Радиационно-стойкая интегральная схема и Радиационное упрочнение

Привет, Вы узнаете о том , что такое Радиационно-стойкая интегральная схема и Радиационное упрочнение, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое Радиационно-стойкая интегральная схема и Радиационное упрочнение , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Материаловедение и материалы электронных аппаратов.

Радиационное упрочнение — это процесс создания электронных компонентов и схем, устойчивых к повреждениям или сбоям, вызванным высокими уровнями ионизирующего излучения ( излучение корпускулярного типа и высокоэнергетическое электромагнитное излучение ), особенно для сред в открытом космосе (особенно за пределами низкой околоземной орбиты ), вокруг ядерных реакторов и ускорителей частиц или во время ядерных аварий или ядерной войны .

Большинство полупроводниковых электронных компонентов подвержены радиационному повреждению, а радиационно-стойкие ( rad-hard ) компоненты основаны на их не-закаленных эквивалентах с некоторыми конструктивными и производственными изменениями, которые снижают восприимчивость к радиационному повреждению. Из-за низкого спроса и обширных разработок и испытаний, необходимых для создания радиационно-стойкой конструкции микроэлектронного чипа, технология радиационно-стойких чипов имеет тенденцию отставать от самых последних разработок. Они также обычно стоят дороже своих коммерческих аналогов.

Изделия, устойчивые к излучению, обычно подвергаются одному или нескольким испытаниям на определение результирующих эффектов, включая общую ионизирующую дозу (TID), повышенные эффекты низкой мощности дозы (ELDRS), повреждения от смещения нейтронов и протонов, а также эффекты единичных событий (SEE).

Радиационно стойкая интегральная схема — интегральная схема, к которой предъявлены повышенные требования устойчивости к сбоям, вызванным воздействием радиации. Основная область применения подобных схем — это космические аппараты, военная техника и медицинская электроника.

Среды с высоким уровнем ионизирующего излучения создают особые проблемы проектирования. Одна заряженная частица может выбить тысячи электронов , вызывая электронный шум и всплески сигнала . В случае цифровых схем это может привести к неточным или непонятным результатам. Это особенно серьезная проблема при проектировании спутников , космических аппаратов , будущих квантовых компьютеров , военных самолетов , атомных электростанций и ядерного оружия . Чтобы обеспечить надлежащую работу таких систем, производители интегральных схем и датчиков, предназначенных для военного или аэрокосмического рынков, используют различные методы радиационной стойкости. Получающиеся системы называются радиационно-стойкими , рад-стойкими или (в контексте) стойкими .

Типичными источниками воздействия ионизирующего излучения на электронику являются радиационные пояса Ван Аллена для спутников, ядерные реакторы на электростанциях для датчиков и схем управления, ускорители частиц для управляющей электроники (в частности, устройств обнаружения частиц ), остаточная радиация от изотопов в материалах упаковки микросхем , космическое излучение для космических аппаратов и высотных самолетов, а также ядерные взрывы для потенциально всей военной и гражданской электроники.

Вторичные частицы возникают в результате взаимодействия других видов излучения со структурами вокруг электронных устройств.

