Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2013, № 6 · RADIO ENGINEERING

Повреждения интегральных микросхем в полях радиоизлучения

I.A. Pirogov1, A.V. Solodov2

1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Russia
2 Московский радиотехнический институт Российской академии наук, Russia
Full text (PDF) EDN QJCEJT

Abstract

The possible mechanisms causing degradation and catastrophic failures of microcircuits in electromagnetic fields of powerful RF pulses are considered. Results of experimental researches and the damage mechanism models are analyzed for the modern integral microcircuits under influence of RF pulses.

  • degradation
  • damage
Аннотация (на русском)

Повреждения интегральных микросхем в полях радиоизлучения

Рассмотрены возможные механизмы, вызывающие деградацию и катастрофические отказы микросхем в полях мощного радиоизлучения. Проанализированы результаты экспериментальных исследований и модели, используемые для анализа механизмов повреждения современных интегральных микросхем при воздействии радиоизлучения.

For citation

Pirogov I.A., Solodov A.V. Повреждения интегральных микросхем в полях радиоизлучения // Journal of Radio Electronics. – 2013. – No. 6.

References

  1. Antinone R.J. Young P.A., Wilson D.D., and et al. Electrical overstress protection for electronic devices. - Noyes Publications, 1986. - 394 p.
  2. Messenger G.C., Ash M. S. The Effects of radiation on Electronic System's. - Van Nostrad, Reinhold Co. N.-Y. 1986. - 264 p.
  3. Риккетс Л.У., Бриджес Дж. Э., Майлетта Дж. Электромагнитный импульс и методы защиты. - М., Атомиздат, 1979. - 328 с.
  4. Antinone R.J. A Review of the Phenomenology of High Power Microwave Effects on Electronic Components. // International Symposium on Electromagnetic Environments and Consequence, 17-21 Jan 1994: proc. - Bordeaux, 1994. - pp. 344-350.
  5. Korte S., Garbe H. Breakdown behavior of electronics at variable pulse repetition rates. // Adv. Radio Science, 2006, N 4, pp. 7-10.
  6. Ключник А.В., Пирогов Ю.А., Солодов А.В. Методические аспекты исследования стойкости интегральных микросхем в электромагнитных полях импульсного радиоизлучения. // Журнал радиоэлектроники, 2010, №8, с. 1-27.
  7. Taylor C.D., Harrison C.W. On the coupling of microwave radiation to wire structures // IEEE Trans., 1992, vol. EMC-34, N 3, pp. 183-188.
  8. Шеин А.Г., Григорьев E.B., Старостенко B.B. Влияние ориентации электромагнитного поля при воздействии на интегральные микросхемы // Электронная техника. Сер. Упр. кач-вом., 1992, Вып. 2(149), c.16-18.
  9. Дементьев Ю.В, Каплун В.Г, Кучеров Ю.С, Сытник А.Ф. Влияние длины волны внешнего СВЧ излучения на стойкость элементной базы радиоэлектронной аппаратуры // Радиотехника, 1996, №2, c.125-126.
  10. Бригидин А.М., Титович Н.А., Кириллов В.М. и др. Влияние электромагнитных помех на работоспособность полупроводниковых приборов и интегральных схем // Электронная техника. Сер. Упр. качеством, стандартизация, метрология, испытания, 1992, вып.1 (148), c. 3-12.
  11. Антипин В.В., Годовицын В.А., Громов Д.В., Кожевников А.О., Раваев А.А. Влияние мощных импульсных микроволновых помех на полупроводниковые приборы и интегральные микросхемы // Зарубежная радиоэлектроника, 1995, №1, с. 37-52. =4
  12. Баранов И.А., Обрезан О.И., Ропий A.M. Стойкость твердотельных модулей СВЧ к кратковременным электроперегрузкам // Обзоры по электронной технике. Сер. 1. СВЧ-техника. 1997. - 111с.
