ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ ПО ОДИНОЧНЫМ РАДИАЦИОННЫМ ЭФФЕКТАМ НА УСКОРИТЕЛЯХ ИОНОВ С ЭНЕРГИЯМИ БОЛЕЕ 100 МэВ/нуклон

Александр И. Чумаков, Дмитрий В. Бобровский, Армен В. Согоян, Анатолий А. Смолин

Аннотация


В работе проведен анализ особенностей оценки параметров чувствительности интегральных микросхем по одиночным радиационным эффектам (ОРЭ) на станции «ИСКРА», входящей в состав нуклотронного комплекса «NICA» ОИЯИ, г. Дубна. Отличительной особенностью этого комплекса является наличие ионов очень высоких энергий в диапазоне 150…500 МэВ/нуклон, что позволяет проводить облучение электронных изделий в атмосфере без проведения предварительных операций декапсулирования (удаления части корпуса над поверхностью кристалла). Однако при таких высоких энергиях значения линейных потерь энергии (ЛПЭ) даже для тяжелых ионов оказываются менее 30…40 МэВ.см2/мг. Поэтому для увеличения значений ЛПЭ возникает необходимость в применении ослабителя энергии. Из-за взаимодействия первичных ионов с материалами ослабителя энергии, конструкции корпуса и т.п. первичные ионы неравномерно теряют часть своей энергии, а также имеет место образование вторичных частиц, что, в конечном счете, приводит к размытому спектру ЛПЭ в активном слое исследуемого изделия. В работе представлены результаты численного моделирования изменений энергий, ЛПЭ и вклада вторичных частиц с помощью программ SRIM и Geant4. Показано, что влияние вторичных частиц проявляется в значительной степени в области малых значений ЛПЭ и на «хвосте» при практически полном поглощении первичных частиц. Предложен методический подход для оценки параметров чувствительности электронных изделий в диапазоне изменений ЛПЭ на станции «ИСКРА» за счет изменения толщины ослабителя. Показано, за счет рассеяния и ядерных реакций в величинах энергий ионов имеют место большие неопределенности при их торможении до значений менее 10…15 МэВ/нуклон.


Ключевые слова


нуклотронный комплекс «NICA», станция «ИСКРА», одиночные радиационные эффекты, ионы высоких энергий, ослабление энергии первичных ионов

Полный текст:

PDF

Литература


1. Чумаков А.И. Радиационные эффекты в интегральных схемах. Москва: Техносфера, 2024. – 382 с. ISBN 978-5-94836-7071-1. EDN: VWCAZX.
Chumakov A.I. Radiation effects in integrated circuits. Moscow: Tekhnosfera. 2024. 382 p. ISBN 978-5-94836-7071-1. EDN: VWCAZX (in Russian).

2. Petersen E., Single Event Effects in Aerospace, John Wiley & Sons, Inc., 2012. 520 p. ISBN 978-0-470-76749-8. EDN: YBMWTW.

3. Яковлева М.В. Методология обеспечения стойкости бортовой аппаратуры космических аппаратов к воздействию ионизирующего излучения космического пространства. Москва: НИЯУ МИФИ, 2017. – 380 с. ISBN 978-5-7262-2379-7.
Yakovlev M.V. Methodology for ensuring the resistance of the onboard equipment of spacecraft to the effects of ionizing radiation from space Moscow: MEPHI, 2017. 380 p. (in Russian).

4. Таперо К.И., Улимов В.Н., Членов А.М. Радиационные эффекты в кремниевых интегральных схемах космического применения. Москва: БИНОМ. Лаборатория знаний. 2012. – 304 с. ISBN 978-5-9963-06333-6. EDN: QMXICD.
Tapero K.I, Ulimov V.N., Chlenov A.M. Radiation Effects in Silicon Integrated Circuits for Space Applications Moscow: BINOM. Laboratoriya znaniy. 2012. 304 p. ISBN 978-5-9963-06333-6. EDN: QMXICD (in Russian).

5. Chumakov, A.I., Sogoyan, A.V. Yanenko, A.V. Limitations of Methods for Evaluating the Hardness of Microelectronic Devices to Single Event Effects on Ion Accelerators. Russ Microelectron 51, 16–23 (2022). DOI: https://doi.org/10.1134/S1063739722010048.

6. Зинченко В.Ф., Лаврентьев К.В., Улимов В.Н., Усейнов Р.Г., Алексеев Н.Н. Методические особенности проведения испытаний изделий электронной техники на устойчивость к эффектам одиночных событий в пучках тяжелых заряженных частиц ускорительного комплекса ТВН ИТЭФ. ВАНТ серия «Физика радиационного воздействия на РЭА», 2011, № 3, с. 5-10. EDN: OKAJIX.
Zinchenko V.F., Lavrentev K.V., Ulimov V.N., Useinov R.G., Alexeyev N.N. Methodical singularities of electronics tests to single event effects stability in heavy charged particles beams of accelerator complex TVN ITEP, VANT, seriya "Fizika radiatsionnogo vozdeystviya na REA", 2011, no. 3, pp. 5-10. EDN: OKAJIX.

