ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ

Григор'єв Євген Володимирович

УДК 537.868

ВПЛИВ ІМПУЛЬСНИХ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ПОЛІВ

НА ЕЛЕМЕНТИ ІНТЕГРАЛЬНИХ МІКРОСХЕМ

05.27.01 - твердотільна електроніка

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків – 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Таврійському національному університеті ім. В. І. Вернадського

Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник - кандидат фізико-математичних наук, доцент

Старостенко Володимир Вікторович,

Таврійський національний університет
ім.B.І. Вернадського, завідувач кафедри радіофізики та електроніки

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, старший науковий співробітник
Чумаков Володимир Іванович,
Харківський національний університет радіоелектроніки, завідувач кафедри радіоелектронних пристроїв;

кандидат технічних наук,

Карушкін Микола Федорович,

завідувач відділу державного підприємства НДІ „Оріон” (м.Київ).

Провідна установа: ВАТ „Науково-виробниче підприємство „Сатурн” Міністерства промислової політики України (м.Київ).

Захист відбудеться “13” травня 2004 р. о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К64.052.04 у Харківському національному університеті радіоелектроніки за адресою: 61166, м. Харків, пр. Леніна, 14.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Харківського національного університету радіоелектроніки за адресою: 61166, м. Харків, пр. Леніна, 14

Автореферат розісланий “ 8 ” квітня 2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Бородiн Б.Г.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Зараз під час передачі та обробки інформації у техніці та повсякденному житті особлива увага приділяється електромагнітним умовам та роботоздатності радіоелектронних засобів під впливом імпульсних електромагнітних полів (ІЕМП) штучного та природного походження. У сучасній радіоапаратурі обробка сигналів зосереджена в інтегральних мікросхемах (ІМС), тому питання про роботоздатність радіоапаратури при впливі ІЕМП, у першу чергу, зводиться до процесів у мікросхемах.

Дослідження впливу імпульсних електромагнітних полів на напівпровідникові прилади (НПП) та ІМС спричинене появою електромагнітних бомб та генераторів надвисоких частот, які спроможні генерувати ІЕМП з потужністю більш ніж 1011 Вт в імпульсі. Це дало можливість цілеспрямовано впливати на бортові та супутникові системи керування з метою виведення їх із ладу. Військовий аспект даної проблеми стимулював проведення фундаментальних досліджень, спрямованих на підвищення стійкості інтегральних мікросхем під впливом потужних ІЕМП та на захист радіоелектронної апаратури від даної зброї.

Дослідження безпосереднього впливу імпульсних електромагнітних полів на НПП і мікросхеми, проведені в США та країнах Західної Європи, в основному зводяться до імітації подібного впливу подачею відеоімпульсу на виводи НПП та ІМС. Така імітація не враховує взаємну орієнтацію НПП та ІМС стосовно електромагнітного поля. Даний фактор визначає величини наведених струмів провідності у провідних мікроструктурних елементах (МСЕ), напругах, які прикладаються до МСЕ на основі p-n-переходу та струмів зсуву в діелектричних структурах. Імітаційна модель не дозволяє врахувати можливість розвитку на кристалі мікросхеми деградаційних процесів декількома шляхами та зв'язати параметри імпульсного електромагнітного поля з результатами впливу.

У цьому зв'язку актуальним є вирішення завдання безпосереднього впливу ІЕМП на мікросхеми з метою з’ясування причин та напрямків розвитку деградаційних явищ у кристалі, виявлення найменш стійких мікроструктурних елементів, визначення граничних значень полів, при яких починаються деградаційні процеси в мікроструктурних елементах та граничних значень полів, при яких відбуваються катастрофічні відмови мікросхем. Необхідно визначити параметри електромагнітної хвилі, які найбільше корелюються зі стійкістю мікросхем.

