МЕТОД ВЫЯВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ДЕГРАДАЦИИ В ЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТАХ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ИМПУЛЬСОВ НАПРЯЖЕНИЯ

Александр Н. Шемонаев, Юрий В. Парфенов, Константин А. Епифанцев, Борис А. Титов, Владимир М. Чепелев, Леонид Н. Кессаринский, Михаил Ю. Пончаков

Аннотация


Рассматривается метод оценки показателей стойкости современной электронной компонентой базы к воздействию электрических импульсов напряжения длительностью от нескольких десятков наносекунд до десятков микросекунд. Основой данного метода является выявление процессов деградации в электронных компонентах при воздействии последовательности импульсов напряжения. Результатом практической реализации этого метода является определение пороговой амплитуды электрического импульса, начиная с которой происходит изменение значений параметров-критериев годности изделия до их выхода за установленные нормы. Выявление таких процессов сигнализирует об образовании и накоплении скрытых дефектов в электронных компонентах в процессе воздействия последовательности импульсов напряжения. Метод направлен на повышение воспроизводимости получаемых результатов при оценке показателей стойкости образцов электронных компонентов из разных партий к воздействию импульсов напряжения, а также может быть использован для классификации электронных компонентов в соответствии с уровнями их стойкости. Описаны параметры проводимых экспериментов, способные повлиять на результаты определения порогов деградации, такие как частота следования импульсов напряжения и температура окружающей среды.

Ключевые слова


стойкость, катастрофический отказ, преднамеренные деструктивные электромагнитные воздействия, радиочастотные помехи, беспилотное транспортное средство, электронный компонент, интеллектуальная транспортная система, критическая информационная инфраструктура

Полный текст:

PDF

Литература


1. Шемонаев, Александр Н. и др. О результатах экспериментального исследования нарушения функционирования компонентов беспилотных транспортных средств от преднамеренных деструктивных электромагнитных воздействий. Безопасность информационных технологий, [S.l.], т. 32, № 1, с. 172-188, 2025. ISSN 2074-7136. DOI: http://dx.doi.org/10.26583/bit.2025.1.12.
Shemonaev, Aleksandr N. et al. The results of the study of intentional electromagnetic interference on disruption of the functioning of unmanned vehicles. IT Security (Russia), [S.l.], v. 32, no. 1, pp. 172-188, 2025. ISSN 2074-7136. DOI: http://dx.doi.org/10.26583/bit.2025.1.12 (in Russian).

2. Шемонаев, Александр Н. и др. Методический подход к оценке стойкости критических элементов инфраструктуры интеллектуальных транспортных систем к электромагнитным воздействиям большой мощности. Безопасность информационных технологий, [S.l.], т. 32, № 4, с. 52-64, 2025. ISSN 2074-7136. DOI: http://dx.doi.org/10.26583/bit.2025.4.04.
Shemonaev, Aleksandr N. et al. Methodological approach to assessing the immunity of critical elements in intelligent transportation systems infrastructure to high-power electromagnetic influences. IT Security (Russia), [S.l.], v. 32, no. 4, pp. 52-64, 2025. ISSN 2074-7136. DOI: http://dx.doi.org/10.26583/bit.2025.4.04 (in Russian).

3. Богданов В. и др. Электромагнитная угроза: от мифа-к реальности. Безопасность. Достоверность. Информация. 2010, № 89, с. 12-15. URL: https://r77.center-inform.ru/upload/iblock/965/965804d99dcb82ec9558659835680674.pdf (дата обращения: 25.12.2025).
Bogdanov V., et al. Electromagnetic threat: from myth to reality. Bezopasnost. Dostovernost. Informatsiya. 2010, no. 89, pp. 12-15. URL: https://r77.center-inform.ru/upload/iblock/965/965804d99dcb82ec9558659835680674.pdf (accessed: 25.12.2025) (in Russian).

4. Кессаринский, Леонид Н.; Никифоров, Александр Ю. Подход к заданию общих требований к доверенной электронной компонентной базе для регулируемого рынка критической информационной инфраструктуры в вопросах и ответах. Безопасность информационных технологий, [S.l.], т. 32, № 1, с. 8-16, 2025. ISSN 2074-7136. URL: https://bit.spels.ru/index.php/bit/article/view/1761/1457 (дата обращения: 25.12.2025).
Kessarinskiy, Leonid N.; Nikiforov, Alexander Yu. An approach to setting general requirements for a trusted electronic component a base for a regulated market of critical information infrastructure in questions and answers. IT Security (Russia), [S.l.], v. 32, no. 1, pp. 8-16, 2025. ISSN 2074-7136. URL: https://bit.spels.ru/index.php/bit/article/view/1761/1457 (accessed: 25.12.2025) (in Russian).