• Радиационные пояса Ван Аллена содержат электроны (примерно до 10 МэВ) и протоны (до 100 МэВ), захваченные в геомагнитном поле . Поток частиц в регионах, более удаленных от Земли, может сильно варьироваться в зависимости от фактических условий Солнца и магнитосферы . Из-за своего положения они представляют опасность для спутников.
• Ядерные реакторы генерируют гамма-излучение и нейтронное излучение , которые могут влиять на работу датчиков и цепей управления на атомных электростанциях .
• Ускорители частиц производят высокоэнергетические протоны и электроны, а вторичные частицы, образующиеся в результате их взаимодействия, наносят значительный радиационный ущерб чувствительным компонентам управления и детекторам частиц, порядка 10 Мрад[Si]/год для таких систем, как Большой адронный коллайдер .
• Материалы для упаковки чипов были коварным источником радиации, которая, как было обнаружено, вызывала программные ошибки в новых чипах DRAM в 1970-х годах. Следы радиоактивных элементов в упаковке чипов производили альфа-частицы, которые затем время от времени разряжали некоторые конденсаторы, используемые для хранения битов данных DRAM. Эти эффекты были уменьшены сегодня за счет использования более чистых упаковочных материалов и применения кодов исправления ошибок для обнаружения и частого исправления ошибок DRAM.
• Космические лучи приходят со всех направлений и состоят примерно из 85% протонов , 14% альфа-частиц и 1% тяжелых ионов , вместе с рентгеновским и гамма-излучением. Большинство эффектов вызвано частицами с энергией от 0,1 до 20 ГэВ . Атмосфера фильтрует большинство из них, поэтому они в первую очередь представляют опасность для космических кораблей и высотных самолетов, но также могут влиять на обычные компьютеры на поверхности.
• События, связанные с солнечными частицами, происходят со стороны Солнца и состоят из большого потока высокоэнергетических (несколько ГэВ) протонов и тяжелых ионов, опять же сопровождаемых рентгеновским излучением.
• Ядерные взрывы производят короткий и чрезвычайно интенсивный всплеск через широкий спектр электромагнитного излучения, электромагнитный импульс (ЭМИ), нейтронное излучение и поток как первичных, так и вторичных заряженных частиц. В случае ядерной войны они представляют потенциальную опасность для всей гражданской и военной электроники.

Имеют место два основных механизма повреждения:

Смещение решетки вызывается нейтронами , протонами, альфа-частицами, тяжелыми ионами и гамма-фотонами очень высокой энергии . Они изменяют расположение атомов в кристаллической решетке , создавая стойкие повреждения и увеличивая количество центров рекомбинации , истощая неосновные носители и ухудшая аналоговые свойства затронутых полупроводниковых переходов . Противоречит интуиции, более высокие дозы в течение короткого времени вызывают частичный отжиг («исцеление») поврежденной решетки, что приводит к меньшей степени повреждения, чем при тех же дозах, доставленных с низкой интенсивностью в течение длительного времени (LDR или низкая мощность дозы). Этот тип проблемы особенно важен в биполярных транзисторах , которые зависят от неосновных носителей в своих базовых областях; повышенные потери, вызванные рекомбинацией , вызывают потерю коэффициента усиления транзистора (см. нейтронные эффекты ). Компоненты, сертифицированные как свободные от ELDRS (Enhanced Low Dose Rate Sensitive), не показывают повреждений при потоках ниже 0,01 рад(Si)/с = 36 рад(Si)/ч.

Эффекты ионизации вызываются заряженными частицами, в том числе с энергией, слишком низкой для возникновения эффектов решетки. Эффекты ионизации обычно являются кратковременными, создавая сбои и мягкие ошибки, но могут привести к разрушению устройства, если они запускают другие механизмы повреждения (например, защелкивание ). Фототок, вызванный ультрафиолетовым и рентгеновским излучением, также может относиться к этой категории. Постепенное накопление дырок в оксидном слое в транзисторах MOSFET приводит к ухудшению их работы, вплоть до выхода устройства из строя, когда доза достаточно высока (см. эффекты полной ионизирующей дозы ).

Эффекты могут существенно различаться в зависимости от всех параметров — типа излучения, общей дозы и потока излучения, комбинации типов излучения и даже вида нагрузки устройства (рабочая частота, рабочее напряжение, фактическое состояние транзистора в момент попадания в него частицы), — что затрудняет тщательное тестирование, отнимает много времени и требует множества тестовых образцов.

Эффекты «конечного пользователя» можно разделить на несколько групп:

Нейтрон, взаимодействующий с решеткой полупроводника, смещает атомы в решетке. Это приводит к увеличению числа центров рекомбинации и дефектов глубоких уровней , сокращая время жизни неосновных носителей заряда, тем самым влияя на биполярные устройства больше, чем на КМОП- устройства. Биполярные устройства на кремнии , как правило, показывают изменения электрических параметров на уровнях от 10 ¹⁰ до 10 ¹¹ нейтронов/см ² , в то время как КМОП-устройства не подвержены влиянию до 10 ¹⁵ нейтронов/см ² . Чувствительность устройств может увеличиваться вместе с повышением уровня интеграции и уменьшением размера отдельных структур. Существует также риск наведенной радиоактивности, вызванной активацией нейтронов , что является основным источником шума в астрофизических приборах высоких энергий . Наведенное излучение вместе с остаточным излучением от примесей в материалах компонентов может вызывать всевозможные проблемы с единичными событиями в течение срока службы устройства. Светодиоды GaAs , распространенные в оптопарах , очень чувствительны к нейтронам. Повреждение решетки влияет на частоту кристаллических осцилляторов . Сюда же относятся эффекты кинетической энергии (а именно смещения решетки) заряженных частиц.