У роботі подані результати, які стосуються безпосереднього впливу імпульсних електромагнітних полів на мікросхеми у хвилевідному тракті. При трактових дослідженнях завдання впливу експериментально зважується в довгохвильовому наближенні і для детального вивчення динаміки розвитку фізичних процесів у МСЕ мікросхем виробляється числове розв’язання дифракційної та електротеплової задач стосовно моделі ІМС.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана в рамках держбюджетної теми №0198U002932 кафедри радіофізики та електроніки Таврійського національного університету ім. В.І.Вернадського “Дослідження пробою в напівпровідникових приладах та мікросхемах під впливом електромагнітних полів і моделювання режимів роботи напівпровідникових та електровакуумних приладів”.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є з’ясування причин та характеру розвитку фізичних процесів у мікроструктурних елементах інтегральних мікросхем під впливом імпульсних електромагнітних полів, що дозволяє визначити найменш стійкі МСЕ, встановити граничні значення факторів впливу, при яких починаються деградаційні процеси, а також значення полів, при яких настає катастрофічна відмова мікросхем, знайти зв'язок граничних значень полів із поляризаційним фактором та іншими характеристиками ІЕМП.

Мета роботи передбачає розв’язання таких завдань:

- обґрунтувати необхідність розробки методів та структур апаратних засобів метрологічного контролю потрібних для дослідження фізико-технічних параметрів елементів інтегральних мікросхем;

- провести експериментальні дослідження хвильових процесів під впливом електромагнітних полів на мікросхеми для визначення співвідношень між падаючою, відбитою, поглиненою хвилями та хвилею, яка пройшла; обґрунтувати вибір міри фактора впливу;

- визначити найменш стійкі мікроструктурні елементи мікросхем щодо безпосереднього впливу потужних імпульсних електромагнітних полів;

- здійснити аналіз кристалів та їх МСЕ після впливу ІЕМП у хвилевідному тракті з метою з’ясування характеру деградаційних явищ;

- з’ясувати особливості впливу імпульсних електромагнітних полів на МСЕ та визначити граничні значення полів, при яких починаються деградаційні процеси, та значення полів, при яких відбувається катастрофічна відмова ІМС, а також фактори, що впливають на них;

- математично змоделювати фізичні процеси розвитку деградацій у провідних структурах кристалу мікросхем.

Об'єктом дослідження є фізичні процеси в інтегральних мікросхемах під впливом електромагнітних полів.

Предметом дослідження є безпосередній вплив імпульсних електромагнітних полів на елементи інтегральних мікросхем.

Методи дослідження: Експериментальні дослідження щодо безпосереднього впливу потужних ІЕМП на мікросхеми та дослідження хвильових дифракційних процесів виконувались на створених установках, які базуються в основному на стандартних вимірювачах типу С1-65, М3-13/1, Х1-42, Г3-112, Р2-56, що забезпечило достовірність одержаних результатів.

Проектування та виготовлення блока керування магнетроном дозволило задавати необхідну кількість імпульсів або час роботи магнетронного генератора.

Розробка методів метрологічного контролю необхідних фізико-технічних параметрів мікросхем забезпечила одержання граничних значень полів.

Для аналізу деградаційних явищ у мікроструктурних елементах проводилось пошарове травлення корпусу мікросхем та фотографування їх кристалів під мікроскопом.

Математичне моделювання впливу імпульсних електромагнітних полів на інтегральні мікросхеми для з’ясування характеру розвитку деградаційних процесів у провідних тонких плівках базувалось на розв’язанні дифракційної та електротеплової задач.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в такому.

1. Удосконалено методику проведення досліджень з безпосереднього впливу потужних імпульсних електромагнітних полів на мікросхеми; проведено аналіз причин розвитку деградаційних процесів у мікроструктурних елементах; набрано статистичні дані щодо виходу МСЕ з ладу.

2. Уперше одержано для мікросхем розглянутого класу граничні значення напруженості електричного поля, при яких починаються деградаційні процеси в мікростуктурних елементах і катастрофічні відмови мікросхем; знайдено зв'язок між граничними значеннями полів та поляризаційним фактором.

3. Експериментально визначено вплив корпусу, виводів та кристала мікросхем на співвідношення між падаючою, відбитою, поглиненою хвилями та хвилею, що пройшла. Одержані результати є підставою для вибору міри фактора впливу - напруженості електричного поля падаючої хвилі.

4. Визначено міру впливу на мікроструктурні елементи мікросхем окремо електричного та магнітного компонентів електромагнітного поля.

