когда интегральная схема облучается тяжёлыми частицами (космические лучи, протоны, электроны, альфа-частицы, термические нейтроны и т. д.). Проходя сквозь объём полупроводника, они оставляют за собой трек (шлейф) из свободных носителей заряда. Это приводит к генерации электронно-дырочных пар в подзатворном окисле обычных КМОП-схем.

Наиболее часто случайное воздействие приводит к одиночным сбоям (англ. Single-event Upset, SEU). Обычно такие события происходят в ячейках памяти или в статических триггерах при попадании в них ионов. Возникший при этом импульс тока переводит ячейку или триггер в противоположное состояние (это равнозначно программной команде «не», то есть побитовой инверсии). Обнаружив такое событие, его последствия легко устранить перезаписью неправильного состояния. Чем меньше размеры транзистора, тем меньше величина заряда, необходимого для переключения состояния схемы и тем больше вероятность возникновения одиночного сбоя. В результате существует фактор-ограничитель минимального размера транзисторов пригодных для работы в условиях радиации.

Другое следствие случайного воздействия — это защёлкивание транзисторов. Причина защелкивания транзисторов заключена в наличии в интегральных схемах построенных по КМОП-технологии паразитных структур из пар p-n-p и n-p-n транзисторов, которые вместе образуют схему близкую к тиристору. Большой потенциал, вызванный ионом, образует импульс тока, открывающий такой «тиристор», а это уже приводит к возникновению большого тока через структуры транзисторов, причём этот ток не уменьшается и после снятия высокого потенциала, вызванного ионом. В результате устройство перегревается и может полностью выйти из строя.

Повышение радиационной стойкости

Для повышения радиационной стойкости интегральных схем используется целый ряд мер на всех этапах конструирования: выбор схемотехнических решений, моделирование в САПР, изготовление, корпусирование.

Кремний на диэлектрике

Способ, получивший наибольшее распространение, — технология «кремний на диэлектрике» (англ. Silicon-on-insulator, SOI). Он заключается во введении в поверхность подложки слоя кислорода, который при нагревании формирует непрерывный слой оксида кремния толщиной примерно в 0,2 мкм. Этот слой является изолятором канала КМОП от подложки из кремния.

Такая конструктивная схема снижает токи утечки, паразитные ёмкости, и исключает образование «тиристоров».

Для космических и военных приложений требуется значительно повысить стойкость углубленного оксида, иначе индуцированный гамма-излучением заряд с течением времени попадает в оксид, а далее рекомбинирует на границу SiO2-Si изменяя пороговое напряжение транзистора. Для борьбы с этим явлением организуют возможность для стока заряда из области контакта окисла и кремния на шину заземления. Обратной стороной такого схемотехнического приёма является уменьшение полезной площади на 30%, поэтому в коммерческих приложениях не связанных с космической деятельностью этот приём не используют.

Себестоимость конечного устройства произведенного по технологическому процессу «кремний на диэлектрике» (англ. Silicon-on-insulator, SOI) может превышать в 5-10 раз себестоимость производства по обычной КМОП-технологии.

Резервирование

Метод основан на создании нескольких аналогичных устройств и выборе окончательного значения состояния устройства схемой голосования на основе значений на выходах этих устройств. Троирование[англ.] позволяет полностью ликвидировать последствия одиночных отказов. Излучение способно изменить состояние такой схемы только, когда страдает сразу несколько узлов одновременно. Однако такой подход ведёт к увеличению требуемой площади кристалла и увеличивает задержки и потребляемую энергетическую мощность.

Существуют более сложные схемотехники, которые не только предоставляют правильное значение, но и восстанавливают состояние пострадавших узлов, — для этого организуются обратные связи.

Задержки установления состояния

Триггеры иногда оснащают подсистемами, удерживающими его от переключения в течение времени рекомбинации сгенерированных вторгшимся ионом зарядов. Недостаток этого метода — сниженное быстродействие системы в целом.

Корректирующие коды

Помехозащищенное кодирование: биты чётности или корректирующие коды (англ. ECC) используются многими производителями для защиты больших объёмов памяти. Однако при воздействии на память относительно высокоэнергетических нейтронов возникают вторичные заряженные частицы, которые способны инициировать переключение сразу нескольких ячеек, в таких случаях контроль чётности уже не способен выявить ошибку.

Фильтрация по времени

Другой подход — сохранение нескольких состояний линии данных с некоторым интервалом и последующее голосование на основе сохранённых состояний. Если интервал сохранения больше, чем время воздействия заряженной частицы на интегральную схему, то такая организация хорошо защищает от одиночных воздействий. Однако данный метод чувствителен к сбоям на линии синхронизации, а также увеличивает площадь схемы узла примерно втрое.