Эффекты общей ионизирующей дозы представляют собой кумулятивное повреждение решетки полупроводника ( повреждение смещения решетки ), вызванное воздействием ионизирующего излучения с течением времени. Оно измеряется в радах и вызывает медленное постепенное ухудшение производительности устройства. Общая доза, превышающая 5000 рад, доставленная к кремниевым устройствам в течение времени порядка секунд или минут, вызовет долгосрочную деградацию. В устройствах CMOS излучение создает пары электрон-дырка в слоях изоляции затвора, которые вызывают фототоки во время их рекомбинации, а дырки, захваченные в дефектах решетки в изоляторе, создают постоянное смещение затвора и влияют на пороговое напряжение транзисторов , что упрощает включение транзисторов MOSFET N-типа и затрудняет включение транзисторов P-типа. Накопленный заряд может быть достаточно высоким, чтобы транзисторы оставались постоянно открытыми (или закрытыми), что приводит к отказу устройства. Со временем происходит некоторое самовосстановление, но этот эффект не слишком значителен. Этот эффект такой же, как деградация горячих носителей в высокоскоростной электронике с высокой степенью интеграции. Кварцевые генераторы в некоторой степени чувствительны к дозам радиации, которые изменяют их частоту. Чувствительность может быть значительно снижена за счет использования кварцевого поля . Кристаллы природного кварца особенно чувствительны. Кривые характеристик излучения для испытаний TID могут быть получены для всех процедур испытаний результирующих эффектов. Эти кривые показывают тенденции характеристик на протяжении всего процесса испытаний TID и включены в отчет об испытаниях на излучение.

Эффекты кратковременной дозы возникают из-за кратковременного высокоинтенсивного импульса излучения, обычно происходящего во время ядерного взрыва. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Высокий поток излучения создает фототоки во всем теле полупроводника, заставляя транзисторы случайно открываться, изменяя логические состояния триггеров и ячеек памяти . Необратимые повреждения могут возникнуть, если длительность импульса слишком велика или если импульс вызывает повреждение перехода или защелкивание. Защелкивания обычно вызываются рентгеновскими лучами и вспышкой гамма-излучения ядерного взрыва. Кварцевые генераторы могут прекратить колебаться на время вспышки из-за быстрой фотопроводимости, индуцированной в кварце.

Эффекты SGEMP вызваны вспышкой излучения, проходящей через оборудование и вызывающей локальную ионизацию и электрические токи в материале микросхем, печатных плат , электрических кабелей и корпусов.

Эффекты одиночных событий (SEE) широко изучались с 1970-х годов. ^{[ 9 ]} Когда высокоэнергетическая частица проходит через полупроводник, она оставляет ионизированный след. Эта ионизация может вызвать сильно локализованный эффект, аналогичный эффекту кратковременной дозы — безобидный сбой на выходе, менее безобидный переворот бита в памяти или регистре или, особенно в транзисторах высокой мощности , разрушительный фиксатор и выгорание. Эффекты одиночных событий имеют значение для электроники в спутниках, самолетах и ​​других гражданских и военных аэрокосмических приложениях. Иногда в схемах, не включающих фиксаторы, полезно вводить RC- цепи с постоянной времени , которые замедляют время реакции схемы сверх продолжительности SEE.

SET происходит, когда заряд, собранный в результате ионизации, разряжается в виде ложного сигнала, проходящего через цепь. Это фактически эффект электростатического разряда . Он считается мягкой ошибкой и является обратимым.