5. Кессаринский Л.Н., Никифоров А.Ю., Дураковский А.П. Система стандартизации доверенной активной электронной компонентной базы для Пак КИИ: первые результаты и ближайшие планы. Методы и технические средства обеспечения безопасности информации. 2024, № 33, c. 143-145. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=69162905 (дата обращения: 25.12.2025).
Kessarinskiy L.N., Nikiforov A.Yu., Durakovsky A.P. System of standardization of trusted active electronic components for Industrial Control Systems: first results and near-term plans. Metody i tekhnicheskie sredstva obespecheniya bezopasnosti informatsii. 2024, no. 33, pp. 143-145. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=69162905 (accessed: 25.12.2025) (in Russian).

6. Белоус А.И., Ушеренко Ю.С. Защита от электромагнитных излучений: материалы, технологии, конструкции. Москва; Вологда: Инфра-Инженерия, 2026. 424 с.
Belous A.I., Ushierenko Yu.S. Protection against Electromagnetic Radiation: Materials, Technologies, Designs. Moscow; Vologda: Infra-Engineering, 2026. 424 p. (in Russian).

7. Min S.-H. et al. Analysis of Electromagnetic Pulse Effects Under High-Power Microwave Sources. IEEE Access, v. 9, pp. 136775-136791, 2021. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3117395.

8. Ефремов А.М., Кошелев В.И., Плиско В.В., Севостьянов Е.А. Мощный источник сверхширокополосных импульсов синтезированного излучения. Приборы и техника эксперимента. 2019, № 1, с. 36-45. DOI: http://dx.doi.org/10.1134/S003281621806006X.
Efremov A.M., Koshelev V.I., Plisko V.V., Sevostyanov E.A. A High-Power Source of Ultrawideband Pulses of Synthesized Radiation. Instruments and Experimental Techniques. 2019, v. 62, no. 1, pp. 33-41. DOI 10.1134/S0020441218060052.

9. Trock H. and Janicek A. High Power Microwave Antennas: Beam Steering from a Directed Energy Perspectiv. 19th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP), Stockholm, Sweden. 2025, pp. 1-4. DOI: http://dx.doi.org/10.23919/EuCAP63536.2025.10999759.

10. Huang L. et al. A Compact Gigawatt Pulsed Power Generator for High-Power Microwave Application. IEEE Transactions on Electron Devices, v. 70, no. 7, pp. 3885-3891, July 2023. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/TED.2023.3279811.

11. Mao Q., Huang L., Xiang Z. and Meng J. Repetitive High-Power Microwave Pulses Induced Failure on a GaAs HBT LNA. IEEE Transactions on Plasma Science, v. 51, no. 2, pp. 399-406, Feb. 2023. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/TPS.2023.3237850.

12. Усыченко В.Г., Сорокин Л.Н. Стойкость сверхвысокочастотных радиоприемных устройств к электромагнитным воздействиям. Москва: Радиотехника, 2017. – 288 с.
Usychchenko, V.G., Sorokin, L.N. Robustness (Immunity) of Microwave Radio Receiving Devices to Electromagnetic Impacts. Moscow: Radio Engineering Publishing House. 2017. 288 p. (in Russian).

13. Козлов А.Н. Анализ деградационного воздействия СВЧ-излучения на элементы и устройства вычислительной техники и систем управления объектами авиационно-космической техники. Рязань: Вестник РГРТУ. 2007, вып. 21. с. 89-93.URL: https://rsreu.ru/component/docman/doc_download/790-a-n-kozlov-analiz-degradatsionnogo-vozdejstviya-svch-izlucheniya-na-elementy-i-ustrojstva-vychislitelnoj-tekhniki-i-sistem-upravleniya-ob-ektami-aviatsionno-kosmicheskoj-tekhniki-s-89-93 (дата обращения: 25.12.2025).
Kozlov, A.N. (2007). Analiz degradatsionnogo vozdeistviya SVCh-izlucheniya na elementy i ustroistva vychislitel'noi tekhniki i sistem upravleniya ob"ektami aviatsionno-kosmicheskoi tekhniki [Analysis of the degradation impact of microwave radiation on elements and devices of computer technology and control systems for aerospace equipment objects]. Vestnik RGRTU, 21, s. 89-93. URL: https://rsreu.ru/component/docman/doc_download/790-a-n-kozlov-analiz-degradatsionnogo-vozdejstviya-svch-izlucheniya-na-elementy-i-ustrojstva-vychislitelnoj-tekhniki-i-sistem-upravleniya-ob-ektami-aviatsionno-kosmicheskoj-tekhniki-s-89-93 (accessed: 25.12.2025) (in Russian).

