МЕТОД АНАЛИТИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ЧАСТОТЫ ОДИНОЧНЫХ СБОЕВ ОТ ГАЛАКТИЧЕСКИХ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ В ЦИФРОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКЕ

Геннадий И. Зебрев, Александр С. Родин, Александр А. Матейко

Аннотация


Предложена физическая модель для аналитического расчёта частоты одиночных сбоев (Soft Error Rate, SER) в цифровых запоминающих устройствах под воздействием тяжёлых ионов на космических орбитах. Данный метод основан на параметрах, которые однозначно определяются по результатам наземных испытаний при нормальном падении ионов. Показано, что предварительное усреднение по полному телесному углу в рамках стандартной модели обратного косинуса позволяет учесть влияние изотропного потока, которое увеличивает эффективную частоту SER. Модель включает возможность оценки вклада в SER области спектра с низким значением линейной передачи энергии, что очень важно для современных интегральных схем с низкой устойчивостью к сбоям.

Ключевые слова


частота сбоев (SER) тяжелые ионы, сечения сбоев, одиночные сбои, линейная передача энергии, ЛПЭ спектр, критический заряд

Полный текст:

PDF

Литература


1. Petersen, E.L.; Koga, R.; Shoga, M.A.; Pickel, J.C., Price, W.E. The Single Event Revolution. IEEE Transactions on Nuclear Science, v. 60, no. 3, pp. 1824-1835, June 2013. DOI: https://doi.org/10.1109/TNS.2013.2248065.

2. Никифоров А.Ю., Горбунов М.С., Смолин А.А. и др. Эволюция радиационного поведения субмикроэлектронных устройств при снижении проектных норм и особенности развития инфраструктуры испытаний и исследований. Наноиндустрия. 2021, т. 14, № 5(108), с. 298–311. DOI: https://doi.org/10.22184/1993-8578.2021.14.5.298.310.
Nikiforov A.Yu., Gorbunov M.S., Smolin A.A., et al. Evolution of radiation effects in sub-microelectronic devices and test facilities. Nanoindustriya. 2021, v. 14, no. 5(108), pp. 298-311. DOI: https://doi.org/10.22184/1993-8578.2021.14.5.298.310 (in Russian).

3. Кузнецов Н.В., Косыгин В.И., Малышкин Ю.М., Ныммик Р.А., Панасюк М.И., Ужегов В.М., Яковлев М.В., Программный комплекс COSRAD для прогнозирования радиационных условий на борту космических аппаратов. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. 2011, № 2, с. 72-78. EDN: NVXNBX.
Kuznetsov N.V., Malyshkin Yu.M., Nikolaeva N.I., Nymmik R.A., Panasyuk M.I., Uzhegov V.M., Yakovlev M.V. software complex COSRAD for radiation environment forecasting onboard spacecrafts. Voprosy atomnoj nauki i tekhniki. Seriya: Fizika radiacionnogo vozdejstviya na radioelektronnuyu apparaturu. 2011, no. 2, pp. 72-78. EDN: NVXNBX.

4. Petersen, E.L. Single-Event Analysis and Prediction, IEEE NSREC Short Course Notes, 1997.

5. Согоян, А., Смолин, А., Чумаков, А. (2020). Оценка соответствия интегральных схем требованиям по стойкости к воздействию тяжелых заряженных частиц. Безопасность информационных технологий, 27(1), 68-82. DOI: https://doi.org/10.26583/bit.2020.1.06. EDN: TTXAFV.
Sogoyan, A., Smolin, A., Chumakov, A. (2020). Single event effects qualificatoin of integrated circuits. IT Security (Russia), 27(1), 68-82. DOI: https://doi.org/10.26583/bit.2020.1.06. EDN: TTXAFV (in Russian).

6. Sogoyan A.V., Chumakov A.I., and Smolin A.A. SEE rate estimation based on diffusion approximation of charge collection. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. 2018, v. 418, pp. 87-93. DOI: 10.1016/j.nimb.2018.01.001. EDN: XXMFQL.

7. Hansen D.L. et al. A Review of Single-Event Upset-Rate Calculation Methods. IEEE Transactions on Nuclear Science, v. 72, no. 4, pp. 1021-1030, April 2025. DOI: https://doi.org/10.1109/TNS.2024.3451312.

8. Dodd, P.E. et al. SEU-sensitive volumes in bulk and SOI SRAMs from first-principles calculations and experiments, IEEE Transactions on Nuclear Science, v. 48, no. 6, pp. 1893-1903, Dec. 2001. DOI: https://doi.org/10.1109/23.983148.

9. Zebrev, G.I.; Galimov, A.M. Compact Modeling and Simulation of Heavy Ion-Induced Soft Error Rate in Space Environment: Principles and Validation, IEEE Transactions on Nuclear Science, v. 64, no. 8, pp. 2129-2135, Aug. 2017. DOI: https://doi.org/10.1109/TNS.2017.2678685.

10. Zebrev, G.I., Samotaev, N.N., Useinov, R.G., Galimov, A.M., Emeliyanov, V.V., Sharapov, A.A., Kazyakin, D.A., Rodin, A.S. (2024). Proton- and Neutron-Induced SEU Cross-Section Modeling and Simulation: A Unified Analytical Approach. Radiation, 4(1), 37-49. DOI: https://doi.org/10.3390/radiation4010004.

11. Zebrev, G.I. et al., Statistics and methodology of multiple cell upset characterization under heavy ion irradiation. Nucl Instrum Methods Phys Res, Sect A, 2015, v. 775, pp. 41-45. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nima.2014.11.106.

12. Zebrev, G.I.; Ishutin, I.O.; Useinov, R.G.; Anashin, V.S. Methodology of Soft Error Rate Computation in Modern Microelectronics, IEEE Transactions on Nuclear Science, v. 57, no. 6, pp. 3725-3733, Dec. 2010. DOI: https://doi.org/10.1109/TNS.2010.2073487.

13. Petersen E. L. et al. Suggested Single Event Upset Figure of Merit. IEEE Transactions on Nuclear Science, v. 30, no. 6, pp. 4533-4539, Dec. 1983. DOI: https://doi.org/10.1109/TNS.1983.4333166.
14. Morris R., The Dilogarithm Function of a Real Argument, Mathematics of Computation, v. 33, 146, pp. 778-787, 1979. ISSN 0025-5718. DOI: https://doi.org/10.1090/S0025-5718-1979-0521291-X

15. Bradford J. N. Geometrical analysis of soft errors and oxide damage produced by heavy cosmic rays and alpha particles. IEEE Transactions on Nuclear Science, v. 27, p. 942, Feb. 1980. DOI: https://doi.org/10.1109/TNS.1980.4330955.

16. Tylka A. J., et al. CREME’96: a revision of the cosmic ray effects on microelectronics code. IEEE Transactions on Nuclear Science, NS-41, 2150 (1997). DOI: https://doi.org/10.1109/23.659030.

17. Pickel J. C. Single-Event Effects Rate Prediction. IEEE Transactions on Nuclear Science, v. 43, no. 2, 1996. DOI: https://doi.org/10.1109/23.490895.

18. Binder D. Analytic SEU rate calculation compared to space data. IEEE Transactions on Nuclear Science, v. 35, no. 6, pp. 1570-1572, Dec. 1988. DOI: https://doi.org/10.1109/23.25499.




DOI: http://dx.doi.org/10.26583/bit.2026.2.03

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


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