Modeling of systems and processes Modeling of systems and processes Моделирование систем и процессов 2219-0767 49694 10.12737/2219-0767-2022-15-1-44-52 Технические науки Технические науки Semiconductor technologies for the implementation of radiation-resistant VLSI Полупроводниковые технологии для реализации радиационно-стойких СБИС Журавлева Ирина Витальевна Zhuravleva I. V. Попова Елена Александровна Popova Elena Aleksandrovna Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова Россия Voronezh State University of Forestry and Technologies named after G.F. Morozov Russian Federation Филиал Ростовского государственного университета путей сообщения в г. Воронеже Россия Филиал Ростовского государственного университета путей сообщения в г. Воронеже Russian Federation Филиал Ростовского государственного университета путей сообщения в г. Воронеже Россия Филиал Ростовского государственного университета путей сообщения в г. Воронеже Russian Federation 08 04 2022 08 04 2022 15 1 44 52 12 11 2021 24 12 2021 https://zh-szf.ru/en/nauka/article/49694/view

Высокие значения фототоков, связанные с мгновенным излучением, могут вызвать скоротечное падение напряжения на шинах питания, а некоторые схемы чувствительны к токам, генерируемым в элементе. Это может привести к неисправностям в диапазоне от временной потери функционирования до потери данных памятью и даже к окончательному повреждению изделия. Обращение к элементам библиотеки осуществляется на нескольких уровнях радиации, что касается конструкции элементов, вариантов специального имитационного моделирования и методов создания топологии. В статье рассмотрены технологии радиационно-стойких ИС, их эффективность на структурах кремний на изоляторе по сравнению с аналогичной схемой на объемном кремнии при одинаковых проектных нормах. А также рассмотрены радиационно-стойкие полупроводниковые специализированные устройства с повышенной радиационной стойкостью. Особое внимание уделяется технологии реализации радиационно-стойких полупроводниковых запоминающих устройствах. Применительно к радиационно-стойким логическим устройствам рассмотрены два направления: применение специализированных логических схем и вентильных матриц, программируемых пользователем.

High values of photocurrents associated with instantaneous radiation can cause a transient voltage drop on the power buses, and some circuits are sensitive to currents generated in the element. This can lead to malfunctions ranging from temporary loss of functioning to data loss by memory and even to final damage to the product. The library elements are accessed at several levels of radiation, as for the design of elements, options for special simulation modeling and methods for creating topology. The article discusses the technologies of radiation-resistant ICS, their effectiveness on silicon-on-insulator structures, compared with a similar scheme on bulk silicon with the same design standards. Radiation-resistant semiconductor specialized devices with increased radiation resistance are also considered. Special attention is paid to the technology of implementation of radiation-resistant semiconductor storage devices. In relation to radiation-resistant logic devices, two directions are considered: the use of specialized logic circuits and user-programmable gate arrays.

 Радиационная стойкость микропроцессор логические устройства функционирование специализированное устройство одиночные сбои имитационное моделирование технологический процесс Radiation resistance microprocessor logic devices functioning specialized device single failures simulation modeling technological process

