Испытания электронных компонентов из лётных партий к дозовым эффектам для гарантии стойкости бортовой аппаратуры космических аппаратов
Автор: Зыков В.М., Максимов Ю.В., Максимов И.А., Кочура С.Г., Иванов В.В., Пацков А.В.
Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал @vestnik-sibsau
Рубрика: Авиационная и ракетно-космическая техника
Статья в выпуске: 4 т.16, 2015 года.
Бесплатный доступ
Рассмотрены основные результаты испытаний лётных партий электронных компонентов (ЭК) на дозовые эффекты длительного низкоинтенсивного воздействия ионизирующих излучений космического пространства. Используемый подход обеспечивает экспериментально-расчетную оценку проектного радиационного запаса компонента в аппаратуре на этапе комплектования бортовой аппаратуры космического аппарата. Испытательный комплекс для выборочных испытаний лётных партий ЭК включает в себя две гамма-установки панорамного типа с регулировкой мощности дозы гамма-излучения Со-60 в диапазоне от 0,1 до 0,01 рад/с, а также систему дозиметрии для калибровки поля гамма-излучения по поглощенной дозе в кремнии с неопределенностью не более 2,5 %. Результаты испытаний для биполярных компонентов российского производства показали, что радиационная стойкость компонентов в зависимости от мощности дозы может иметь различный характер, выражающийся как в увеличении, так и в снижении радиационной стойкости при уменьшении мощности дозы. Обнаружены эпизодические случаи неконтролируемых изменений в технологии производства компонентов, происходящие в течение времени менее года и приводящие к изменениям в радиационной стойкости по дозовым эффектам до порядка величины. При поглощенной дозе ниже 30 крад в биполярных ЭК эффект мощности дозы может проявляться исключительно в повышенной скорости восстановления параметров ЭК после облучения при высокой мощности дозы в процессе последующего отжига при комнатной или повышенной до 100 °С температуре. Установлено, что в условиях переменной во времени мощности дозы, моделирующей последствия мощной вспышки на Солнце, в ЭК биполярной технологии, которые характеризуются эффектом, противоположным эффекту ELDRS, наблюдается временный параметрический отказ. Обнаруженные дозовые эффекты предложено принимать во внимание при корректировке стандартных методов испытаний.
Бортовая аппаратура, космический аппарат, электронные компоненты, лётные партии, радиационное испытание
Короткий адрес: https://sciup.org/148177508
IDR: 148177508
Список литературы Испытания электронных компонентов из лётных партий к дозовым эффектам для гарантии стойкости бортовой аппаратуры космических аппаратов
- Poivey C. Radiation Hardness Assurance for Space Systems . URL: http://pacs.arizona. edu/files/S021306_Reference_Document_NSREC02_SC_ Poivey.pdf (дата обращения: 17.08.2015).
- Ladbury R. Statistical Techniques for Analyzing Process or “Similarity” Data in TID Hardness Assurance//IEEE Transactions on Nuclear Science. 2010. Vol. 57, No. 6. P. 3432-3437.
- Ladbury R., Gorelick J. L. McClure S. S. Statistical Model Selection for TID Hardness Assurance//IEEE Transactions on Nuclear Science. 2009. Vol. 56, No. 6. P. 3354-3360.
- Thermal-Stress Effects and Enhanced Low Dose Rate Sensitivity in Linear Bipolar ICs/M. R. Shaneyfelt //IEEE Transactions on nuclear science. 2000. Vol. 47, No. 6. P. 2539-2545.
- Effects of burn-in on radiation hardness/M. R. Shaneyfelt //IEEE Trans. Nucl. Sci. 1994. Vol. 41. P. 2550-2559.
- Harris R. D. TID Effects in Space-Like Variable Dose Rates/Jet Propulsion Laboratory California Institute of Technology Pasadena. California JPL Publication 08-17 4/0. P. 10.
- Analysis in the Context of Space Radiation Hardness Assurance of Low Dose Rate Results Obtained With the MIL and ESCC Test Methods/R. Marec //IEEE Transactions on Nuclear Science. 2014. Vol. 61, No. 5. P. 2755-2740.
- Максимов Ю. В., Зыков В. М. Оценка разброса стойкости электронных компонентов к дозовым эффектам от партии к партии и внутри партии на гамма-комплексе «Радиан»//Вопросы атомной науки и техники. Серия «Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру». 2014. Вып. 1. C. 69-71.
- ГОСТ Р ИСО 16269-6-2005. Статистические методы. Статистическое представление данных. Определение статистических толерантных интервалов.
- Флуктуации в уровне радиационной стойкости различных партий источника опорного напряжения ОСМ Н142ЕН19/С. А. Авдюшкин //Вопросы атомной науки и техники. Серия «Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру». Вып. 3. С. 22-24.
- Barnaby H. J. Total-ionizing-dose effects in modern CMOS technologies//IEEE Trans. Nucl. Sci. 2006. Vol. 53, No. 6. P. 3103-3121.