Сбои по одному событию (SEU) или эффекты переходного излучения в электронике — это изменения состояния памяти или битов регистра, вызванные взаимодействием одного иона с чипом. Они не вызывают длительного повреждения устройства, но могут вызвать длительные проблемы в системе, которая не может восстановиться после такой ошибки. В противном случае это обратимая программная ошибка. В очень чувствительных устройствах один ион может вызвать многобитовое сбой (MBU) в нескольких соседних ячейках памяти. SEU могут стать однособытийными функциональными прерываниями ( SEFI ), когда они нарушают работу цепей управления, таких как конечные автоматы , переводя устройство в неопределенное состояние, тестовый режим или остановку, для восстановления которых затем потребуется сброс или выключение питания .

SEL может возникнуть в любой микросхеме с паразитной структурой PNPN . Тяжелый ион или высокоэнергетический протон, проходящий через один из двух внутренних транзисторных переходов, может включить тиристороподобную структуру, которая затем остается « закороченной » (эффект, известный как защелкивание ) до тех пор, пока устройство не будет выключено и включено снова. Поскольку эффект может возникнуть между источником питания и подложкой, может возникнуть разрушительно высокий ток, и деталь может выйти из строя. Это серьезная ошибка, и она необратима. Наиболее восприимчивы к этому объемные КМОП-устройства.

Однократный снэпбэк похож на SEL, но не требует структуры PNPN и может быть вызван в N-канальных МОП-транзисторах, переключающих большие токи, когда ион попадает вблизи стокового перехода и вызывает лавинное умножение носителей заряда . Затем транзистор открывается и остается открытым, что является жесткой ошибкой, которая необратима.

SEB может возникнуть в силовых МОП-транзисторах, когда подложка прямо под областью истока получает прямое смещение, а напряжение сток-исток выше, чем напряжение пробоя паразитных структур. Результирующий высокий ток и локальный перегрев могут затем разрушить устройство. Это серьезная ошибка, и она необратима.

SEGR наблюдаются в силовых МОП-транзисторах, когда тяжелый ион попадает в область затвора, когда к затвору приложено высокое напряжение. Затем в изолирующем слое диоксида кремния происходит локальный пробой , вызывающий локальный перегрев и разрушение (выглядящее как микроскопический взрыв ) области затвора. Это может произойти даже в ячейках EEPROM во время записи или стирания, когда ячейки подвергаются сравнительно высокому напряжению. Это серьезная ошибка, и она необратима.

Хотя протонные пучки широко используются для тестирования SEE из-за их доступности, при более низких энергиях протонное облучение часто может недооценивать восприимчивость SEE. Кроме того, протонные пучки подвергают устройства риску отказа полной ионизирующей дозы (TID), что может исказить результаты тестирования протонов или привести к преждевременному отказу устройства. Белые нейтронные пучки — якобы наиболее представительный метод тестирования SEE — обычно получают из источников на основе твердых мишеней, что приводит к неоднородности потока и малым площадям пучка. Белые нейтронные пучки также имеют некоторую степень неопределенности в своем энергетическом спектре, часто с высоким содержанием тепловых нейтронов.

Недостатки источников протонов и нейтронов расщепления можно обойти, используя моноэнергетические нейтроны 14 МэВ для тестирования SEE. Потенциальной проблемой является то, что эффекты единичных событий, вызванные моноэнергетическими нейтронами, не будут точно отражать реальные эффекты атмосферных нейтронов широкого спектра. Однако недавние исследования показали, что, напротив, моноэнергетические нейтроны, в частности нейтроны 14 МэВ, можно использовать для довольно точного понимания сечений SEE в современной микроэлектронике.

Высокоэнергетические частицы при торможении в материале корпуса электронного устройства порождают гамма-излучение, рентгеновское излучение и тяжелые ионы. Эти частицы ионизируют структуры КМОП-транзисторов, в частности затвор и подзатворный оксид. В результате изменяются параметры транзисторов такие как: токи утечки, время нарастания и спада фронтов. Степень разрушения интегральной схемы увеличивается как по мере роста общей полученной дозы излучения, так и по мере роста интенсивности внешнего облучения.

Большая мгновенная доза радиации может вызвать импульс напряжения на шинах питания, что приводит: к случайным сбоям переключения (англ. Single Event Transient, SET), к защелкиванию транзисторов (англ. latch-up), а также к повреждению проводников питания.