Чистяков, М.Г. Методология проектирования радиационно-стойких элементов для САПР электронно-компонентной базы типа «система-на-кристалле» / М.Г. Чистяков, А.В. Назаров, С.А. Морозов // Труды МАИ. - 2016. - № 90. - С. 26. Chistyakov, M.G. Metodologiya proektirovaniya radiacionno-stoykih elementov dlya SAPR elektronno-komponentnoy bazy tipa «sistema-na-kristalle» / M.G. Chistyakov, A.V. Nazarov, S.A. Morozov // Trudy MAI. - 2016. - № 90. - S. 26. Anti-total dose effect design of half-bridge driving chip / J. Zhou, Y. Jia, X. Zhou [et al.] // ACM International Conference Proceeding Series. 5th International Conference on Electronic Information Technology and Computer Engineering, EITCE 2021. - 2021. - C. 3501424. - Pp. 76-81. - DOI: 10.1145/3501409.3501424. Anti-total dose effect design of half-bridge driving chip / J. Zhou, Y. Jia, X. Zhou [et al.] // ACM International Conference Proceeding Series. 5th International Conference on Electronic Information Technology and Computer Engineering, EITCE 2021. - 2021. - C. 3501424. - Pp. 76-81. - DOI: 10.1145/3501409.3501424. Cheng, D. Radiation-hardened test design for aerospace SoC / D. Cheng, D. Qi, M. Chen // 5th International Conference on Integrated Circuits and Microsystems, ICICM 2020/ - 2020. - C. 9292308. - Pp. 213-217. - DOI: 10.1109/ICICM50929.2020.9292308. Cheng, D. Radiation-hardened test design for aerospace SoC / D. Cheng, D. Qi, M. Chen // 5th International Conference on Integrated Circuits and Microsystems, ICICM 2020/ - 2020. - C. 9292308. - Pp. 213-217. - DOI: 10.1109/ICICM50929.2020.9292308. Алгоритмическая основа моделирования и обеспечения защиты типовых КМОП элементов в процессе проектирования / В.К Зольников, В.А. Смерек, В.И. Анциферова, С.А. Евдокимова // Моделирование систем и процессов. - 2013. - № 3. - С. 14-16. -DOI: 10.12737/2382. Algoritmicheskaya osnova modelirovaniya i obespecheniya zaschity tipovyh KMOP elementov v processe proektirovaniya / V.K Zol'nikov, V.A. Smerek, V.I. Anciferova, S.A. Evdokimova // Modelirovanie sistem i processov. - 2013. - № 3. - S. 14-16. -DOI: 10.12737/2382. Разработка проектной среды и оценка технологичности производства микросхемы с учетом стойкости к специальным факторам на примере СБИС 1867ВЦ6Ф / В.А. Скляр, В.А. Смерек, К.В. Зольников [и др.] // Моделирование систем и процессов. - 2020. - Т. 13, № 1. - С. 77-82. - DOI: 10.12737/2219-0767-2020-13-1-77-82. Razrabotka proektnoy sredy i ocenka tehnologichnosti proizvodstva mikroshemy s uchetom stoykosti k special'nym faktoram na primere SBIS 1867VC6F / V.A. Sklyar, V.A. Smerek, K.V. Zol'nikov [i dr.] // Modelirovanie sistem i processov. - 2020. - T. 13, № 1. - S. 77-82. - DOI: 10.12737/2219-0767-2020-13-1-77-82. Alexandrov, P.A. On the resistance of electronic components to the action of radiation / P.A. Alexandrov, E.V. Efimenko // Journal of Contemporary Physics. - 2020. - № 55(2). - Pp. 176-182. - DOI: 10.3103/S1068337220020036. Alexandrov, P.A. On the resistance of electronic components to the action of radiation / P.A. Alexandrov, E.V. Efimenko // Journal of Contemporary Physics. - 2020. - № 55(2). - Pp. 176-182. - DOI: 10.3103/S1068337220020036. Fast-Transient Radiation-Hardened Low-Dropout Voltage Regulator for Space Applications / H. Fan, L. Feng, Y. Cen [et al.] // IEEE Transactions on Nuclear Science. - 2021. - № 68(5). - С. 9393980. - Pp. 1094-1102. - DOI: 10.1109/TNS.2021.3070697. Fast-Transient Radiation-Hardened Low-Dropout Voltage Regulator for Space Applications / H. Fan, L. Feng, Y. Cen [et al.] // IEEE Transactions on Nuclear Science. - 2021. - № 68(5). - S. 9393980. - Pp. 1094-1102. - DOI: 10.1109/TNS.2021.3070697. Cao, B. Design of standard cell for anti-radiation / B. Cao, P. Wu, D. Qin // Lecture Notes in Electrical Engineering. - 2020. - Vol. 517. - Pp. 1153-1167. - DOI: 10.1007/978-981-13-6508-9_139. Cao, B. Design of standard cell for anti-radiation / B. Cao, P. Wu, D. Qin // Lecture Notes in Electrical Engineering. - 2020. - Vol. 517. - Pp. 1153-1167. - DOI: 10.1007/978-981-13-6508-9_139. Сизова, К.Г. Анализ радиационной стойкости радиоэлектронной аппаратуры к воздействию отдельных ядерных частиц космического пространства по одиночным эффектам на основе результатов испытаний в составе аппаратуры и поэлементно / К.Г. Сизова, М.О. Прыгунов, Н.А. Иванов // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. - 2019. - № 3. - С. 5-11. Sizova, K.G. Analiz radiacionnoy stoykosti radioelektronnoy apparatury k vozdeystviyu otdel'nyh yadernyh chastic kosmicheskogo prostranstva po odinochnym effektam na osnove rezul'tatov ispytaniy v sostave apparatury i poelementno / K.G. Sizova, M.O. Prygunov, N.A. Ivanov // Voprosy atomnoy nauki i tehniki. Seriya: Fizika radiacionnogo vozdeystviya na radioelektronnuyu apparaturu. - 2019. - № 3. - S. 5-11. Оценка показателей надежности космических аппаратов в условиях неполных данных / М.