7. Slivin, A., Agapov, A., Butenko, A. et al. Construction of Stations for Applied Research at the NICA Accelerator Complex. Phys. Part. Nuclei Lett. 19, 528-531 (2022). DOI: https://doi.org/10.1134/S1547477122050375.

8. Buchner S., Kanyogoro N., McMorrow D., Foster C.C., O'Neill P.M. and Nguyen K.V. Variable Depth Bragg Peak Method for Single Event Effects Testing. IEEE Transactions on Nuclear Science, v. 58, no. 6, pp. 2976-2982, Dec. 2011. DOI: https://doi.org/10.1109/TNS.2011.2170587.

9. JSC-HDBK-07-001. High Energy/LET Radiation EEE Parts Certification Handbook. Houston, TX: NASA Johnson Space Center, 2012. 27 p.

10. Hoeffgen S.K. et al. Investigations of Single Event Effects With Heavy Ions of Energies up to 1.5 GeV/n. IEEE Transactions on Nuclear Science, v. 59, no. 4, pp. 1161-1166, Aug. 2012. DOI: https://doi.org/10.1109/TNS.2012.2201502.

11. Waets A., Emriskova N. HEARTS@CERN: A very-high-energy, heavy ion test facility for space electronics. RADNEXT Webinar. CERN, 29 April 2025. URL: https://indico.cern.ch/event/1529084/contributions/6433099/attachments/3059065/5409019/RADNEXT_webinar_HEARTS@CERN.pdf (accessed: 06.06.2026).

12. Мухин К.Н. Экспериментальная ядерная физика. В 3 томах. Том 1. Физика атомного ядра. 7-е изд., стер. Санкт-Петербург: Издательство «Лань», 2009. – 384 с. ISBN 978-5-8114-0739-2.
Mukhin K.N. Experimental Nuclear Physics. In 3 v. V.1. Physics of the Atomic Nucleus. 7th ed., reprinted. St. Petersburg: Lan Publishing House, 2009. 384 p. ISBN 978-5-8114-0739-2 (in Russian).

13. Чумаков, А., Бобровский, Д., Согоян, А. (2024). Особенности оценки стойкости интегральных схем к воздействию ионов высоких энергий. Безопасность информационных технологий, 31(3), 148-156. DOI: http://dx.doi.org/10.26583/bit.2024.3.08.
Chumakov, A., Bobrovsky, D., Sogoyan, A. (2024). Some aspects of IC radiation hardness evaluation to the effects of high-energy ions. IT Security (Russia), 31(3), 148-156. DOI: http://dx.doi.org/10.26583/bit.2024.3.08 (in Russian).

14. Waets A. et al. Characterization of Fully Fragmented High-Energy Heavy-Ion Beams for SEE Testing Through Measurements and Simulations. IEEE Transactions on Nuclear Science, v. 72, no. 4, pp. 1123-1129, April 2025, DOI: http://doi.org/10.1109/TNS.2024.3492039.

15. Чумаков А.И. и др. Проблемы оценки стойкости корпусированных ИС при воздействии высокоэнергетичных ионов. ВАНТ. Серия «Физика радиационного воздействия на РЭА». 2024, № 3, c. 5-10. EDN: QMUOAB.
Chumakov A.I. et al. Estimation problems of see sensitivity in packaged ics under the influence of high-energy ions. Voprosi atomnoi nauki i tekhniki. Seriya: fizika radiatsionnogo vozdeistviya na radioelektronnuyu apparaturu. 2024, no. 3, pp. 5-10. EDN: QMUOAB (in Russian).

16. Guatelli S., Cutajar D., Oborn B., Rosenfeld A.B. Introduction to the Geant4 Simulation toolkit. AIP Conf. Proc. 5 May 2011; 1345 (1): 303–322. DOI: https://doi.org/10.1063/1.3576174.

17. Артамонов, А., Бойченко, Д., Каменева, А. (2024). Анализ возможности применения системы рентгеновского контроля для оценки массовой толщины корпусов интегральных схем. Безопасность информационных технологий, 31(4), 165-176. DOI: http://dx.doi.org/10.26583/bit.2024.4.12.
Artamonov, A., Boychenko, D., Kameneva, A. (2024). Feasibility Analysis of Using X-ray Inspection Systems for Assessing the Mass Thickness of Integrated Circuit Packages. IT Security (Russia), 31(4), 165-176. DOI: http://dx.doi.org/10.26583/bit.2024.4.12 (in Russian).




DOI: http://dx.doi.org/10.26583/bit.2026.4.05

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


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