- Saks N. S., Brown D. B. Interface trap formation via the two-stage H+ process//IEEE Trans. Nucl. Sci. 1989. Vol. 36, No. 6. P. 1848-1857.
- Effects of hydrogen motion on interface trap formation and annealing/S. N. Rashkeev //IEEE Trans. Nucl. Sci. 2004. Vol. 51, No. 6. P. 3158-3165.
- Oldham T.R. Ionization Radiation Effects in MOS Oxides. Singapore: World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., 1999.
- Mechanisms of enhanced radiation-induced degradation due to excess molecular hydrogen in bipolar oxides/X. J. Chen //IEEE Trans. Nucl. Sci. 2007. Vol. 54, No. 6. P. 1913-1919.
- Modeling the dose rate response and the effects of hydrogen in bipolar technologies/X. J. Chen //IEEE Trans. Nucl. Sci. 2009. Vol. 56, No. 6. P. 3196-3202.
- Hjalmarson H. P., Pease R. L., B. Devine R. A. Calculations of radiation dose-rate sensitivity of bipolar transistors//IEEE Trans. Nucl. Sci. 2008. Vol. 55, No. 6. P. 3009-3015.
- A Quantitative Model for ELDRS and H2 Degradation Effects in Irradiated Oxides Based on First Principles Calculation/N. L. Rowsey //IEEE Trans. Nucl. Sci. 2011. Vol. 58, No. 6. P. 2937-2944.
- Physical model for enhanced interface-trap formation at low dose rates/S. N. Rashkeev //IEEE Trans. Nucl. Sci. 2002. Vol. 49, No. 6. P. 2650-2655.
- Defect interactions of H2 in SiO2: Implications for ELDRS and latent interface trap buildup/B. R. Tuttle //IEEE Trans. Nucl. Sci. 2010. Vol. 57, No. 6. P. 3046-3053.
- The Effects of Proton-Defect Interactions on Radiation-Induced Interface-Trap Formation and Annealing/D. R. Hughart //IEEE Trans. Nucl. Sci. 2012. Vol. 59, No. 6. P. 3087-3092.
- Mechanisms Separating Time-Dependent and True Dose-Rate Effects in Irradiated Bipolar Oxides/N. L. Rowsey //IEEE Trans. Nucl. Sci. 2012. Vol. 59, No. 6. P. 3069-3076.
- Dose rate effects in linear bipolar transistor/A. Johnston //IEEE Trans. Nucl. Sci. 2011. Vol. 58, No. 6. P. 2816-2823.
- Poivey C. Radiation Hardness Assurance for Space Systems Available at: http://pacs.arizona.edu/files/S021306_ Reference_Document_NSREC02_SC_Poivey.pdf (accessed 17.08.2015).
- Ladbury R. Statistical Techniques for Analyzing Process or “Similarity” Data in TID Hardness Assurance. IEEE Transactions on Nuclear Science, 2010, Vol. 57, No. 6, P. 3432-3437. Cited 1 times. doi: 10.1109/TNS. 2010.2086480.
- Ladbury R., Gorelick J. L, McClure S. S. Statistical Model Selection for TID Hardness Assurance. IEEE Transactions on Nuclear Science, 2009, Vol. 56, No. 6,
- P. 3354-3360. Cited 3 times. Doi: 2033691 DOI: 10.1109/TNS.2009
- Shaneyfelt M. R., Schwank J. R., Witczak S. C., Fleetwood D. M., Pease R. L., Winokur P. S., Riewe L. C., Hash G. L. Thermal-Stress Effects and Enhanced Low Dose Rate Sensitivity in Linear Bipolar ICs. IEEE Transactions on Nuclear Science, 2000, Vol. 47, No. 6,
- P. 2539-2545. Cited 46 times DOI: 10.1109/23.903805
- Shaneyfelt M. R., Fleetwood D. M., Schwank J. R., Meisenheimer T. L., Winokur P. S. Effects of burn-in on radiation hardness. IEEE Transactions on Nuclear Science, 1994, Vol. 41, P. 2550-2559. Cited 41 times. Doi:
- 10.1109/23.340615.
- Harris R. D. TID Effects in Space-Like Variable Dose Rates. Jet Propulsion Laboratory California Institute of Technology Pasadena, California JPL Publication, 2008, P. 10.
- Marec R., Carlotti J. F., Marin M., Calvel P., Barillot C., Mancini R., Sarno M., Mélotte M. and Cueto J. Analysis in the Context of Space Radiation Hardness Assurance of Low Dose Rate Results Obtained With the MIL and ESCC Test Methods. IEEE Transactions on Nuclear Science, 2014, Vol. 61, No. 5, P. 2755-2740. Cited 0 times DOI: 10.1109/TNS.2014.2352856
- Maksimov Yu. V., Zykov V. M. . Voprosy atomnoy nauki
- i tekhniki. Seriya: Fizika radiatsionnogo vozdeystviya na radioelektronnuyu apparaturu. 2014, No. 1, P. 69-71 (In Russ.).
- GOST R ISO 16269-6-2005. Statisticheskie metody. Statisticheskoe predstavlenie dannykh. Opredelenie statisticheskikh tolerantnykh intervalov . Moscow, Standartinform Publ., 2005. 28 p.