И. Ломакин, А.В. Сухов, А.В. Докукин, Ю.М. Ниязова // Космические исследования. - 2021. - Т. 59, № 3. - С. 235-239. - DOI: 10.31857/S0023420621030080. Ocenka pokazateley nadezhnosti kosmicheskih apparatov v usloviyah nepolnyh dannyh / M.I. Lomakin, A.V. Suhov, A.V. Dokukin, Yu.M. Niyazova // Kosmicheskie issledovaniya. - 2021. - T. 59, № 3. - S. 235-239. - DOI: 10.31857/S0023420621030080. Habeenzu, B. Effect of electron radiation on small-signal parameters of NMOS devices at mm-wave frequencies / B. Habeenzu, W. Meyer, T. Stander // Microelectronics Reliability. - 2020. - T. 107 (4). - С. 113598. - DOI: 10.1016/j.microrel.2020.113598. Habeenzu, B. Effect of electron radiation on small-signal parameters of NMOS devices at mm-wave frequencies / B. Habeenzu, W. Meyer, T. Stander // Microelectronics Reliability. - 2020. - T. 107 (4). - S. 113598. - DOI: 10.1016/j.microrel.2020.113598. Radiation-hardened property of single-walled carbon nanotube film-based field-effect transistors under low-energy proton irradiation / X. Zhang, H. Zhu, S. Peng [et al.] // Journal of Semiconductors. - 2021. - № 42(11). - С. 112002. - DOI: 10.1088/1674-4926/42/11/112002. Radiation-hardened property of single-walled carbon nanotube film-based field-effect transistors under low-energy proton irradiation / X. Zhang, H. Zhu, S. Peng [et al.] // Journal of Semiconductors. - 2021. - № 42(11). - S. 112002. - DOI: 10.1088/1674-4926/42/11/112002. Журавлева, И.В. Основные факторы ионизирующих излучений космического пространства, действующие на микросхемы / И.В. Журавлева // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12, № 3. - С. 11-16. - DOI: 10.12737/2219-0767-2019-12-3-11-16. Zhuravleva, I.V. Osnovnye faktory ioniziruyuschih izlucheniy kosmicheskogo prostranstva, deystvuyuschie na mikroshemy / I.V. Zhuravleva // Modelirovanie sistem i processov. - 2019. - T. 12, № 3. - S. 11-16. - DOI: 10.12737/2219-0767-2019-12-3-11-16. Методы контроля надежности при разработке микросхем / К.В. Зольников, С.А. Евдокимова, Т.В. Скворцова, А.Е. Гриднев // Моделирование систем и процессов. - 2020. - Т. 13, № 1. - С. 39-45. - DOI: 10.12737/2219-0767-2020-13-1-39-45. Metody kontrolya nadezhnosti pri razrabotke mikroshem / K.V. Zol'nikov, S.A. Evdokimova, T.V. Skvorcova, A.E. Gridnev // Modelirovanie sistem i processov. - 2020. - T. 13, № 1. - S. 39-45. - DOI: 10.12737/2219-0767-2020-13-1-39-45. Выбор значений параметров, определяющих кинетику накопления заряда в диэлектрике при радиационном воздействии / В.К. Зольников, В.П. Крюков, В.Н. Ачкасов, В.А. Скляр // Моделирование систем и процессов. - 2015. - Т.8, № 3. - С. 31-33. - DOI: 10.12737/17164. Vybor znacheniy parametrov, opredelyayuschih kinetiku nakopleniya zaryada v dielektrike pri radiacionnom vozdeystvii / V.K. Zol'nikov, V.P. Kryukov, V.N. Achkasov, V.A. Sklyar // Modelirovanie sistem i processov. - 2015. - T.8, № 3. - S. 31-33. - DOI: 10.12737/17164. Проектирование тестового кристалла для исследования методов обеспечения радиационной стойкости / Е.С. Шалашова, О.С. Пивко, И.А. Фатеев [и др.] // Наноиндустрия. - 2019. - № S (89). - С. 327. - DOI: 10.22184/NanoRus.2019.12.89.327. Proektirovanie testovogo kristalla dlya issledovaniya metodov obespecheniya radiacionnoy stoykosti / E.S. Shalashova, O.S. Pivko, I.A. Fateev [i dr.] // Nanoindustriya. - 2019. - № S (89). - S. 327. - DOI: 10.22184/NanoRus.2019.12.89.327. Создание базиса для микросхем сбора и обработки данных / В.А. Скляр, А.В. Ачкасов, К.В. Зольников [и др.] // Моделирование систем и процессов. - 2018. - Т. 11, № 2. - С.66-71. - DOI: 10.12737/article_5b57795062f199.54387613. Sozdanie bazisa dlya mikroshem sbora i obrabotki dannyh / V.A. Sklyar, A.V. Achkasov, K.V. Zol'nikov [i dr.] // Modelirovanie sistem i processov. - 2018. - T. 11, № 2. - S.66-71. - DOI: 10.12737/article_5b57795062f199.54387613. Анализ качества проектирования блоков ОЗУ в составе микропроцессорных систем с обеспечением минимальной сбоеустойчивости / В.К. Зольников, Ю.А. Чевычелов, В.