14. Макаренко С.И. Противодействие беспилотным летательным аппаратам. Монография. Санкт-Петербург: Наукоемкие технологии, 2020. – 204 с. ISBN 978-5-6044793-6-0. URL: https://publishing.intelgr.com/archive/Makarenko-Protivodeystvie-BPLA.pdf (дата обращения: 25.12.2025).
Makarenko, S.I. Counteraction to Unmanned Aerial Vehicles (Monograph). St. Petersburg: Naukoemkie Tekhnologii. 2020. 204 p. ISBN 978-5-6044793-6-0. URL: https://publishing.intelgr.com/archive/Makarenko-Protivodeystvie-BPLA.pdf (accessed: 25.12.2025) (in Russian).

15. Giri D.V., Sabath F., Hoad R. High-power electromagnetic effects on electronic systems. Artech House, 2020. URL: https://api.pageplace.de/preview/DT0400.9781630815899_A49539171/preview-9781630815899_A49539171.pdf (accessed: 25.12.2025).

16. Лебедев Е.Ф., Осташев В.Е., Ульянов А.В. Устройства генерирования сверхширокополосных излучений радиочастотного диапазона с генераторами возбуждения полупроводникового типа. Вестник Концерна ВКО «Алмаз – Антей». 2018, № 1(24), c. 35-42. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=36310013 (дата обращения: 25.12.2025).
Lebedev E.F., Ostashev V.E., Ulyanov A.V. Means for generating ultra-wideb and radio-frequency emissions with semiconductor field generators. Vestnik Koncerna VKO Almaz-Antej. 2018, no. 1(24), pp. 35-42. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=36310013 (accessed: 25.12.2025) (in Russian).

17. Осташев В.Е., Ульянов А.В., Федоров В.М. Эффективность преобразования энергии в излучателе сверхширокополосных импульсов. Радиотехника и электроника. 2020, т. 65, № 3, с. 234-239. DOI: http://dx.doi.org/10.31857/S0033849420030134.
Ostashev V.E., Ul'yanov A.V., Fedorov V M. Energy Conversion Efficiency in an Ultrawideband Pulse Emitter. Journal of Communications Technology and Electronics. 2020, v. 65, no. 3, pp. 234-239. DOI: http://dx.doi.org/10.1134/S1064226920030134.

18. Осташев В.Е., Ульянов А.В.. Параметры угрозы частотно-импульсного воздействия излучения. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2019, № 2. DOI: http://dx.doi.org/10.30898/1684-1719.2019.2.13.

19. Ostashev V.E., Ulianov A.V. Parameters of the threat of pulse-frequency radiation exposure. Zhurnal Radioelektroniki – Journal of Radio Electronics. 2019, no. 2. DOI: http://dx.doi.org/10.30898/1684-1719.2019.2.13 (in Russian).

20. Weber T., Krzikalla R. and ter Haseborg J.L. Linear and Nonlinear Filters Suppressing UWB Pulses. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. V. 46, no. 3, August 2004. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/TEMC.2004.831887.

21. Zhang Jun, Jiang Yannan, Zhang Yaohui, et al. Nanosecond pulse response of typical voltage-clamping surge protective devices[J]. High Power Laser and Particle Beams. 2016, 28: 125003. DOI: http://dx.doi.org/10.11884/HPLPB201628.160167.

22. Staikos E.T., Hadjicostas A.Y., Peppas G.D. and Tsovilis T.E. Coordination of varistors with transient voltage suppression diodes in automotive DC systems. IEEE Transactions on Vehicular Technology, v. 73, no. 1,
pp. 450-462, Jan. 2024. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/TVT.2023.3300904.

23. Рикетс Л.У., Бриджес Дж., Майлетта Дж. Электромагнитный импульс и методы защиты. Перевод с англ. Москва: Атомиздат, 1979. – 327 с.
Ricketts L.W., Bridges I.E., Miletta J. Electromagnitnyi impul's i metody zashchity [EMP radiation and protective technigues]. (Trans. from English). Moscow: Atomizdat. 1979. 327 p. (in Russian).