5. Дістало подальший розвиток дослідження залежності граничних значень полів з урахуванням скін-ефекту, товщини провідної металевої плівки, параметрів імпульсів впливу.

Практичне значення результатів, одержаних у процесі виконання роботи, полягає в такому.

1. Запропоновано структуру установки для безпосереднього впливу потужних ІЕМП на мікросхеми, методику проведення досліджень на цій установці.

2. Дані щодо граничного значення напруженості електричних компонентів поля впливу, при яких починаються деградаційні явища та катастрофічна відмова мікросхем, можуть бути покладені в основу галузевих вимог стосовно стійкості мікросхем даного виду.

3. Одержані результати стосовно впливу поляризаційного фактора на стійкість мікросхем дозволять підвищити надійність радіоелектронної апаратури відповідною орієнтацією мікросхем у платах відносно зовнішнього електромагнітного поля.

4. Результати досліджень були використані при розробці телевізійних приймачів 4-го та наступних поколінь та при розробці апаратури спеціального призначення (акт упровадження від 25.12.97, НДІ телевізійної апаратури Сімферопольського науково-виробничого об’єднання “Фотон”). Практичне значення результатів роботи підтверджується їхнім упровадженням.

5. Розроблена методика досліджень впливу імпульсних електромагнітних полів на інтегральні мікросхеми використовується в лабораторних практикумах під час навчання студентів спеціальності 7.070201 – радіофізика та електроніка (акт упровадження від 10.12.03, Таврійського національного університету ім. В.І.Вернадського).

Особистий внесок здобувача. Основні результати експериментальних досліджень були одержані здобувачем самостійно. У роботах, опублікованих у співавторстві, здобувачу належить: [2, 6, 8, 13, 19] – розробка методики експериментального вирішення дифракційної задачі та вибір міри фактора впливу; [1, 3, 6, 7, 10 - 13, 18] - створення установки, методика проведення досліджень, аналіз одержаних експериментальних результатів; [4, 6, 14 - 17] – завдання та коректура параметрів математичної моделі, обговорення результатів.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертації апробовані на 6-ій, 8-ій, 10-ій та 13-ій Міжнародних Кримських конференціях “НВЧ - техніка та телекомунікаційні технології” (Севастополь, 1996, 1998, 2000, 2003), на Міжнародному науково-технічному семінарі “Шумові та деградаційні процеси в напівпровідникових приладах” (Москва, 1996), на IX Науково-технічній конференції “Датчик-97” (Гурзуф, 1997), 14th International Wroclaw Symposium and Exhibition on Electromagnetic Compatibility (Wroclaw, Poland, 1998), International Conference on LASERS’98 (Arizona, USA, 1998), 4-ій Кримській конференції “НВЧ - техніка та супутниковий прийом” (Севастополь, 1994).

Публікації. Результати дисертації опубліковано в 19 роботах, зокрема - у 9-ти статтях наукових журналів та у 10 матеріалах і тезах наукових конференцій та семінарів.

Структура й обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел. Обсяг дисертації 148 сторінок. У дисертаційному дослідженні є 65 рисунків, 4 таблиці. Список використаних джерел містить 101 назву на 10 сторінках.

Основний зміст роботи

У вступі дисертаційної роботи обґрунтовано актуальність проблеми, сформульовано мету і завдання досліджень, наведено основні наукові результати і їх практичне значення.

У першому розділі зроблено огляд стану проблеми у галузі дослідження впливу імпульсних електромагнітних полів на напівпровідникові прилади та інтегральні мікросхеми. Існуючі дослідження зарубіжних авторів в основному зведені до імітації впливу поля подачею відеоімпульсу на один з виводів мікросхем. Однак імітаційна модель не дозволяє досліджувати вплив взаємної орієнтації ІЕМП та ІМС на стійкість мікросхем, співвіднести характеристики поля впливу з результатом впливу, врахувати можливість розвитку деградаційних явищ у сукупності МСЕ. У даному розділі обґрунтована необхідність проведення експериментальних досліджень із безпосереднього впливу ІЕМП на ІМС.