В. Лавлинский [и др.] // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12, № 4. - С. 47-55. - DOI: 10.12737/2219-0767-2020-12-4-47-55 . Analiz kachestva proektirovaniya blokov OZU v sostave mikroprocessornyh sistem s obespecheniem minimal'noy sboeustoychivosti / V.K. Zol'nikov, Yu.A. Chevychelov, V.V. Lavlinskiy [i dr.] // Modelirovanie sistem i processov. - 2019. - T. 12, № 4. - S. 47-55. - DOI: 10.12737/2219-0767-2020-12-4-47-55 . Анализ проектирования блоков RISC-процессора с учетом сбоеустойчивости / В.К. Зольников, А.С. Ягодкин, В.И. Анциферова [и др.] // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12, № 4. - С. 56-65. - DOI: 10.12737/2219-0767-2020-12-4-56-65. Analiz proektirovaniya blokov RISC-processora s uchetom sboeustoychivosti / V.K. Zol'nikov, A.S. Yagodkin, V.I. Anciferova [i dr.] // Modelirovanie sistem i processov. - 2019. - T. 12, № 4. - S. 56-65. - DOI: 10.12737/2219-0767-2020-12-4-56-65. Methods of assessing the effectiveness of reforestation based on the theory of fuzzy sets / A. Kuzminov, L. Sakharova, M. Stryukov, V.K. Zolnikov // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. "International Forestry Forum "Forest ecosystems as global resource of the biosphere: calls, threats, solutions"". - 2020. - Vol. 595. - С. 012007. - DOI: 10.1088/1755-1315/595/1/012007. Methods of assessing the effectiveness of reforestation based on the theory of fuzzy sets / A. Kuzminov, L. Sakharova, M. Stryukov, V.K. Zolnikov // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. "International Forestry Forum "Forest ecosystems as global resource of the biosphere: calls, threats, solutions"". - 2020. - Vol. 595. - S. 012007. - DOI: 10.1088/1755-1315/595/1/012007. Создание сбоеустойчивых систем контроля к воздействию тяжелых заряженных частиц космического пространства / В.К. Зольников, И.И. Струков, К.А. Чубур [и др.] // Современные аспекты моделирования систем и процессов : сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. - Воронеж, 2021. - С. 234-241. - DOI: 10.34220/MAMSP_234-241. Sozdanie sboeustoychivyh sistem kontrolya k vozdeystviyu tyazhelyh zaryazhennyh chastic kosmicheskogo prostranstva / V.K. Zol'nikov, I.I. Strukov, K.A. Chubur [i dr.] // Sovremennye aspekty modelirovaniya sistem i processov : sbornik materialov Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferencii. - Voronezh, 2021. - S. 234-241. - DOI: 10.34220/MAMSP_234-241. Разработка схемотехнического и конструктивно-технологического базиса микросхем космического назначения / В.К. Зольников, В.И. Анциферова, А.Е. Козюков [и др.] // Современные аспекты моделирования систем и процессов : сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. - Воронеж, 2021. - С. 219-228. - DOI: 10.34220/MAMSP_219-228. Razrabotka shemotehnicheskogo i konstruktivno-tehnologicheskogo bazisa mikroshem kosmicheskogo naznacheniya / V.K. Zol'nikov, V.I. Anciferova, A.E. Kozyukov [i dr.] // Sovremennye aspekty modelirovaniya sistem i processov : sbornik materialov Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferencii. - Voronezh, 2021. - S. 219-228. - DOI: 10.34220/MAMSP_219-228. Особенности проектирования базовых элементов микросхем космического назначения / В.К. Зольников, Т.В. Скворцова, И.И. Струков [и др.] // Моделирование систем и процессов. - 2020. - Т. 13, № 3. - С. 66-70. - DOI: 10.12737/2219-0767-2020-13-3-66-70. Osobennosti proektirovaniya bazovyh elementov mikroshem kosmicheskogo naznacheniya / V.K. Zol'nikov, T.V. Skvorcova, I.I. Strukov [i dr.] // Modelirovanie sistem i processov. - 2020. - T. 13, № 3. - S. 66-70. - DOI: 10.12737/2219-0767-2020-13-3-66-70. Зольников, В.К. Обзор программ для САПР субмикронных СБИС и учет электрофизических эффектов глубоко субмикронного уровня / В.К. Зольников, А.Л. Савченко, А.Ю. Кулай // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. № 1. - С. 40-47. - DOI: 10.12737/article_5d639c80e25143.41546387. Zol'nikov, V.K. Obzor programm dlya SAPR submikronnyh SBIS i uchet elektrofizicheskih effektov gluboko submikronnogo urovnya / V.K. Zol'nikov, A.L. Savchenko, A.Yu. Kulay // Modelirovanie sistem i processov. - 2019. - T. 12. № 1. - S. 40-47. - DOI: 10.12737/article_5d639c80e25143.41546387.