  13. Ключник А.В., Пирогов Ю.А., Солодов А.В. Обратимые отказы интегральных микросхем в полях радиоизлучения // журнал Радиоэлектроники, 2013, №1, с. 1-24.
  14. Прогнозирование надежности полупроводниковых лавинных диодов /Конакова Р.В., Кордош П., Тхорик Ю.А. и др. - Киев.: Наука думка. 1986. -168с.
  15. Орешкин П.Т., Рыжков С.В. Барьерный слой как резонатор при поверхностно-барьерной неустойчивости // ФТП, 1984, т.18, №6, с.1102-1105.
  16. Baliga В.J., Ehle R., Sears A. et al. Breakdown stability of gold, aluminum and tungsten Schottky barriers on gallium arsenide // IEEE Electron Devices Letters, 1982, v.EDL-3, N 7, pp.177-179.
  17. Katsukawa K., Taheuchi T., Tokunaga K., Nagasako I. Failure analysis and reliability for X-band power GaAs FET //NEC Research and Development, 1983, N71, pp.82-87.
  18. Dumas J.M., Paugam J., Le Mouellic C., Boulaire J.Y. Long term degradation of GaAs power MESFET's induced by surface effects // In.:21th Ann.Proc.Reliab.Phys., Phoenix, Arizona, 1983, pp.226-228.
  19. Акулова Г. В., Корнилова Т. А. Исследование дефектов в арсениде галлия, вводимых при термокомпрессии // Электронная техника, Сер. 3, Микроэлектроника, 1980, вып.1, с. 61-64
  20. Sasagawa K., Kazushi N. Masumi S., Hiroyuki A. A method to predict electromigration failure of metal lines // Jour., Appl. Phys., 1999, vol.86, №11, pp. 6043- 6051.
  21. Валиев К. А., Гольдштейн Р. В., Житников Ю. В. и др. Теория и моделирование разрушения тонкопленочных проводников, и долговечность металлизации интегральных микросхем. Часть I. Общая теория переноса вакансий, генерации механических напряжений и зарождения микрополостей при электромиграции. Деградация и разрушение многоуровневой металлизации //Микроэлектроника, 2009, т. 38, № 6, с. 404-427. Часть II. Деградация и объемное разрушение поликристаллической проводящей линии // Микроэлектроника, 2010, т. 39, № 3, с. 163-176.
  22. Абдуллаев Г. В., Джафаров Т. Д. Атомная диффузия в полупроводниковых структурах. - М.: Атомиздат, 1980. - 280 с.
  23. Физические основы надежности интегральных схем. / Сыноров В.Ф., Пивоваров Р.П., Петров Б.К., Долматов Т.В. / Под ред. Ю.Г. Миллер. - М.: Сов. Радио, 1976. - 320 с.
  24. Горлов М.И., Строганов А.В. Геронтология интегральных схем. Долговечность алюминиевой металлизации // Петербургский журнал электроники, 1997, №1, c.27-37
  25. Басс Ф.И., Гуревич Ю.Г. Горячие электроны и сильные электромагнитные волны в плазме полупроводников и газового разряда. - М.: Наука, Гл.ред. физ.-мат. Литературы, 1975. - 400с.
  26. Ульев М.А. Эффекты горячих электронов в МОП- транзисторах // Обзоры по электронной технике. Серия 2 Полупроводниковые приборы, 1989, вып. 2(1431), 57c.
  27. Синищук П.К., Чайка Г.Е., Шишияну Ф.С. Радиационно-стимулированная диффузия атомов в контакте металл-полупроводник // ФТП, 1985, т.19, вып.4, с. 674-677.
  28. Абдурахимов Д.Е. и др. Изменение свойств полупроводниковых материалов в результате воздействия СВЧ импульсов наносекундной и микросекундной длительности // МЭ, 1991, т.20, вып.1, с.21-25.
  29. Абдурахимов Д.Е. Бочикашвили П.Н., Калинушкин В.Д. и др. Воздействие электромагнитных СВЧ импульсов на структуру примесных неоднородностей в кристаллах кремния и характеристики полупроводниковых приборов // МЭ, 1992, т.21, вып.1, с.82-89.
