Введение к работе
Актуальность темы. Современный этап развития радиоаппаратуры характеризуется широким использованием перспективных методов проектирования специализированных интегральных схем (ИС) на базе высокопроизводительных САПР. Одним из важнейших аспектов создания специализированных ИС является необходимость учета и прогнозирования стойкости разрабатываемых ИС к воздействию специальных факторов. Однако известные отечественные и зарубежные программные комплексы, системы и подсистемы, предназначенные для автоматизированного проектирования ИС, или не позволяют прогнозировать работоспособность ИС в условиях воздействия ионизирующего излучения (ИИ), или прогнозируют ее не достаточно адекватно.
Следует отмегить, что в последнее время появились системы, позволяющие проводить моделирование работы ИС в условиях ИИ для определенного класса ИС, например, биполярных. Для КМОП ИС исследования в этой области еще требуют своего развития. Такое положение возникло из-за того, что КМОП ИС обладают малой радиационной стойкостью, и поэтому им уделялось меньше внимания, чем биполярным ИС, у которых стойкость значительно выше. В настоящее время КМОП ИС имеют самое широкое применение, и ставится задача создать радиационно-стойкие КМОП ИС. Для решения этой задачи необходимо разработать средства моделирования.
Кроме того, созданные к настоящему времени системы и подсистемы моделирования ИС в условиях воздействия ИИ также требуют модификации и дополнения, ввиду того, что уточнение характеристик радиации привело к изменению состава и параметров воздействия, что отразилось в ГОСТ «Клнмат-7». Проведенный анализ внешней дестабилизирующей обстановки реальных условий эксплуатации ИС в космическом пространстве, на АЭС и т.п. показал, что требуется корректировка параметров ИИ по спектрально-энергетическим и амплитудно-временным характеристикам. Это требует модификации физических моделей, определяющих воздействие радиации на ИС, что ведет к необходимости изменения соответствующего математического, алгоритмического и программного обеспечения САПР в части учета влияния ИИ.
Кроме того, недостаточно отработаны методы проектирования на схемотехническом уровне, учитывающие процессы радиационного воздействия. Это связано, с одной стороны, с изменением технологии создания изделий, с увеличением числа компонентов систем и функциональных связей между ними, а с другой стороны, с уточнением характеристик радиационного воздействия.
Проектирование ИС на функционально-логическом уровне также требует своего решения в части учета необратимых эффектов радиации и переходных эффектов.
— - 2
В настоящее время для этой цели применяются различные подходы, но они не учитывают комплексного характера изменений характеристик электропараметров, вызванных различными процессами деградации.
Цель работы: создание и исследование средств моделирования работоспособности КМОП ИС с учетом радиации в САПР ИЭТ, которая учитывает требования ГОСТ «Климат-7». Они должны прогнозировать показатели радиационной стойкости в различных режимах эксплуатации и проводить анализ работоспособности ИС в условиях воздействия радиации.
Для решения поставленной цели должны быть решены следующие основные задачи, а именно, разработка:
методики учета радиации различных видов при прогнозировании работоспособности КМОП ИС в условиях ИИ;
модели деградации электропараметров КМОП ИС при воздействии статических видов ИИ с учегом мощности дозы, температуры среды и режима работы;
моделей активных компонентов КМОП ИС, которые зависят от конструктивно-технологических особенностей исполнения, режимов работы, спектрально-энергетических и амплитудно-временных характеристик гамма-, рентгеновского и нейтронного излучений с учетом требований ГОСТ «Климат-7» к параметрам воздействующей радиации;
алгоритмов для моделирования реакции КМОП ИС на импульсное и статическое излучение ИИ;
программного обеспечения, позволяющего моделировать поведение электропараметров КМОП ИС к ИИ.
Методы исследования. При решении поставленных задач использованы физические методы исследования поведения ИС в услошшх ИИ, элементы теории системного анализа, методы вычислительной математики, структурного и системного программирования, теории цепей, методы теории графов, а также новые информационные технологии.
Научная новизна состоит в следующем:
-
Разработана методика расчета работоспособности КМОП ИС в условиях воздействия ИИ, отличающаяся тем, что позволяет различные виды воздействия представлять сравнительно ограниченным набором характеристик, проводить моделирование ИС в зависимости от широкого набора входных воздействий, включая ИИ, которое может состоять из нескольких видов ИИ и иметь комплексный характер в соответствии с ГОСТ «Климат-7».
-
Создана модель деградации электропараметров КМОП ИС при воздействии статических видов ИИ, отличающаяся учетом конструктивно-технологических осо-
бенностей изготовления ИС, мощности дозы, температуры среды режима работы и требований ГОСТ «Климат-7».
-
Предложены модели активных компонентов КМОП ИС, работающие в полях импульсного ИИ, отличающиеся учетом конструктивно-технологических особенностей исполнения, режима работы ИС, спектрально-энергетических и амплитудно-временных характеристик ИИ в соответствии с ГОСТ «Климат-7».
-
Разработаны алгоритмические процедуры, которые учитывают все предложенные элементы математического обеспечения с целью прогнозирования поведения КМОП ИС в условиях радиации и автоматизированного определения показателей стойкости.
5.Создано программное обеспечение для моделирования работоспособности ИС в условиях ИИ, которое содержит все элементы предложенного математического и алгоритмического обеспечения.
Практическая ценность работы. Разработанные методика, алгоритмы и программное обеспечение позволяют прогнозировать работоспособность КМОП ИС в условиях ИИ, определять показатели радиационной стойкости. На основе предложенных средств можно оценить стойкость КМОП ИС и дать рекомендации по ее повышению. Их использование позволяет проектировать радиационно-стойкие КМОП ИС и дает ценную информацию по анализу поведения ее компонентов в условиях ИИ, которую практически невозможно получить в эксперименте.
Реализация и внедрение результатов работы. Представленные в диссертации исследования являются результатом научной работы, проведенной в НИИ электронной техники и Воронежском заводе полупроводниковых приборов. Работы выполнялись в рамках ряда научно-исследовательских работ по заказам Министерства электронной промышленности.
Методика, алгоритмы и комплексы программ, разработанные в диссертации, внедрены в НИИ электронной техники, что позволило разработать КМОП ИС серии 1554, обладающих повышенной радиационной стойкостью.
Элементы алгоритмического и программного обеспечения внедрены в Воронежском государственном техническом университете, Воронежской государственной лесотехнической академии в НИР.
Апробация работы. Научные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях и совещаниях по выполнению ряда НИР и ОКР в РНИИ "Электронстандарг" и в НИИЭТ.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях и семинарах, в том числе: на Российской конференции "Радиационная стойкость элек-
4 тронных систем (Стойкость 99)" (Москва, 1999); на Российской конференции "Радиационная стойкость электронных систем (Стойкость 2000)" (Москва, 2000); на Международной научно-технической конференции «Системные проблемы качества, математического моделирования и информационных технологий» (Сочи, 2000); на II Международной практической конференции «Информационные технологии в моделировании и управлении» (С.Петербург , 2000); на Всероссийской конференции «Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах» (Воронеж, 2000).
Публикации результатов работы. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 104 наименований. Материал диссертации изложен на 109 страницах, содержит 26 рисунков и 1 таблицу.