См. также

Литература

Read other articles:

Koordinat: 31°10′N 83°26′W / 31.167°N 83.433°W / 31.167; -83.433 Cook County, GeorgiaCook County Courthouse in AdelLokasi di negara bagian GeorgiaLokasi negara bagian Georgia di Amerika SerikatDidirikan1918Asal namaPhilip CookSeatAdelKota terbesarAdelWilayah • Keseluruhan233 sq mi (603 km2) • Daratan227 sq mi (588 km2) • Perairan60 sq mi (155 km2), 2.6%Populasi • (2010)...

 

Danainae Tiga ekor kupu-kupu Danainae Klasifikasi ilmiah Kerajaan: Animalia Filum: Arthropoda Kelas: Insecta Ordo: Lepidoptera (tanpa takson): Rhopalocera Famili: Nymphalidae Subfamili: Danainae Puak Danaini Tellervini Ithomiini selebihnya, rujuk teks. Sinonim Danaidae Danainae merupakan sebuah subfamili kupu-kupu yang tergolong famili Nymphalidae[1]. Kupu-kupu dalam subfamili ini bertelur di atas tumbuhan-tumbuhan genus Asclepias yang dimakan oleh larvanya. Dahulunya, kelompok ini d...

 

Joakim Mæhle Informasi pribadiNama lengkap Joakim Mæhle PedersenTanggal lahir 20 Mei 1997 (umur 26)Tempat lahir Østervrå, DenmarkTinggi 186 cm (6 ft 1 in)Posisi bermain Bek sisiInformasi klubKlub saat ini AtalantaNomor 3Karier junior0000–2009 Østervrå IF2009–2016 AaBKarier senior*Tahun Tim Tampil (Gol)2016–2017 AaB 24 (1)2017–2021 Genk 105 (4)2021– Atalanta 27 (0)Tim nasional‡2017 Denmark U-20 1 (0)2017–2019 Denmark U-21 7 (2)2020– Denmark 21 (7) * P...

Location of Lycoming County in Pennsylvania This is a list of the National Register of Historic Places listings in Lycoming County, Pennsylvania. This is intended to be a complete list of the properties and districts on the National Register of Historic Places in Lycoming County, Pennsylvania, United States. The locations of National Register properties and districts for which the latitude and longitude coordinates are included below, may be seen in a map.[1] There are 21 properties ...

 

Vous lisez un « article de qualité » labellisé en 2010. Pour les articles homonymes, voir Gaïa (homonymie). « Car les métaphores sont plus que jamais nécessaires pour faire comprendre au plus grand nombre la véritable nature de la Terre et les périls mortels qui se profilent à l'horizon » — James Lovelock[1]. L'hypothèse Gaïa, appelée également hypothèse biogéochimique[2], est une hypothèse controversée, initialement avancée en 1970 par le climatolo...

 

Munisipalitas Bohinj Občina BohinjMunisipalitasLokasi di SloveniaNegara SloveniaIbu kotaBohinjska BistricaLuas • Total333,7 km2 (1,288 sq mi)Populasi (2013) • Total5.206 • Kepadatan1,6/km2 (4,0/sq mi)Kode ISO 3166-2SI-004Situs webhttp://www.bohinj.si/ Munisipalitas Bohinj (dibaca [ˈbɔːxin]; bahasa Slovenia: Občina Bohinj) adalah sebuah munisipalitas di kawasan Karniola Hulu, barat laut Slovenia. Kursinya adalah pe...

  لمعانٍ أخرى، طالع سلاح (توضيح). سلاحمعلومات عامةصنف فرعي من tool (en) adult product (en) [1] الاستعمال  القائمة ... هجوم ردع (علم العقاب) تجميع قتل تدمير صيد وسم weapon تُستخدَم بواسطة مقاتلصياد رمز نظام منسق 93[2] تعديل - تعديل مصدري - تعديل ويكي بيانات سلاح المسدس الشخصي. مظاهر...

 

This article does not cite any sources. Please help improve this article by adding citations to reliable sources. Unsourced material may be challenged and removed.Find sources: Weightlifting at the 1979 Pan American Games – news · newspapers · books · scholar · JSTOR (December 2015) (Learn how and when to remove this template message) International sporting eventWeightlifting at the 1979 Pan American Games«1975 1983» Men's events Event Gold Silver Br...

 

Voce principale: Trapani Calcio. Questa voce o sezione sull'argomento stagioni delle società calcistiche non è ancora formattata secondo gli standard. Contribuisci a migliorarla secondo le convenzioni di Wikipedia. Segui i suggerimenti del progetto di riferimento. Associazione Sportiva TrapaniStagione 1966-1967 Sport calcio Squadra Trapani Allenatore Eliseo Lodi Piero Andreoli Presidente Girolamo Marchello Serie C8º Miglior marcatoreCampionato: Nardi, Giugno (9) 1965-66 1967-68 ...