У другому розділі наведені методи вирішення завдання впливу імпульсних електромагнітних полів на мікросхеми, обґрунтована можливість проведення експериментальних досліджень із безпосереднього впливу ІЕМП на ІМС в орієнтаціях а-е, а’’-е’’ (рис.1.) у хвилевідному тракті з довжиною хвилі 10 см. Розроблена методика проведення циклу експериментальних досліджень з вимірювання коефіцієнта стоячої хвилі (Ксх) та ослаблення (А), що дозволяє знайти співвідношення між падаючою, відбитою, поглиненою хвилями та хвилею, яка пройшла. Панорамний вимірювач Р2-56 дозволяє експериментально розв’язати задачу дифракції у діапазоні 2,59-3,95 ГГц у довгохвильовому наближенні для ІМС та визначити хвилю, що впливає.

У цьому розділі також розглядаються: принципи дії і характеристики спеціально створеної установки щодо безпосереднього впливу потужних ІЕМП на мікросхеми, методика проведення досліджень на цій установці, оцінки похибок вимірювань.

Для впливу ІЕМП на мікросхеми була створена установка (рис.2), що дозволила генерувати радіоімпульси з тривалістю 1 мкс, потужністю Рі 20 кВт (середня потужність Рср 2,3 Вт, шпаруватість 104) на частоті 3050 МГц. Кількість імпульсів від 1 до 104 або час роботи магнетронного генератора задавалося за допомогою спеціально виготовленого електронного блока керування магнетроном.

Рис.2.

Розроблені методи дозволили на цій установці досліджувати вплив ІЕМП на цифрові та аналогові ІМС, вплив поляризаційного фактора, електричних та магнітних компонентів поля на стійкість мікросхем, експериментально встановити граничні значення напруженості полів, при яких починаються деградаційні явища та відбувається катастрофічна відмова ІМС.

У третьому розділі розглядаються результати експериментальних досліджень впливу імпульсних електромагнітних полів на елементи інтегральних мікросхем. Наведені експериментальні залежності Ксх та ослаблення (А) у діапазоні роботи панорамного вимірювача Р2-56 для визначеного класу мікросхем, по-різному орієнтованих щодо хвилі Н10 у хвилеводі (рис.1). Зі співвідношення Рпад = Рвід + Рпогл + Рпр, де Рпад, Рвід, Рпогл, Рпр -потужності падаючої, відбитої, поглиненої хвиль та хвилі, яка пройшла, відповідно виразів А = 10lg(Рпр / Рпад) та Ксх = , одержані вирази для потужностей відбитої, поглиненої хвиль та хвилі, яка пройшла, у частках падаючої хвилі: , , . Серія порівняльних досліджень показала, що поглинена потужність однозначно не зв'язана з можливими процесами в кристалі ІМС, а тим більше в МСЕ, тому що маса мікроструктурних елементів набагато менша від маси корпусу з виводами. На підставі проведених досліджень зроблено висновок про доцільність вибору напруженості електричної компоненти падаючої хвилі як міри фактора впливу, однозначно зв'язаної з наведеним струмом у провідних структурах, напругою, прикладеною до МСЕ на основі p-n-переходу, та струмом зсуву в діелектричних мікроструктурних елементах.

У статистичні дані щодо впливу орієнтації ІМС відносно ІЕМП на граничні значення напруженості полів, при яких починаються деградаційні явища та відбувається катастрофічна відмова інтегральних мікросхем, увійшли результати досліджень 300 ІМС.

На 100 ІМС установлені граничні значення напруженості електричної компоненти ІЕМП, при якій починаються деградаційні процеси в МСЕ, на 200 ІМС - граничні значення напруженості електричної компоненти ІЕМП, при якій настає катастрофічна відмова мікросхем.

Мікросхеми розглянутого класу виходять із ладу під впливом на них імпульсного електромагнітного поля тривалості і = 1 мкс із напруженістю 60-90 кВ/м (60-70 кВ/м для ІМС біполярної та 80-90 кВ/м для ІМС КМОН структур) в орієнтаціях, коли грань кристала з МСЕ рівнобіжна вектору напруженості ІЕМП (орієнтації в, г, д, е, рис.1). У тому випадку, коли грань кристала з МСЕ перпендикулярна до вектора напруженості ІЕМП (орієнтації а, б, рис.1) для їх виходу з ладу необхідно, щоб напруженість поля була як мінімум на порядок вищою, ніж у попередніх випадках.