  30. Kryshtab T.G., Lytvin P.M., Masin M.A., Prokorenko I.v. // Metal Phys. and Technol., 1997, vol.19, N3, рp.71-77.
  31. Беляев А.А., Беляев А.Е., Ермолович И.Б. и др. Влияние сверхвысокочастотной обработки на электрофизические характеристики технически важных полупроводников и поверхностно-барьерных структур // ЖТФ, 1998, т.68, №12, с.49-53.
  32. Винник Е.В. и др. Использование мощного СВЧ излучения для быстрого отжига GaAs // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника. 1989, №15, с.48-50.
  33. Конева Н.А. Козлов Э.В. Природа субструктурного упрочнения // Изв.вузов. Физика, 1982. №8, c.3-14.
  34. Ржанов А.В. и др. СВЧ нагрев как метод термообработки полупроводников // Письма в ЖТФ, 1981, т.7, вып.20, с.1221-1223.
  35. Диденко А.Н. Козлов Э.В. Шаркеев Ю.П. и др. Дефектная структура меди после воздействия мощного импульсного электромагнитного излучения СВЧ-диапазона. // Докл. РАН, 1994, т.346, №5, c.918-926.
  36. Терехов В.А., Манько А.Н., Бормонтов Е.Н. и др. Влияние сверхкоротких импульсов электромагнитного излучения на параметры структур металл-диэлектрик-полупроводник // ФТП, 2004, т. 38, вып. 12, с.1435-1438.
  37. Brown W.D. Semiconductor device degradation by high amplitude pulses // IEEE Trans., 1972, v.NS-19, N6, pp.68-75.
  38. Пентюш Э.В., Фонав Э.А, Эглитис В.Я. Развитие деградации кремниевых переходов при многократном образовании вторичного пробоя // Изв. АН ЛатвССР. Сер. физ. и техн. наук, 1978, № 6, с. 41-44.
  39. Antinone R., Ng W.G. HPM testing of electronic components // Technical report UCID-21687, Lawrence Livermore national Laboratory, Livermore, CA.
  40. Taylor C.D., Younan N.H. Effects from High Power Microwave Illumination // Microwave journal, 1992, vol.35, N6, pp.80, 82, 84, 86, 88, 93-96.
  41. Garver R.V., Tatum J.T. Assessment Methodology for radio frequency effects // IEEE National Symposium on electromagnetic compatibility, 1989, рр.137 -142.
  42. Магда И.И., Блудов С.Б., Гадецкий Н.П. и др. Механизмы деградации ИЭТ в полях мощного СВЧ излучения // Петербург. жур. Электроники, 1995, №3, c. 56-59.
  43. Старостенко В.В., Таран Е.П., Григорьев Е.В., Борисов А.А. Воздействие электромагнитных поле на интегральные микросхемы // Измерительная техника, 1998, №4, c. 65-67.
  44. Ключник А.В., Пирогов Ю.А., Солодов А.В. Исследование стойкости интегральных микросхем в электромагнитных полях импульсного радиоизлучения // РиЭ, 2011, т. 56, № 3, с.375-378. Klyuchnik A.V., Pirogov Yu.A., Solodov A.V. Investigation of the IC Resistance to Pulsed Electromagnetic Radiation // Journal of Communications Technology and Electronics, 2011, Vol. 56, N. 3, pp. 342-346.
  45. Абдурахимов Д.Е. Бочикашвили П.Н., Калинушкин В.Д. и др. Воздействие электромагнитных СВЧ импульсов на структуру примесных неоднородностей в кристаллах кремния и характеристики полупроводниковых приборов // МЭ, 1992, т.21, вып.1, с.82-89.
  46. Грибский М.П., Григорьев Е.В., Старостенко В.В. и др. Воздействие импульсных электромагнитных полей на современные микроконтроллеры // Прикладная радиоэлектроника, 2006, т. 5, № 2, с. 294-297.
  47. Грибский М.П., Ахрамович Л.Н., Старостенко В.В. и др. Воздействие импульсных электромагнитных полей на интегральные микросхемы памяти // Радиоэлектроника и информатика, 2006, т. 35, № 4, с. 15-17.
  48. Грибский М.П., Григорьев Е.В., Старостенко В.В., Унжаков Д.А. Воздействие импульсных электромагнитных полей на микросхемы АЦП и ЦАП // Радиоэлектроника и информатика, 2007, т. 39, № 4, с. 24-26.