Stadium in Dominica For the football stadium in Northern Ireland, see Windsor Park. Windsor ParkGround informationLocationRoseau, DominicaEstablishment24 October 2007Capacity12,000OwnerCommonwealth of DominicaTenantsExodus FCWest Indies cricket teamDominica national football team Windward Islands cricket teamEnd namesRiver EndBotanical Gardens EndInternational informationFirst Test6–10 July 2011: West Indies v  IndiaLast Test12–14 July 2023: West Indies v  IndiaFirst O...

 

2010 single by Norah JonesYoung BloodSingle by Norah Jonesfrom the album The Fall ReleasedFebruary 16, 2010[1]Length3:38LabelBlue NoteSongwriter(s)Norah JonesProducer(s)Jacquire KingNorah Jones singles chronology Chasing Pirates (2009) Young Blood (2010) It's Gonna Be (2010) Music videoYoung Blood on YouTube Young Blood is the second single by American singer Norah Jones from her fourth album, The Fall.[2] It was released exclusively on February 16, 2010, for North America, Eu...

 

Main article: 1972 United States presidential election 1972 United States presidential election in North Carolina ← 1968 November 7, 1972 1976 →   Nominee Richard Nixon George McGovern Party Republican Democratic Home state California South Dakota Running mate Spiro Agnew Sargent Shriver Electoral vote 13 0 Popular vote 1,054,889 438,705 Percentage 69.46% 28.89% County results Congressional district results Nixon   50–60%   ...

「アプリケーション」はこの項目へ転送されています。英語の意味については「wikt:応用」、「wikt:application」をご覧ください。 この記事には複数の問題があります。改善やノートページでの議論にご協力ください。 出典がまったく示されていないか不十分です。内容に関する文献や情報源が必要です。(2018年4月) 古い情報を更新する必要があります。(2021年3月)出...

 

1932 film The Cabin in the CottonTheatrical release posterDirected byMichael CurtizScreenplay byPaul GreenBased onThe Cabin in the Cottonby Harry Harrison KrollProduced byHal B. WallisDarryl F. ZanuckJack L. WarnerStarringRichard BarthelmessDorothy JordanBette DavisCinematographyBarney McGillEdited byGeorge AmyMusic byLeo F. ForbsteinProductioncompanyFirst National PicturesDistributed byWarner Bros.Release date October 15, 1932 (1932-10-15) Running time78 minutesCountryUnited S...

 

French-speaking community of people For the colonial French America, see New France. This article needs additional citations for verification. Please help improve this article by adding citations to reliable sources. Unsourced material may be challenged and removed.Find sources: French America – news · newspapers · books · scholar · JSTOR (September 2014) (Learn how and when to remove this message) Location map of French America. French America (French...

ترجي قالمة الاسم الكامل الترجي الرياضي القالمي اللقب السرب الأسود [1] الاسم المختصر ESG تأسس عام 1924[2] الملعب ملعب سويداني بوجمعة قالمة، الجزائر(السعة: 30.000) البلد الجزائر  الدوري الرابطة ما بين الجهات لكرة القدم الطقم الأساسي الطقم الاحتياطي الطقم الثالث تعديل مصد...

 

British television presenter Not to be confused with Ranveer Singh. Ranvir SinghSingh in 2010Born (1977-08-11) 11 August 1977 (age 46)[1]Preston, Lancashire, EnglandAlma materLancaster University, University of Central LancashireOccupationsJournalisttelevision presenterYears active2002 – presentEmployerITVNotable credits BBC North West Tonight (2005–2012) Daybreak (2012–2014) Lorraine (2020–present) Good Morning Britain (2014–present) ITV News (2014–2020) St...

 

Federal prison in Victorville, California, USA For other uses, see Victorville. United States Penitentiary, VictorvilleLocationVictorville, CaliforniaCoordinates34°34′10.2″N 117°21′45.0″W / 34.569500°N 117.362500°W / 34.569500; -117.362500StatusOperationalSecurity classHigh-securityPopulation1,126 (September 2023)Opened2004Managed byFederal Bureau of PrisonsWardenFrancisco J. Quintana The United States Penitentiary, Victorville (USP Victorville) is a high-s...

American filmmaker and musician This article contains content that is written like an advertisement. Please help improve it by removing promotional content and inappropriate external links, and by adding encyclopedic content written from a neutral point of view. (February 2024) (Learn how and when to remove this message) Stefan AvalosBornUnited StatesNationalityAmericanOccupation(s)Film director, Writer, Producer Stefan Avalos is an American filmmaker, musician, and journalist, best known for...

 

Questa voce sull'argomento centri abitati dello stato di New York è solo un abbozzo. Contribuisci a migliorarla secondo le convenzioni di Wikipedia. Segui i suggerimenti del progetto di riferimento. Miller Placehamlet & CDP(EN) Miller Place, New York Miller Place – Veduta LocalizzazioneStato Stati Uniti Stato federato New York ConteaSuffolk TerritorioCoordinate40°56′48.12″N 72°59′35.16″W40°56′48.12″N, 72°59′35.16″W (Miller Place) Altitudine40 ...