На рис.3 наведена діаграма розподілу МСЕ, що стали причиною катастрофічних відмов мікросхем під впливом ІЕМП. Як видно зі статистичних даних, найменш стійкими мікроструктурними елементами є тонкі металеві плівки: 91% ІМС біполярної та 69% ІМС КМОП структур виходять із ладу під впливом імпульсного електромагнітного поля унаслідок пропалювання струмопровідних доріжок та контактних площадок.

Деградаційні явища в МСЕ починаються при значеннях напруженостей полів на порядок менших від відповідних значень напруженостей, при яких починаються катастрофічні відмови.

Деградаційні вияви впливу імпульсних електромагнітних полів на провідні мікроструктурні елементи мають вигляд локальних пропалювань (рис.4).

Дослідженнями встановлено, що магнітна компонента ІЕМП набагато менше впливає на стійкість мікросхем, а граничні значення полів для визначеного класу цифрових та аналогових мікросхем практично не відрізняються.

Вихід мікросхем із ладу під впливом ІЕМП зумовлений неоднорідністю провідних тонких металевих плівок. Експериментально простежити динаміку розвитку деградаційних процесів у цих плівках неможливо. Для цього необхідно розробити математичну модель впливу імпульсних електромагнітних полів на мікросхеми та їх мікроструктурні елементи.

У четвертому розділі проведено математичне моделювання деградаційних процесів у провідних елементах мікросхем при впливі імпульсних електромагнітних полів для виявлення динаміки їх розвитку. З урахуванням складності структури мікросхеми та можливостей різних методів для числового розв’язання дифракційної задачі обрано декомпозиційний метод із використанням мінімальних автономних блоків.

При числовому розв’язанні дифракційної задачі модель мікросхеми (рис.5) містила в собі такі макрокомпоненти: корпус, виводи, підкладку з кристалом. Врахувати реальну топологію мікроструктурних елементів на підкладці неможливо. Тому для дослідження процесів у провідних металевих плівках та прилеглих шарах використовувалася спрощена модель кристала (рис.5).

Розрахунки показують, що кристал, а тим більше мікроструктурні елементи на підкладці не впливають на розподіл полів у ближній зоні та на співвідношення хвиль у дальній зоні. У положеннях в та д (рис.1) поле в ближній зоні послабляється за рахунок поглинання в корпусі ІМС. У положеннях а та б найбільше збурювання в поле ближньої зони роблять виводи мікросхем. В інших положеннях корпус та виводи також незначно послабляють або збурюють падаючу хвилю Н10.

У даному розділі також розв’язується числова динамічна електротеплова задача розвитку деградаційних процесів у провідних МСЕ під впливом ІЕМП. Електротеплова задача сформульована як система нелінійних нестаціонарних рівнянь для моделі кристала з відповідними граничними та початковими умовами. Джерелами тепловиділення в кристалі є струми у провідних структурах, і їх значення залежать від параметрів неоднорідностей металевих плівок, а також від взаємної орієнтації ІЕМП та ІМС. Для обліку неоднорідності провідна тонка металева плівка моделюється як сітка опорів, а розподіл неоднорідностей задається випадково.

Числові розрахунки підтвердили запропоновану у 3-му розділі фізичну модель розвитку процесів у провідних мікроструктурних елементах під впливом на мікросхеми імпульсних електромагнітних полів. За наявності у поперечному перерізі тонкої металевої плівки ділянок із великим опором збільшується густина струму у звуженій частині металевої плівки, що призводить до значного виділення тепла на цій частині струмового каналу – локалізації тепла, а потім – до пропалювання провідної структури (рис.6)

Моделювання електротеплових процесів у кристалі мікросхеми показує, що локалізація тепла відбувається також на межі метал-діелектрик, тобто на межі переходу струму провідності в струм зсуву, де відбувається різка зміна електрофізичних параметрів МСЕ. Граничні значення напруженості полів, що призводять до деградацій у мікроструктурних елементах, катастрофічних відмов мікросхем, залежать від тривалості імпульсу та параметрів неоднорідностей у провідних тонких металевих плівках.