24. Wunch D.C., Marzitelli L., Semiconductor and Nonsemiconductor Damage Study, Braddock, Dunn and McDonald, Inc., April 1, 1969. URL: https://archive.org/details/DTIC_AD0745926/mode/2up (accessed: 25.12.2025).

25. Wunsch D.C. and Bell R.R. Determination of Threshold Failure Levels of Semiconductor Diodes and Transistors Due to Pulse Voltages. IEEE Transactions on Nuclear Science, v. 15, no. 6, pp. 244-259, Dec. 1968, DOI: http://dx.doi.org/10.1109/TNS.1968.4325054.

26. Miao, Meng. Design and Simulation of Device Failure Models for Electrostatic Discharge (ESD) Event (2017). Electronic Theses and Dissertations. 5388. URL: https://stars.library.ucf.edu/etd/5388 (accessed: 25.12.2025).

27. Diatta M., Tremouilles D., Bouyssou E., Perdreau R., Anceau C. and Bafleur M. Understanding the Failure Mechanisms of Protection Diodes During System Level ESD: Toward Repetitive Stresses Robustness. IEEE Transactions on Electron Devices, v. 59, no. 1, pp. 108-113, Jan. 2012. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/TED.2011.2173576.

28. Pan Z., Holland S., Schroeder D. and Krautschneider W.H. Understanding the Mechanisms of Degradation and Failure Observed in ESD Protection Devices Under System-Level Tests. IEEE Transactions on Device and Materials Reliability, v. 10, no. 2, pp. 187-191, June 2010. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/TDMR.2009.2039573.

29. Groos G., Helmut D., Wachutka G. The Latent Failure Issue Seen from the Other Side: Normal Operation after ESD Induced Degeneration of Devices and Systems. 40th Electrical Overstress/Electrostatic Discharge Symposium (EOS/ESD). Reno, NV, USA, 2018, pp. 1-10. DOI: http://dx.doi.org/10.23919/EOS/ESD.2018.8509758.

30. Greason W.D., Kucerovsky Z., Chum K.W.K. Latent effects due to ESD in CMOS integrated circuits: Review and experiments. IEEE transactions on industry applications, v. 29, no. 1, pp. 88-97, Jan.-Feb. 1993. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/28.195893.

31. Wu J., Juliano P., Rosenbaum E. Breakdown and latent damage of ultra-thin gate oxides under ESD stress conditions. Electrical Overstress/Electrostatic Discharge Symposium Proceedings 2000 (IEEE Cat. No.00TH8476), Anaheim, CA, USA, 2000, pp. 287-295. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/EOSESD.2000.890088.

32. Laasch I., Ritter H.-M. and Werner A. Latent damage due to multiple ESD discharges. 31st EOS/ESD Symposium, Anaheim, CA, USA, 2009, pp. 1-6. URL: https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/5340110 (accessed: 25.12.2025).

33. Reiner J.C., Keller T., Jaggi H. and Mira S. Impact of ESD-induced soft drain junction damage on CMOS product lifetime. Proceedings of the 2001 8th International Symposium on the Physical and Failure Analysis of Integrated Circuits. IPFA 2001 (Cat. No.01TH8548), Singapore, 2001, pp. 77-78. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/IPFA.2001.941459.

34. Maghlakelidze G. System efficient ESD design concept for soft failures. Missouri University of Science and Technology, 2020. URL: https://scholarsmine.mst.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=4047&context=doctoral_dissertations (accessed: 25.12.2025).

35. Wang A. Practical ESD Protection Design. John Wiley & Sons, 2022. URL: https://ieeexplore.ieee.org/servlet/opac?bknumber=9646315 (accessed: 25.12.2025).

36. Vora S.G. Investigation of system-level ESD-induced failures: dis. – University of Illinois at Urbana-Champaign, 2020. URL: https://www.ideals.illinois.edu/items/117036 (accessed: 25.12.2025).

37. Voldman S.H. ESD: design and synthesis. The ESD Handbook , Wiley, 2021, pp. 281-362. DOI: 10.1002/9781119233091.ch8.
38. Liu T. et al. Comprehensive reliability and aging analysis on SRAMs within microprocessor systems. Microelectronics Reliability. 2015, v. 55, no. 9–10, pp. 1290-1296. DOI: https://doi.org/10.1016/j.microrel.2015.06.078.




DOI: http://dx.doi.org/10.26583/bit.2026.1.14

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.