ПРОБЛЕМЫ ТРАДИЦИОННОГО МЕТОДА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ СБОЕВ В УСЛОВИЯХ КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА
, ,
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Показаны недостатки современного подхода к прогнозированию интенсивности сбоев в условиях космического пространства перед предложенным альтернативным подходом. Предложенный метод основан на линейной интерполяции надпорогового участка сечения сбоев.
Проблема одиночных радиационных эффектов в условиях КП в изделиях микроэлектроники появилась в конце 70-ых годов и до сих пор является актуальной [1]. Существующие методы прогнозирования влияния факторов КП были предложены тогда же и они используются в настоящее время практически в неизмененном виде [2,3]. Однако, за это время микроэлектроника сделала колоссальный скачок в развитии, и использование данных методов расчетов может привести к недостоверным результатам. Растущая роль множественных сбоев и отсутствие насыщения сечения при высоких ЛПЭ частиц являются проблемой использования этих методов для современных микросхем памяти. Данные обстоятельства требуют пересмотра существующих подходов к прогнозированию.
Традиционные методы расчета включают в себя интерполяцию экспериментальных данных сечения сбоев от ЛПЭ в виде 4-х параметрической функции Вейбулла [4]
(1),
где опорными показателями стойкости микросхемы в данном случае являются сечение насыщения 
и критическое значение ЛПЭ 
. Два остальных подгоночных параметра 
и 
задают общую форму кривой. В общем случае, в экспериментальных данных приводится всего 4 точки, что объясняется экономическими соображениями. Использование 4-х подгоночных параметров Вейбулла для описания 4-х экспериментальных точек создает огромный разброс в надежностных характеристиках микросхемы[5].
В работе [6] был предложен альтернативный подход к характеризации сечения, который основывается на линейной аппроксимации надпорогового участка.
(2),
где 
‑ дифференциальный наклон надпорогового участка.
Преимущество данного подхода может быть проиллюстрировано следующим примером. На рисунке 1 представлены данные экспериментов для микросхемы памяти объемом 4 Мбит по технологии 90 нм для низких (а) и высоких (б) энергий ионов.
Данные графики показывают недостатки аппроксимации 
функцией Вейбулла: неоднозначность определения 
для высоких значений ЛПЭ и 
на низких ЛПЭ. При подстановке полученных параметров в формулу «числа качества» Питерсона [5] оказывается, что неоднозначность определения параметров Вейбулла дает отличие в интенсивности сбоев для одной и той же микросхемы памяти в 6 раз.
(а) |
(б) |
Рис. 1 Результаты экспериментов на двух испытательных стендах для микросхемы памяти 4 Мбит с нормой 90 нм. Оба набора экспериментальных точек аппроксимированы с помощью функции Вейбулла (штрих) и линейной функцией (сплошная линия). Параметры аппроксимации следующие. (a) Параметры Вейбулла: W = 57 MeV cm2/mg, s = 1.07, 
= 143 μm2, 
= 17 MeV cm2/mg. Линейные параметры: 
= 1.18Ч10-8 mg/MeV, 
= 1.2 MeV cm2/mg. (б) Параметры Вейбулла: W = 54,8 MeV cm2/mg, s = 1.09, 
= 83 μm2, 
= 1 MeV cm2/mg. Линейные параметры: 
= 1.18Ч10-8 mg/MeV, 
= 1.3 MeV cm2/mg.
В отличие от функции Вейбулла, как видно из рисунка, линейная аппроксимация дает более надежную оценку. Изобразив на одном графике экспериментальные точки обоих экспериментов, можно убедиться, что практически все точки лежат на одной прямой (рисунок 2).
Рис. 2 Линейная аппроксимация двух наборов экспериментальных данных для микросхемы памяти 4 Мбит с нормой 90 нм. Параметры аппроксимации: 
= 1.18Ч10-8 mg/MeV, 
= 1.3 MeV cm2/mg.
В случае линейной аппроксимации интенсивность сбоев на орбите может быть определена следующим образом
(3),
где 
‑ дифференциальный спектр плотности потока частиц на заданной орбите. Предложенный подход исключает произвольный подбор параметров аппроксимации, так как 
и 
определяются однозначно, например, методом наименьших квадратов.