Електротеплова модель дозволяє: дослідити деградаційні процеси у провідних мікроструктурних елементах, одержати залежності граничних значень полів з урахуванням скін-ефекту, товщини провідної металевої плівки, параметрів імпульсів впливу та інших характеристик поля.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

У дисертації новим є результати експериментальних досліджень і теоретичне моделювання впливу імпульсних електромагнітних полів на мікроструктурні елементи мікросхем. Проведені експериментальні дослідження у хвилевідному тракті, результати яких підтверджені числовими оцінками, дозволяють зробити такі висновки:

1. Запропоновано структуру установки та розроблено методику експериментальних досліджень у хвилевідному тракті щодо безпосереднього впливу потужних імпульсних електромагнітних полів на елементи інтегральних мікросхем [1, 3, 6, 7].

2. Проведений цикл експериментальних досліджень дозволив виявити вплив макрокомпонентів ІМС (корпусу, виводів, кристала) на співвідношення між падаючою, відбитою, поглиненою хвилями та хвилею, що пройшла, і обґрунтувати вибір міри фактора впливу - напруженості електричної компоненти падаючої електромагнітної хвилі [2, 6, 8].

Визначено найменш стійкий мікроструктурний елемент мікросхем - провідні структ

3. ури кристала: 91% ІМС із біполярними та 69% із КМОН структурами під впливом ІЕМП виходять із ладу через пропалювання провідної тонкої металевої плівки [1, 3, 6].

4. Установлено, що одним із основних факторів, що впливає на процеси в мікросхемах під дією імпульсних електромагнітних полів, є поляризаційний. Даний фактор визначає граничні значення напруженості ІЕМП, при яких у мікросхемах починають розвиваться деградаційні процеси, та значення полів, що призводять до катастрофічних відмов ІМС. Дану обставину необхідно враховувати при конструюванні радіоапаратури, що піддається впливу електромагнітного поля з відомою поляризацією, або при компонуванні плат із мікросхемами поблизу джерел електромагнітного поля [1 - 3, 6, 8].

5. Уперше експериментально встановлені граничні значення параметрів ІЕМП, що призводять до деградацій у провідних МСЕ та катастрофічних відмов розглянутого класу мікросхем. Одержані дані можна використовувати при розробці нормативно-технічної документації, яка регламентує надійність роботи мікросхем [3, 6, 7].

6. На основі математичної моделі впливу ІЕМП на ІМС підтверджені дані експериментальних досліджень, встановлені числові співвідношення між тривалістю імпульсу, значеннями параметрів неоднорідності провідних металевих плівок з граничними значеннями напруженості електричної компоненти поля, що викликають появу локальних деградаційних ділянок, а також пропалювання провідної металевої структури [1, 4].

7. Встановлено, що локалізація тепла відбувається на частках тонкої металевої плівки, які мають додатковий опір, що призводить до збільшення густини струму. Одержані дані щодо утворення локальних деградаційних ділянок можуть бути використані виробниками мікросхем при розробці нових технологій або при виборі нових матеріалів [1, 3].

Основні результати дисертації відображені у таких публікаціях:

1. Таран Е.П., Старостенко В.В., Григорьев Е.В. Локальная деградация металлизации в интегральных микросхемах при воздействии электромагнитных полей // Радиофизика и электроника. - 1998. - Т.3, №1, - С.123-126.

2. Григорьев Е.В., Малишевский С.В., Старостенко В.В., Таран Е.П. Влияние поляризации электромагнитной волны на соотношение между волнами при воздействии на интегральные микросхемы // Радиоэлектроника и информатика. –2002. - №2. - С.19-21.

3. Григорьев Е.В., Малишевский С.В., Старостенко В.В., Таран Е.П. Механизмы воздействия электромагнитных полей на интегральные микросхемы // Радиоэлектроника и информатика. –2002. - №3. - С.29-32.