- Avdyushkin S. A., Maksimov I. A., Ivanov V. V., Kochura S. G., Kondyan S. S., Patskov A. V. . Voprosy atomnoy nauki i tekhniki. Seriya: Fizika radiatsionnogo vozdeystviya na radioelektronnuyu apparaturu. 2015,
- No. 3, P. 22-24 (In Russ.).
- Barnaby H. J. Total-ionizing-dose effects in modern CMOS technologies. IEEE Transactions on Nuclear Science, 2006, Vol. 53, No. 6, P. 3103-3121. Cited 110 times. Doi: DOI: 10.1109/TNS.2006.885952
- Saks N. S., Brown D. B. Interface trap formation via the two-stage H+ process. IEEE Transactions on Nuclear Science, 1989, Vol. 36, No. 6, P. 1848-1857. Cited 64 times. Doi: DOI: 10.1109/23.45378
- Rashkeev S. N., Fleetwood D. M., Schrimpf R. D., Pantelides S. T. Effects of hydrogen motion on interface trap formation and annealing. IEEE Transactions on Nuclear Science, 2004, Vol. 51, No. 6, P. 3158-3165. Cited 39 times. Doi: DOI: 10.1109/TNS.2004.839202
- Oldham T. R. Ionizatsionnye radiatsionnye effekty v MOP okside. . 1999, World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., Singapore, P. 188.
- Chen X. J., Barnaby H. J., Vermeire B., Holbert K., Wright D., Pease R. L., Dunham G., Platteter D. G., Seiler J., McClure S., Adell P. Mechanisms of enhanced radiation-induced degradation due to excess molecular hydrogen in bipolar oxides. IEEE Transactions on Nuclear Science, 2007, Vol. 54, No. 6, P. 1913-1919. Cited 35 times. Doi: DOI: 10.1109/TNS.2007.909708
- Chen X. J., Barnaby H. J., Adell P., Pease R. L., Vermeire B., Holbert K. E. Modeling the dose rate response and the effects of hydrogen in bipolar technologies. IEEE Transactions on Nuclear Science, 2009, Vol. 56, No. 6, P. 3196-3202. Cited 8 times. Doi: DOI: 10.1109/TNS.2009.2034154
- Hjalmarson H.P., Pease R. L., B. Devine R. A. Calculations of radiation dose-rate sensitivity of bipolar transistors. IEEE Transactions on Nuclear Science, 2008, Vol. 55, No. 6, P. 3009-3015. Cited 21 times. Doi: DOI: 10.1109/TNS.2008.2007487
- Rowsey N. L., Mark E. L, Ronald D. S., Daniel M. F., Blair R. T., Sokrates T. P. A Quantitative Model for ELDRS and H2 Degradation Effects in Irradiated Oxides Based on First Principles Calculations. IEEE Transactions on Nuclear Science, 2011, Vol. 58, No. 6, P. 2937-2944. Cited 7 times. Doi: 2169458 DOI: 10.1109/TNS.2011
- Rashkeev S. N., Cirba C. R., Fleetwood D. M., Schrimpf R. D., Witczak S. C., Michez A., Pantelides S. T. Physical model for enhanced interface-trap formation at low dose rates. IEEE Transactions on Nuclear Science, 2002, Vol. 49, No. 6, P. 2650-2655. Cited 71 times. Doi: DOI: 10.1109/TNS.2002.805387
- Tuttle B. R., Hughart D. R., Schrimpf R. D., Fleetwood D. M., Pantelides S. T. Defect interactions of H2 in SiO2: Implications for ELDRS and latent interface trap buildup. IEEE Transactions on Nuclear Science, 2010, Vol. 57, No. 6, P. 3046-3053. Cited 5 times. Doi: DOI: 10.1109/TNS.2010.2086076
- Hughart D. R., Schrimpf R. D., Fleetwood D. M., Rowsey N. L., Law M. E., Tuttle B. R., Pantelides S. T. The Effects of Proton-Defect Interactions on Radiation-Induced Interface-Trap Formation and Annealing. IEEE Transactions on Nuclear Science, 2012, Vol. 59, No. 6, P. 3087-3092. Cited 4 times. Doi: 2220982 DOI: 10.1109/TNS.2012
- Rowsey N. L., Law M. E., Schrimpf R. D., Fleetwood D. M., Tuttle B. R., Pantelides S. T. Mechanisms Separating Time-Dependent and True Dose-Rate Effects in Irradiated Bipolar Oxides. IEEE Transactions on Nuclear Science, 2012, Vol. 59, No. 6, P. 3069-3076. Cited 5 times. Doi: DOI: 10.1109/TNS.2012.2222669
- Johnston A., Swimm R., Harris R. D., Thorbourn D. Dose rate effects in linear bipolar transistor. IEEE Transactions on Nuclear Science, 2011, Vol. 58, No. 6, P. 2816-2823. Cited 4 times. Doi: 2168979 DOI: 10.1109/TNS.2011