eng
Выпуск #9/2018
Галимов Артур Маратович
Метод оценки частот сбоев коммерческих микросхем памяти от тяжелых заряженных частиц по экспериментальным данным испытаний на протонах
Метод оценки частот сбоев коммерческих микросхем памяти от тяжелых заряженных частиц по экспериментальным данным испытаний на протонах
Просмотры: 2690
Представлен метод пересчета частот сбоев от ионов к протонам и обратно с использованием компактной модели расчета. Приведены результаты сравнения расчетных значений с экспериментальными данными.
УДК 621.396.721, ББК 32.95
DOI: 10.22184/1993-8578.2018.82.284.285
УДК 621.396.721, ББК 32.95
DOI: 10.22184/1993-8578.2018.82.284.285
Теги: cots memory devices heavy ions protons soft error rates коммерческие интегральные микросхемы (имс) памяти протоны тяжелые заряженные частицы частоты сбоев
В связи с развитием микроэлектронных технологий появляются новые требования к производительности бортовой аппаратуры космических аппаратов (КА). Отечественная радиационно-стойкая компонентная база имеет высокие показатели надежности, однако зачастую не соответствует требованиям по быстродействию. В связи с этим в последнее время появилась тенденция использования в составе процессорных систем КА зарубежных компонентов коммерческого назначения (commercial off-the-shelf, COTS). Данные компоненты имеют достаточно высокие показатели по быстродействию, однако, как показывает практика, имеют высокую чувствительность к одиночным сбоям как от тяжелых заряженных частиц (ТЗЧ), так и от высокоэнергетичных протонов (ВЭП). В связи с усложнением доступа к кристаллу микросхемы актуальной задачей является разработка метода пересчета от сечения сбоев, полученных на протонных испытаниях, к сечениям сбоев от ТЗЧ.
Для решения данной задачи разработан специализированный Geant4-симулятор вторичных частиц, полученных в результате столкновения протонов с веществом микросхемы. Данный инструмент с помощью метода Монте-Карло рассчитывает дифференциальный ЛПЭ-спектр вторичных частиц для заданной энергии падающих ВЭП Eqn001.eps. Используя феноменологический подход к описанию одиночных событий, экспериментально полученное количество сбоев при энергии ВЭП ep можно представить в следующем виде:
Eqn003.eps,(1)
где Eqn004.eps — сечение сбоев от вторичных частиц.
В COTS-микросхемах памяти экспериментальная ситуация такова, что зависимость сечения сбоев от ЛПЭ-ионов оказывается линейной в надпороговом участке:
Eqn005.eps,(2)
где Kd и LC — линейные параметры аппроксимации экспериментальных данных. Причем параметр LC обычно составляет 0,5 ~ 1 МэВ см2/мг. Исходя из данной формы сечения для прямой ионизации становится возможным определить параметр Kd следующим образом:
Eqn010.eps,(3)
где Eqn011.eps — среднее ЛПЭ
Eqn012.eps.(4)
Результаты сравнения расчетных и экспериментальных значений Kd представлены на рис. 1.
Как видно из рис. 1, представленный подход достаточно хорошо согласуется с экспериментальными данными.
Для решения данной задачи разработан специализированный Geant4-симулятор вторичных частиц, полученных в результате столкновения протонов с веществом микросхемы. Данный инструмент с помощью метода Монте-Карло рассчитывает дифференциальный ЛПЭ-спектр вторичных частиц для заданной энергии падающих ВЭП Eqn001.eps. Используя феноменологический подход к описанию одиночных событий, экспериментально полученное количество сбоев при энергии ВЭП ep можно представить в следующем виде:
Eqn003.eps,(1)
где Eqn004.eps — сечение сбоев от вторичных частиц.
В COTS-микросхемах памяти экспериментальная ситуация такова, что зависимость сечения сбоев от ЛПЭ-ионов оказывается линейной в надпороговом участке:
Eqn005.eps,(2)
где Kd и LC — линейные параметры аппроксимации экспериментальных данных. Причем параметр LC обычно составляет 0,5 ~ 1 МэВ см2/мг. Исходя из данной формы сечения для прямой ионизации становится возможным определить параметр Kd следующим образом:
Eqn010.eps,(3)
где Eqn011.eps — среднее ЛПЭ
Eqn012.eps.(4)
Результаты сравнения расчетных и экспериментальных значений Kd представлены на рис. 1.
Как видно из рис. 1, представленный подход достаточно хорошо согласуется с экспериментальными данными.
Отзывы читателей