4. Таран Е.П., Старостенко В.В., Григорьев Е.В., Рукавишников А.В. Влияние параметров неоднородности проводящих микроструктур интегральных микросхем на кривую Вунша-Белла // Ученые записки ТНУ. - 2003. – №15(54). – С. 107-115.

5. Старостенко В.В., Глумова М.В., Григорьев Е.В. Применение метода конечных элементов для расчета электростатических полей в ЭЛТ // Радиотехника. - 1992. - Вып. 96. - С. 110-113.

6. Григорьев Е.В., Старостенко В.В., Таран Е.П., Борисов А.А. Воздействие электромагнитных полей на интегральные микросхемы // Измерительная техника. - 1998. - № 4. - С.65-67.

7. Григорьев Е.В., Весна В.В., Старостенко В.В. Исследование стойкости ИМС при воздействии электромагнитных полей // Спецэлектроника. – 1991. – Вып. 1(37). – С.60-66. (ДСП).

8. Григорьев Е.В., Глумова М.В., Старостенко В.В. Влияние ориентации микросхем на соотношение мощностей падающей волны // Труды в/ч 67947. – 1993. – Вып. 43. – С.112-117. (ДСП).

9. Taran Ye.P., Starostenko V.V., Grigor’ev Ye.V. Effect of heterogeneity parameters of conducting microstructures of integrated circuited on the Wunsch-Bell curve // Telecommunications and Radio Engineering. – 2002. – 57(8-9). – P.105-112.

10. Старостенко В.В., Григорьев Е.В., Таран Е.П. Влияние электромагнитных полей на стойкость интегральных микросхем // Материалы докладов 6-й Международной Крымской конференции “СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии”. – Севастополь. – 1996. - С.433-436.

11. Магда И.И., Старостенко В.В., Таран Е.П., Григорьев Е.В. Исследование стойкости и деградационных явлений в ИМС при воздействии электромагнитных полей // Материалы докладов международного научно-технического семинара “Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах”. – Москва. - 1997. - С.358-363.

12. Григорьев Е.В., Старостенко В.В., Таран Е.П. Исследование стойкости микросхем при воздействии мощных монохроматических электромагнитных полей // Материалы докладов 8-й Международной Крымской конференции “СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии”. – Севастополь. – 1998. - С.138-139.

13. Старостенко В.В., Григорьев Е.В., Таран Е.П. Исследование воздействия электромагнитных полей на элементы радиоэлектронной аппаратуры // Тезисы докладов IX Научно-технической конференции “Датчик-97”. – Гурзуф. - 1997. - С.360-362.

14. Старостенко В.В., Таран Е.П., Шадрин А.А., Воистинов А.В.,
Григорьев Е.В. Расчет электромагнитных полей в волноведущих структурах со сложной геометрией // Материалы докладов 8-й Международной Крымской конференции “СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии”. – Севастополь. – 1998. - С.273-274.

15. Таран Е.П., Старостенко В.В., Григорьев Е.В., Лащенников Д.Э. Распределение тока и локализация тепла в металлизации интегральных микросхем при воздействии электромагнитных полей // Материалы докладов
10-й Международной Крымской конференции “СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии”. – Севастополь. – 2000. - С.478-479.

16. Старостенко В.В., Григорьев Е.В., Таран Е.П., Рукавишников А.А. Влияние толщины металлизации на стойкость интегральных микросхем при воздействии электромагнитных полей // Материалы докладов 13-й Международной Крымской конференции “СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии”. – Севастополь. – 2003. - С.628-629.

17. Таран Е.П., Старостенко В.В., Григорьев Е.В., Борисов А.А. Динамика деградационных процессов в интегральных микросхемах // Материалы докладов 6-й Международной Крымской конференции “CВЧ-техника и телекоммуникационные технологии”. – Севастополь. – 1996. - С.437-440.

18. Григорьев Е.В. Исследование деградации и причин отказов микросхем в зависимости от их ориентации при воздействии импульсных электромагнитных полей // Материалы докладов 4-й Крымской конференции “СВЧ-техника и спутниковый прием”. – Севастополь. – 1994. - С.345-346.

