Введение к работе
Актуальность темы
Широкое применение полупроводниковых изделий микроэлектроники в качестве элементной базы космических электронных систем сделало актуальной задачу оценки и прогнозирования уровней отказов элементов
и узлов к радиационным воздействиям космического пространства. Требования проведения этих испытаний обусловлены тем обстоятельством, что
в современных приборах, изготовляемых по микронной и субмикронной технологиям, возникли новые эффекты радиационного воздействия, связанные с ионизационными эффектами и структурными повреждениями изделий под действием отдельных высокоэнергетических частиц, так называемые единичные радиационные эффекты, или Single Event Effect (SEE).
Развитие отечественной электронной компонентной базы (ЭКБ)
и обеспечение ее радиационной стойкости является приоритетной государственной задачей в соответствии с «Основами политики Российской Федерации в области развития электронной компонентной базы на период
до 2010 года и дальнейшую перспективу», утвержденными Президентом Российской Федерации 12.04.2002, и Федеральной целевой программой «Развитие электронной компонентной базы и радиоэлектроники» на 2008–2015 годы, утвержденной постановлением Правительства РФ № 809
от 26 ноября 2007 года.
В России отсутствуют специализированные установки для комплексных исследований радиационных эффектов ЭКБ в протонных, нейтронных и ионных пучках. Подобные исследования, как правило, проводятся в ядерных научных центрах на испытательных стендах, созданных на базовых экспериментальных установках.
Представляется своевременным инициирование работ по созданию
и развитию комплекса для испытаний ЭКБ на воздействие высокоэнергетичных протонов и нейтронов на базе синхроциклотрона ПИЯФ с энергией протонов 1 000 МэВ.
Цели работы
Создание протонных и нейтронного пучков, удовлетворяющих требованиям российских и международных стандартов для испытания ЭКБ.
Экспериментальные исследования параметров созданных пучков.
Создание современных систем мониторирования и диагностики пучков.
Создание аттестованных рабочих установок для радиационных испытаний ЭКБ и исследовательских работ.
Создание комплекса для радиационных испытаний ЭКБ на синхроциклотроне ПИЯФ.
Научная новизна
Создан стенд для радиационных испытаний ЭКБ на протонных пучках с энергиями от 200 до 1 000 МэВ, оборудованный оригинальными системами диагностики.
Предложена новая схема получения нейтронного пучка со спектром, повторяющим спектр атмосферных нейтронов. Данный нейтронный пучок является единственным в Европе. Новизна подтверждена патентом [1].
На базе синхроциклотрона ПИЯФ создан новый универсальный центр для радиационных испытаний ЭКБ в протонных и нейтронном пучках.
Практическая ценность работы
В течение последних 10 лет в ПИЯФ исследованы отказы и сбои под действием отдельных протонов и нейтронов в работе различных высокоинтегрированных изделий: элементов памяти, транзисторов, ПЗС-матриц.
В этом направлении ПИЯФ активно сотрудничает со многими организациями и предприятиями России: Секцией прикладных проблем РАН
(Москва), ОАО «ЭНПО СПЭЛС» (Москва), ОАО «Российские космические системы» (Москва), НИИ космического приборостроения (Москва),
ОАО «РНИИ „Электронстандарт“» (Санкт-Петербург), НИИ телевидения (Санкт-Петербург) и др. Проявлен интерес зарубежных исследовательских фирм: iRoc Technologies, ONERA (Франция).
Анализ полученных результатов указывает на то, что в результате ядерных реакций в наноструктурах следует ожидать выхода из строя областей с большим количеством элементов (отдельных блоков). Следует иметь в виду, что подобные испытания, по всей видимости, необходимы и для конструкционных, биомедицинских и других наноматериалов.
Кроме радиационных испытаний ЭКБ на созданном узком протонном пучке 26 мм проводятся тестовые испытания экспериментального оборудования и детектирующих структур, предназначенных для участия в международных экспериментах СВМ и PANDA на строящемся в GSI комплексе FAIR.
На защиту выносятся:
способы формирования узких (26 мм) и широких (до 300 мм) протонных пучков для испытаний ЭКБ;
расчет и формирование протонного пучка с переменной энергией
от 200 до 1 000 МэВ для испытаний ЭКБ;
создание трактов транспортировки протонного пучка к месту облучения;
создание приборов для диагностики и мониторирования протонного
и нейтронного пучков;
экспериментальное исследование параметров протонных пучков для испытаний ЭКБ;
расчет, создание и экспериментальное исследование параметров нейтронного пучка, повторяющего спектр атмосферных нейтронов;
создание рабочих мест для проведения испытаний ЭКБ на протонном и нейтронном пучках;
создание на базе синхроциклотрона ПИЯФ универсального комплекса для радиационных испытаний ЭКБ, используемой в космических
аппаратах, авионике и промышленности. Комплекс позволяет проводить ускоренные испытания как на протонных, так и нейтронном пучках.
Личный вклад автора
Приведенные в диссертации результаты исследований и разработок получены лично или при непосредственном участии автора. Автором внесен определяющий вклад в постановку задач, выбор методик исследования, анализ результатов и разработку оборудования на базе полученных данных.
Апробация работы
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международных конференциях RADECS-99, RADECS-2001; на Всероссийской конференции по ускорителям заряженных частиц (RuPAC-2004); на Международной научно-технической конференции «Нанотехнологии функциональных материалов, „НФМ-10“»; на конференциях «СТОЙКОСТЬ-2003», «СТОЙКОСТЬ-2008–2011»; на Всероссийской конференции «Пути решения задач обеспечения современной радиоэлектронной аппаратуры надежной электронной компонентной базой»; на конференции «Влияние внешних воздействующих факторов на элементную базу аппаратуры авиационной и космической техники».
Публикации
По материалам диссертационной работы опубликованы 15 статей
в научной периодике. Из них 8 статей опубликованы в изданиях, входящих в перечень ВАК. Получен патент на полезную модель № 80641.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 72 рисунка, 11 таблиц и список литературы, включающий 79 наименований. Объем работы 111 страниц.