Нарастание тока утечки увеличивает рассеиваемую в выключенном состоянии транзистора мощность, что может приводить к перегреву и термическому разрушению транзистора.

Наиболее частые проблемы вызываются так называемыми случайными воздействиями (англ. Single Event Effects, SEE), которые происходят, когда интегральная схема облучается тяжелыми частицами (космические лучи, протоны, электроны, альфа-частицы, термические нейтроны и т. д.). Проходя сквозь объем полупроводника, они оставляют за собой трек (шлейф) из свободных носителей заряда. Это приводит к генерации электронно-дырочных пар в подзатворном окисле обычных КМОП-схем.

Наиболее часто случайное воздействие приводит к одиночным сбоям (англ. Single-event Upset, SEU). Обычно такие события происходят в ячейках памяти или в статических триггерах при попадании в них ионов. Возникший при этом импульс тока переводит ячейку или триггер в противоположное состояние (это равнозначно программной команде «не», то есть побитовой инверсии). Обнаружив такое событие, его последствия легко устранить перезаписью неправильного состояния. Чем меньше размеры транзистора, тем меньше величина заряда, необходимого для переключения состояния схемы и тем больше вероятность возникновения одиночного сбоя. В результате существует фактор-ограничитель минимального размера транзисторов пригодных для работы в условиях радиации.

Другое следствие случайного воздействия — это защелкивание транзисторов. Причина защелкивания транзисторов заключена в наличии в интегральных схемах построенных по КМОП-технологии паразитных структур из пар p-n-p и n-p-n транзисторов, которые вместе образуют схему близкую к тиристору. Большой потенциал, вызванный ионом, образует импульс тока, открывающий такой «тиристор», а это уже приводит к возникновению большого тока через структуры транзисторов, причем этот ток не уменьшается и после снятия высокого потенциала, вызванного ионом. В результате устройство перегревается и может полностью выйти из строя.

Закаленные чипы часто производятся на изолирующих подложках вместо обычных полупроводниковых пластин. Обычно используются кремний на изоляторе ( SOI ) и кремний на сапфире ( SOS ). В то время как обычные чипы коммерческого класса могут выдерживать от 50 до 100 грей (от 5 до 10 крад ), чипы SOI и SOS космического класса могут выдерживать дозы от 1000 до 3000 грей (от 100 до 300 крад ). Одно время многие чипы серии 4000 были доступны в радиационно-стойких версиях (RadHard). ^{[ 13 ]} Хотя SOI устраняет события защелкивания, TID и SEE-стойкость не гарантированно улучшаются.

Выбор подложки с широкой запрещенной зоной обеспечивает ей более высокую устойчивость к дефектам глубоких уровней; например, карбид кремния или нитрид галлия .

Использование специального технологического узла обеспечивает повышенную радиационную стойкость. Из-за высоких затрат на разработку новых радиационно-стойких процессов наименьший «истинно» радиационно-стойкий (RHBP, Rad-Hard By Process) процесс по состоянию на 2016 год составляет 150 нм, однако были доступны радиационно-стойкие 65 нм ПЛИС, в которых использовались некоторые методы, используемые в «истинно» радиационно-стойких процессах (RHBD, Rad-Hard By Design). По состоянию на 2019 год доступны радиационно-стойкие процессы 110 нм.

Биполярные интегральные схемы обычно имеют более высокую устойчивость к радиации, чем схемы КМОП. Маломощные Schottky (LS) серии 5400 могут выдерживать 1000 крад, а многие ECL-устройства могут выдерживать 10 000 крад. Использование безграничных КМОП- транзисторов, которые имеют нетрадиционную физическую конструкцию, вместе с нетрадиционной физической компоновкой, также может быть эффективным.

Магниторезистивная RAM , или MRAM , считается вероятным кандидатом на обеспечение радиационно-устойчивой, перезаписываемой, энергонезависимой проводниковой памяти. Физические принципы и ранние тесты показывают, что MRAM не подвержена потере данных, вызванной ионизацией.

DRAM на основе конденсаторов часто заменяется более прочной (но большей и более дорогой) SRAM . Ячейки SRAM имеют больше транзисторов на ячейку, чем обычно (4T или 6T), что делает ячейки более устойчивыми к SEU за счет более высокого энергопотребления и размера.

