СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 2010-5

В ВЕДЕНИЕ В последние годы значительно воз росла потребность в аналого цифро вых устройствах, функционирующих в условиях воздействия проникающей радиации [1–3], что стимулировало ра боты по миниатюризации, сокраще нию межсоединений и количества дискретных элементов [4], а также по созданиюконструктивно схемотехни ческих решений радиационно стой ких аналоговых компонентов [5–7]. Миниатюризация микросхемприве ла к появлению СБИС типа «система на кристалле» (СнК). В общем случае система на кристалле может включать в себя различные типы блоков: про граммируемые процессорные ядра, блоки программируемой логики, па мяти, периферийных устройств, ана логовые компоненты и различные ин терфейсные схемы [8]. Сложность проектирования СнК и невозможность обеспечения в ряде случаев требуемого уровня характе ристик аналоговых и цифровых бло ков при использовании одной техно логии их изготовления способствова ли созданию альтернативного типа микроэлектронных устройств – «сис тем в корпусе» (СвК), которые содер жат нескольких кристаллов внутри од ного корпуса. Кристаллы располага ются на одном уровне или один над другим, дополняются пассивными или иными необходимыми компонентами и образуют интегрированные модули в одном корпусе, которые осущест вляют полноценное функционирова ние конечного электронного устрой ства [4]. Целью настоящей статьи является анализ проблем проектирования ра НАДЁЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО 54 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2010 Увеличение радиационной стойкости аналого цифровых компонентов микроэлектронных систем Олег Дворников, Виталий Гришков, Ольга Громыко (Минск, Беларусь) В статье проанализировано влияние проникающей радиации на параметры основных интегральных элементов. Рассмотрены конструктивно технологические особенности транзисторов, предназначенных для реализации аналого цифровых компонентов радиационно стойких микроэлектронных устройств типа «система в корпусе». диационно стойких микроэлектрон ных систем и выбор типа их реа лизации, рассмотрение технологии изготовления и топологических осо бенностей транзисторов, предназна ченных для применения в высокока чественных аналоговых блоках, ма лочувствительных к радиационному облучению. В ЫБОР ТИПА РЕАЛИЗАЦИИ МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ Известно, что создание аналогово цифровых микроэлектронных систем усложняется значительными пробле мами в проектировании, верифика ции и производстве. Одна из причин – переход к субмикронным размерам элементов. Так, МОП транзисторы с малой длиной затвора имеют боль шую малосигнальную передаточную проводимость (крутизну). В то же вре мя они обладают рядом недостатков, ограничивающих их применение в аналоговых блоках, а именно: значи тельным разбросом порогового нап ряжения и удельной крутизны, приво дящим к появлению большого напря жения смещения операционных и дифференциальных усилителей; вы соким уровнем низкочастотногошума типа 1/ f ; малой величиной выходного малосигнального сопротивления и усиления каскадов с активной нагруз кой. Небольшие размеры транзисто ра приводят к уменьшению пробив ного напряжения, что вынуждает сни жать напряжение питания и ухудшать отношение сигнал/шум. Особо актуальным и трудоёмким яв ляется выбор параметров и режимов работы МОП транзисторов, вольтам перные характеристики (ВАХ) кото рых различны в линейной области и области насыщения, в режиме силь ной и слабой инверсии, для длиннока нальных и короткоканальных тран зисторов [9]. В этой связи пара метрическая оптимизация схем на субмикронных МОП транзисторах превращается в многофакторный про цесс, занимающий продолжительное время даже при использовании совре менных средств автоматизированного проектирования. В настоящее время появилась необ ходимость разработки микроэлек тронных систем, содержащих цифро вые, аналоговые и высокочастотные (ВЧ) блоки. Качество подобных изде лий, реализованных в виде СнК, в большой степени определяется квали фикацией и опытом разработчиков, которые должны объединить в одном кристалле аналоговые, цифровые и ВЧ компоненты с учётом их возмож ного взаимодействия по полупро водниковой подложке, шинам пита ния, корпусу микросхемы и печатной плате. Таким образом, применение пере довых микроэлектронных технологий не гарантирует достижения наилуч шего качества СнК с большим количе ством аналоговых функций, но может существенно увеличить время и стои мость их проектирования и производ ства. Указанные проблемы СнК усилили актуальность производства СвК, так как СвК – объединение нескольких различных кристаллов, в том числе, сформированных на основе кремния на изоляторе и кремния на сапфире, модулей памяти, цифровой логики, пассивных компонентов, фильтров и антенн в одном стандартном или спе циально спроектированном корпусе. При разработке СвК главное внима ние уделяют не увеличению количе ства применяемых транзисторов, а числу различных функций, которые можно интегрировать в одном устрой стве на основе апробированных ранее технологических решений макси © СТА-ПРЕСС