ЖУРНАЛ «СТА» №1/2008

П РЕДЕЛЬНАЯ НАКОПЛЕННАЯ ДОЗА И СРОК АКТИВНОГО СУЩЕСТВОВАНИЯ БА Воздействие ионизирующих излуче- ний (ИИ) приводит к накоплению за- ряда в КМОПструктуре интегральной микросхемы (ИМС). Скорость возрас- тания заряда уменьшается при нали- чии внешней защиты (оболочка КА, смежная аппаратура, стенки прибора, дополнительный алюминиевый экран и т.п.). Существуют методы расчёта накоп- ленной дозы для разных орбит в точке расположения ИМС с учётом ослабле- ния ИИ от внешней защиты, компо- новки КА, конструкции приборов. На- копленная (поглощённая) доза в крем- нии ИМС измеряется в радах. На рис. 1 приведены графики зависимости на- копленной дозы от толщины защиты для геостационарной орбиты (ГСО). Параметрический или функциональ- ный отказ ИМС наступает при дости- жении предельной накопленной дозы (ПНД), определяющей её радиацион- ную стойкость. Значение ПНД опреде- ляется при постоянно включённом пи- тании для наиболее тяжёлого нагру- женного режима (НР). Для получения данных по ПНД проводят облучение ИМС или БА на γ установках до воз- никновения отказа при интенсивнос- тях 110 рад/с, что на 34 порядка вы- ше, чем интенсивность облучения на орбите. Для ИМС и устройств, специально предназначенных для использования на КА, ПНД является одним из гаран- тируемых классификационных пара- метров. Значение ПНД даётся для ак- тивного (включённого) состояния и находится в пределах 100500 крад. Для коммерческих ИМС такой пара- метр не регламентируется, а его изме- ренное значение может находиться в пределах 150 крад и иметь разброс, отличающийся в несколько раз, для ИМС одного типа, для ИМС разных партий или в партиях от разных по- ставщиков. При оценке ПНД спектральный со- став и интенсивность облучения отли- чаются от условий в космическом про- странстве, что является одной из при- чин погрешности в определении ПНД. Значение ПНД критических (наиме- нее радиационностойких) ИМС опре- деляет предельный срок активного су- ществования ( САС пр ) всего прибора: САС пр = ПНД кр / (( Д в + Д г ) × k ) Здесь ПНД кр — значение ПНД кри- тического элемента, Д в — доза, накоп- ленная на участке выведения, Д г — го- довая накопленная доза на заданной орбите, k — коэффициент запаса ( k ≥ 7), обеспечивающий приемлемую вероят- ность безотказной работы при радиа- ционном воздействии [2]. Р АДИАЦИОННО - ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА Радиационный отказ для ИМС мо- жет быть обратимым, если он не вызвал дефектов структуры микросхемы или вторичных неисправностей. Накоплен- ный под воздействием ИИ заряд с тече- нием времени рассасывается (релакси- рует). При повышенной температуре рассасывание накопленного заряда происходит с большей скоростью. На рис. 2 приведена зависимость времени восстановления работоспособности ИМС после полного радиационного отказа от окружающей температуры (по результатам [3] и [4]). Полностью вос- станавливают работоспособность дале- РАЗ РА БО Т КИ / КОСМОНА В Т ИК А СТА 4/2001 www.cta.ru 37 Рис. 1. Зависимость величины накопленной за один год нахождения на ГСО дозы от толщины защиты (по материалам Кузнецова Н.В., НИИ ЯФ МГУ) Рис. 2. Время восстановления КМОП ИМС после радиационного отказа при различной температуре отжига Температура, °С Время отжига, ÷ас 25 14867 50 4327 100 500 150 96 200 26 Толщина защитного экрана (Al), мм Доза, накопленная на у÷астке выведения 0 4,0E+07 1 5,0E+05 2 8,0E+04 4 1,6E+04 6 5,0E+03 8 2,0E+03 10 1,0E+03 12 5,5E+02 14 3,3E+02 16 3,0E+02 Доза, накопленная за 1 год на ГСО 3,0E+07 1,0E+06 8,0E+04 8,0E+03 2,3E+03 8,0E+02 4,0E+02 2,3E+02 1,9E+02 1,8E+02 Д В Д Г