Радиационно-стойкий кристалл микроконтроллера 1886VE10 перед травлением металлизации

Радиационно-стойкий кристалл микроконтроллера 1886VE10 после использования процесса металлизации травлением

Защита упаковки от радиоактивности позволяет легко снизить облучение открытого устройства.

Для защиты от нейтронного излучения и нейтронной активации материалов можно экранировать сами чипы, используя обедненный бор (состоящий только из изотопа бор-11) в пассивирующем слое борофосфосиликатного стекла, защищающем чипы, поскольку естественный бор-10 легко захватывает нейтроны и подвергается альфа-распаду (см. soft error ).

Память с исправлением ошибок (память ECC) использует избыточные биты для проверки и возможного исправления поврежденных данных. Поскольку воздействие радиации повреждает содержимое памяти, даже когда система не обращается к ОЗУ, схема " очистителя " должна непрерывно сканировать ОЗУ, считывая данные, проверяя избыточные биты на наличие ошибок данных, а затем записывая любые исправления обратно в ОЗУ.

Избыточные элементы могут использоваться на системном уровне. Три отдельные платы микропроцессора могут независимо вычислять ответ на расчет и сравнивать свои ответы. Любая система, которая выдает результат меньшинства, будет пересчитывать. Логика может быть добавлена ​​таким образом, что если повторяющиеся ошибки происходят из той же системы, эта плата отключается.

Избыточные элементы могут использоваться на уровне схемы. Один бит может быть заменен тремя битами и отдельной « логикой голосования » для каждого бита, чтобы непрерывно определять его результат ( тройная модульная избыточность ). Это увеличивает площадь конструкции чипа в 5 раз, поэтому должно быть зарезервировано для меньших конструкций. Но у этого есть вторичное преимущество, заключающееся в том, что он также «отказоустойчив» в реальном времени. В случае отказа одного бита (который может быть не связан с излучением) логика голосования продолжит выдавать правильный результат, не прибегая к сторожевому таймеру . Голосование на уровне системы между тремя отдельными процессорными системами, как правило, потребует использования некоторой логики голосования на уровне схемы для выполнения голосований между тремя процессорными системами.

Можно использовать закаленные защелки.

Таймер-сторожевой таймер выполнит жесткий сброс системы, если не будет выполнена некоторая последовательность, которая обычно указывает на то, что система жива, например, операция записи с бортового процессора. Во время нормальной работы программное обеспечение планирует запись в таймер-сторожевой таймер через регулярные интервалы, чтобы предотвратить истечение таймера. Если радиация заставляет процессор работать неправильно, маловероятно, что программное обеспечение будет работать достаточно правильно, чтобы очистить таймер-сторожевой таймер. В конечном итоге таймер-сторожевой таймер отключается и принудительно выполняет жесткий сброс системы. Это считается последним средством для других методов защиты от радиации.

Способ, получивший наибольшее распространение, — технология «кремний на диэлектрике» (англ. Silicon-on-insulator, SOI). Он заключается во введении в поверхность подложки слоя кислорода, который при нагревании формирует непрерывный слой оксида кремния толщиной примерно в 0,2 мкм. Этот слой является изолятором канала КМОП от подложки из кремния.

Такая конструктивная схема снижает токи утечки, паразитные емкости, и исключает образование «тиристоров».

Для космических и военных приложений требуется значительно повысить стойкость углубленного оксида, иначе индуцированный гамма-излучением заряд с течением времени попадает в оксид, а далее рекомбинирует на границу SiO2-Si изменяя пороговое напряжение транзистора. Для борьбы с этим явлением организуют возможность для стока заряда из области контакта окисла и кремния на шину заземления. Обратной стороной такого схемотехнического приема является уменьшение полезной площади на 30%, поэтому в коммерческих приложениях не связанных с космической деятельностью этот прием не используют.

Себестоимость конечного устройства произведенного по технологическому процессу «кремний на диэлектрике» (англ. Silicon-on-insulator, SOI) может превышать в 5-10 раз себестоимость производства по обычной КМОП-технологии.

