Обратимые одиночные сбои (SEU)

Одиночные сбои (SEU) возникают в результате проникновения в чувствительный объем ИС (как правило, это обратносмещенный p-n- переход) высокоэнергетических заряженных частиц. При этом вдоль трека частицы идет ионизация, то есть образуются электронно-дырочные пары. В результате при пролете частицы через область пространственного заряда (ОПЗ) обратно смещенного p-n- перехода последняя деформируется: образуется так называемая «воронка», то есть ОПЗ «вытягивается» вдоль трека частицы (см. рис. 5.1 [82]).

Рис. 5.1. «Воронка», образующаяся при попадании частицы в область p-n- перехода [82]

Возникающие в воронке электроны дрейфуют по направлению к переходу, а дырки — в противоположную сторону, вызывая ток подложки. Собранные электроны дают кратковременный импульс тока (первичный ток), способный вызвать сбой логического состояния ячейки. При этом микросхема остается в работоспособном состоянии. Процесс сбора электронов длится доли наносекунд. Кроме того, свободные электроны, сгенерированные вдоль трека частицы под воронкой, могут диффундировать в сторону ОПЗ, образуя вторичный (диффузионный) ток. Величина этого тока значительно ниже, чем первичного, однако длительность его значительно выше (вплоть до сотен наносекунд и даже до микросекунд).

ОС данного типа характерны для цифровых ИС, отдельные ячейки которых могут находиться в устойчивых логических состояниях (как правило, это БИС памяти, триггеры, регистры и т.п.) и проявляются в виде потери информации в отдельных ячейках вследствие попадания ТЗЧ (см. рис. 5.2).

Рис. 5.2. Иллюстрация процесса инверсии логического состояния ячейки памяти СОЗУ при воздействии ОЗЧ

После потери информации в ячейке информация может быть перезаписана, и в целом БИС остается в работоспособном состоянии. Другими словами, данный тип ОС относится к обратимым эффектам.

Одиночные события радиационного защелкивания (SEL)

Одиночные события радиационного защелкивания (SEL) характерны для ИС КМОП-технологии, поскольку они содержат 4-слойные структуры p-n-p-n. В принципе, радиационное защелкивание может иметь место в ИС других технологических вариантов, где присутствуют такие четырехслойные структуры (обычно в случае использования межэлементной изоляции с помощью обратно смещенного p-n- перехода). При попадании тяжелой частицы в такую структуру вследствие ионизации возникает ток в базе паразитных биполярных транзисторов (как n-p-n- так и p-n-p-), что приводит к включению паразитной тиристорной структуры. В результате наблюдается резкое возрастание тока через структуру, что может привести к катастрофическому выгоранию (выгорание обычно происходит в течение сотен микросекунд). Напряжение удержания для паразитного тиристора как правило составляет порядка
1–1,5 В [82]. Если кратковременно отключить питание (до выгорания), то структура возвращается в работоспособное состояние.