19. Григорьев Е.В., Шишов Ф.Л., Весна В.В., Старостенко В.В. Влияние ориентации микросхем на соотношения между волнами при воздействии электромагнитных полей // Материалы докладов 4-й Крымской конференции “СВЧ-техника и спутниковый прием”. – Севастополь. – 1994. - С.347-348.

АНОТАЦІЯ

Григор'єв Є.В. Вплив імпульсних електромагнітних полів на елементи інтегральних мікросхем. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.27.01 – твердотільна електроніка. Харківський національний університет радіоелектроніки, Харків, 2004.

Дисертаційна робота присвячена з’ясуванню причин та характеру розвитку фізичних процесів у мікроструктурних елементах мікросхем під впливом імпульсних електромагнітних полів. Приведений цикл експериментальних досліджень дозволив визначити найменш стійкий елемент мікросхем – провідні доріжки та контактні площадки. Встановлено вплив поляризаційного фактора на граничні значення напруженості ІЕМП, при яких у мікросхемах починаються деградаційні процеси та значення полів, що призводять до катастрофічних відмов.

У дисертації новим є результати експериментальних досліджень і теоретичне моделювання впливу імпульсних електромагнітних полів на мікроструктурні елементи мікросхем. Практичне застосування одержаних результатів дозволить підвищити надійність роботи ІМС при впливі ІЕМП.

Ключові слова: деградаційні процеси, неоднорідність провідної структури, інтегральні мікросхеми, катастрофічна відмова.

АННОТАЦИЯ

Григорьев Е.В. Воздействие импульсных электромагнитных полей на элементы интегральных микросхем. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.27.01 – твердотельная электроника. Харьковский национальный университет радиоэлектроники, Харьков, 2004.

Диссертационная работа посвящена выявлению причин изменений и характера развития физических процессов в элементах интегральных микросхем при воздействии импульсных электромагнитных полей.

Воздействие импульсных электромагнитных полей на микросхемы представляет собой взаимодействие волн дифракционного поля с микроструктурными элементами. Экспериментальное решение этой задачи в волноводном тракте позволило обосновать выбор меры воздействующего фактора – напряженности электрической компоненты падающей электромагнитной волны.

Проведённые экспериментальные исследования на специально созданной установке позволили выявить наименее стойкий МСЭ микросхемы – проводящие дорожки и контактные площадки: 91% ИМС с биполярными и 69% с КМОП структурами при воздействии ИЭМП выходят из строя по причине прожога металлизации. Установлено влияние поляризационного фактора и впервые для исследуемых микросхем получены пороговые значения напряженности электрического поля падающей волны, при которых в кристалле начинают развиваться деградационные процессы, приводящие к катастрофическим отказам ИМС. Результаты экспериментальных исследований в волноводном тракте подтверждены численными оценками. В диссертационной работе новым являются результаты экспериментальных исследований и теоретическое моделирование воздействия импульсных электромагнитных полей на микроструктурные элементы микросхем.

Полученные результаты можно использовать при разработке нормативно-технической документации, регламентирующей надёжность работы микросхем, при конструировании радиоаппаратуры, подвергающейся воздействию поля с известной поляризацией или при компоновке плат с микросхемами вблизи источников электромагнитного излучения.

Ключевые слова: деградационные процессы, неоднородность проводящей структуры, интегральные микросхемы, катастрофический отказ.

ABSTRACT

Grygoriev Y.V. The effect of pulse electromagnetic fields on elements of integrated circuits. - Manuscript.

Thesis for a candidate degree by specialty 05.27.01 - solid-state electronics engineering. The Kharkov national university of radio electronics, Kharkov, 2004.

Thesis is dedicated to detection of reasons of changes and character of development of physical processes in units of integrated circuits at effect of pulse electromagnetic fields.

The least resistant unit of microcircuits - conductive tracks and bonding contact pads is detected.

The effect of the polarization factor on threshold values of an electric field strength of an incident wave is established.

In the thesis new the outcomes of experimental researches and theoretical simulation of effect of pulse electromagnetic fields on building blocks of microcircuits are.

Keywords: irreversible degradation processes, non-uniformity of conductive structure, integrated circuits, disastrous failure.