Метод основан на создании нескольких аналогичных устройств и выборе окончательного значения состояния устройства схемой голосования на основе значений на выходах этих устройств. Троирование позволяет полностью ликвидировать последствия одиночных отказов. Излучение способно изменить состояние такой схемы только, когда страдает сразу несколько узлов одновременно. Однако такой подход ведет к увеличению требуемой площади кристалла и увеличивает задержки и потребляемую энергетическую мощность.

Существуют более сложные схемотехники, которые не только предоставляют правильное значение, но и восстанавливают состояние пострадавших узлов, — для этого организуются обратные связи.

Триггеры иногда оснащают подсистемами, удерживающими его от переключения в течение времени рекомбинации сгенерированных вторгшимся ионом зарядов. Недостаток этого метода — сниженное быстродействие системы в целом.

Помехозащищенное кодирование: биты четности или корректирующие коды (англ. ECC) используются многими производителями для защиты больших объемов памяти. Однако при воздействии на память относительно высокоэнергетических нейтронов возникают вторичные заряженные частицы, которые способны инициировать переключение сразу нескольких ячеек, в таких случаях контроль четности уже не способен выявить ошибку.

Другой подход — сохранение нескольких состояний линии данных с некоторым интервалом и последующее голосование на основе сохраненных состояний. Если интервал сохранения больше, чем время воздействия заряженной частицы на интегральную схему, то такая организация хорошо защищает от одиночных воздействий. Однако данный метод чувствителен к сбоям на линии синхронизации, а также увеличивает площадь схемы узла примерно втрое.

Радиационно-стойкие и радиационно-устойчивые компоненты часто используются в военных и аэрокосмических приложениях, включая приложения с точкой нагрузки (POL), источники питания спутниковых систем, понижающие импульсные регуляторы , микропроцессоры , ПЛИС , источники питания ПЛИС и высокоэффективные низковольтные источники питания подсистем.

Однако не все компоненты военного класса радиационно-устойчивы. Например, американский стандарт MIL-STD-883 содержит множество испытаний, связанных с радиацией, но не имеет спецификации для частоты защелкивания одиночного события. Космический зонд «Фобос-Грунт» мог выйти из строя из-за аналогичного предположения.

Объем рынка радиационно-стойкой электроники, используемой в космических приложениях, оценивается в 2,35 млрд долларов в 2021 году. Новое исследование показало, что к 2032 году этот показатель достигнет примерно 4,76 млрд долларов.

В телекоммуникациях термин «ядерная стойкость» имеет следующие значения: 1) выражение степени, в которой производительность системы , объекта или устройства, как ожидается, ухудшится в данной ядерной среде, 2) физические характеристики системы или электронного компонента , которые позволят выжить в среде, которая включает ядерное излучение и электромагнитные импульсы (ЭМИ).

1. Ядерная стойкость может быть выражена либо через восприимчивость , либо через уязвимость .
2. Степень ожидаемого ухудшения производительности ( например, время простоя, потеря данных и повреждение оборудования) должна быть определена или указана. Окружающая среда ( например, уровни радиации, избыточное давление, пиковые скорости, поглощенная энергия и электрическое напряжение) должна быть определена или указана.
3. Физические характеристики системы или компонента, которые обеспечивают определенную степень выживаемости в заданной среде, созданной ядерным оружием.
4. Ядерная стойкость определяется для указанных или фактических количественных условий окружающей среды и физических параметров, таких как пиковые уровни радиации, избыточное давление, скорости, поглощенная энергия и электрическое напряжение. Она достигается посредством проектных спецификаций и проверяется методами испытаний и анализа.