  49. Грибский М.П., Григорьев Е.В., Старостенко В.В. и др. Воздействие импульсных электромагнитных полей на экранированные микросхемы // Прикладная радиоэлектроника, 2007, т. 6, № 4, с. 590-593.
  50. W.W. Everett III and W.W.Everett Jr. Microprocessor susceptibility to RF signals - experimental results // Proceedings of the 1984 Scutheastcon, April, 1984, pp.512-516.
  51. Clayborne D. Taylor, Nicolas H. Younau. Effects from high power microwave illumination // Microwave Journal, 1988, vol.35, №6, pp.80-96.
  52. Васильев К.Б., Ключник А.В., Солодов А.В. Статистика отказов цифровых ИМС, вызванных импульсным радиоизлучением // Тезисы докладов на 9-й Междунар. Крымская конфер. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», Севастополь, 1999, - С.329-330.
  53. Ключник А.В., Солодов А.В. Статистическая модель повреждения цифровых интегральных микросхем импульсным радиоизлучением // Радиотехника, 2010, №2, с. 37-41.
  54. Ключник А.В., Пирогов Ю.А., Солодов А.В. Модель накопления повреждений интегральными микросхемами в электромагнитных полях импульсного радиоизлучения // журнал Радиоэлектроники, 2010, №7, с. 1-12.
  55. Ключник А.В., Пирогов Ю.А., Солодов А.В., Тюльпаков В.Н. Влияние радиоимпульсов высокого уровня мощности на работу смесителей // РиЭ, 2011, т. 56, № 3, с.370-374. Klyuchnik A.V., Pirogov Yu.A., Solodov A.V., Tyul'pakov V.N. Effect of High Power RF Impulses on the Mixer Operation // Journal of Communications Technology and Electronics, 2011, vol. 56, N. 3, pp. 347-350.
  56. Garbe H., Camp M. “Susceptibility of different semiconductor technologies to EMP and UWB,” in XXVIIth General Assembly of the International Union of Radio Science (URSI) 2002, Maastricht, Nether-lands, August 17-24 2002.
  57. Camp M., Garbe, H., Nitsch D. Influence of the technology on the destruction effects of semiconductors by impact of EMP and UWB pulses // IEEE International Symposium on EMC, 2002, vol.1, pp. 87 - 92.
  58. Camp M., Gerth H., Garbe H., Haase H. Predicting the Breakdown Behavior of Microcontrollers under EMP/UWB Impact Using a Statistical Analysis. // IEEE Trans. on EMC, 2004, vol. 46, No. 3, pp. 368-379.
  59. Korte S., Camp M., Garbe H. Hardware and Software Simulation of Transient Pulse Impact on Integrated Circuits.// International Symposium on EMC, 8-12 Aug. 2005, vol.2, pp.489 - 494
  60. Грибский М.П., Старостенко В.В., Григорьев Е.В. и др. Прогнозирование стойкости микросхем при их работе в напряженных токовых режимах. // Вicник СумДУ. Серiя "Фiзика, математика, механiка", 2008, № 2, с.185-190.
  61. Старостенко В.В., Грибский М.П., Полетаев Д.А. и др. Динамика электротепловых процессов в диэлектрических структурах микросхем при воздействии электромагнитных полей. // РИ, 2007, №4, с.45-49.
  62. Rohe M., Korte S., Koch M. Simulation of the Destruction Effects in CMOS-Devices caused by Impact of Fast Transient Electromagnetic Pulses // [Электронный ресурс]. URL http://www.comsol.com/papers/5355/download/ Rohe.pdf
  63. Methodology guidelines for high power microwave (HPM) susceptibility assessments. Ed. By N.J. Chesser. Report. Chairman-A.Pesta.Jan.1990г. ДСП.
  64. Ключник А.В., Маслов Д.Е., Солодов А.В. Тепловое повреждение интегральных микросхем // Электр. Техн. Сер. СВЧ техн. 1994, Вып. 1 (461), с. 46-48.