• System /4 Pi , разработанная IBM и используемая на борту космического челнока ( вариант AP-101 ), основана на архитектуре System/360 .
• 8-разрядный процессор RCA1802 , представленный в 1976 году, был первым серийно выпускаемым радиационно-стойким микропроцессором.
• PIC 1886VE — российский микроконтроллер с тактовой частотой 50 МГц, разработанный компанией «Миландр» и производимый компанией «Ситроникс-Микрон» по технологии объемного кремния 180 нм.
• на основе m68k :
  • Coldfire M5208 , используемый General Dynamics, представляет собой маломощную (1,5 Вт) радиационно-устойчивую альтернативу.
• На основе MIL-STD-1750A :
  • RH1750 производства GEC- Plessey .
• Proton 100k SBC от Space Micro Inc., представленный в 2003 году, использует обновленную схему голосования, называемую TTMR, которая смягчает сбой в работе одного события (SEU) в одном процессоре. Процессор — Equator BSP-15. ^[
• Proton200k SBC от Space Micro Inc, представленный в 2004 году, снижает SEU с помощью запатентованной технологии тройной модульной избыточности (TTMR) и прерываний функции одного события (SEFI) с технологией H- Core . Процессор — высокоскоростной цифровой сигнальный процессор серии Texas Instruments 320C6Xx . Proton200k работает со скоростью 4000 MIPS, снижая SEU.
• На основе MIPS :
  • RH32 производится компанией Honeywell Aerospace .
  • Mongoose -V, используемый NASA, представляет собой 32-разрядный микропроцессор для бортовых компьютеров космических аппаратов (например, New Horizons ).
  • КОМДИВ -32 — 32-разрядный микропроцессор, совместимый с MIPS R3000 , разработанный НИИСИ , производимый Курчатовским институтом , Россия.
• На базе PowerPC / POWER :
  • Одноплатный компьютер (SBC) RAD6000 производства BAE Systems оснащен радиационно-стойким процессором POWER1 .
  • RHPPC производится компанией Honeywell Aerospace. На основе закаленного PowerPC 603e .
  • SP0 и SP0-S, производимые Aitech Defense Systems, представляют собой 3U cPCI SBC, использующие SOI PowerQUICC-III MPC8548E на базе PowerPC e500 , способные работать на частотах от 833 МГц до 1,18 ГГц.
  • Одноплатный компьютер RAD750 , также производимый BAE Systems и основанный на процессоре PowerPC 750 , является преемником RAD6000.
  • SCS750, созданный Maxwell Technologies , который голосует за три ядра PowerPC 750 друг против друга, чтобы смягчить воздействие радиации. Семь из них используются космическим аппаратом Gaia .
  • Компания Boeing через свой Центр разработки спутников производит радиационно-устойчивый вариант космического компьютера на базе PowerPC 750.
  • BRE440 от Moog Inc. Система на кристалле на базе ядра IBM PPC440 , 266 MIPS , PCI, 2x Ethernet, 2x UARTS, контроллер DMA, кэш L1/L2
  • Процессор RAD5500 является преемником RAD750 на базе PowerPC e5500 .
• На базе SPARC :
  • ERC32 и LEON 2, 3, 4 и 5 — это радиационно-стойкие процессоры , разработанные Gaisler Research и Европейским космическим агентством . Они описаны в синтезируемом VHDL, доступном по лицензиям GNU Lesser General Public License и GNU General Public License соответственно.
  • Одноплатный компьютер (SBC) шестого поколения , произведенный компанией Cobham Semiconductor Solutions (ранее Aeroflex Microelectronics Solutions), поддерживает микропроцессор LEON .
• На базе ARM :
  • Vorago VA10820, 32-битный процессор ARMv6-M Cortex-M0 .
  • НАСА и ВВС США разрабатывают HPSC, процессор на базе Cortex-A53 для будущего использования в космических кораблях
  • ESA DAHLIA, процессор на базе Cortex-R52
• На основе RISC-V :
  • Кобэм Гайслер NOEL-V 64-бит.
  • Лаборатория реактивного движения NASA выбрала Microchip Technology для разработки нового процессора HPSC на базе SiFive Intelligence X280

• Живучесть связи
• Программирование с учетом ЭМС
• Институт космической и оборонной электроники , Университет Вандербильта
• Марсианский разведывательный орбитальный аппарат
• Зонд MESSENGER Mercury
• Марсоходы
• Буря (кодовое имя) TEMPEST
• Радиационный склеп Juno
• RAD750
• Космическое материаловедение

Исследование, описанное в статье про Радиационно-стойкая интегральная схема и Радиационное упрочнение, подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое Радиационно-стойкая интегральная схема и Радиационное упрочнение и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Материаловедение и материалы электронных аппаратов