чего это делается?
4 Почем радиация?
5 Классы для СБИС
6 Процессор процессору
рознь7 Память и как с ней бороться?
8 Суперскалярность
9 Бренды и мы
Разделы презентаций
- Разное
- Английский язык
- Астрономия
- Алгебра
- Биология
- География
- Геометрия
- Детские презентации
- Информатика
- История
- Литература
- Математика
- Медицина
- Менеджмент
- Музыка
- МХК
- Немецкий язык
- ОБЖ
- Обществознание
- Окружающий мир
- Педагогика
- Русский язык
- Технология
- Физика
- Философия
- Химия
- Шаблоны, картинки для презентаций
- Экология
- Экономика
- Юриспруденция
Современные микропроцессоры 1
Содержание
- 1. Современные микропроцессоры 1
- 2. Современные микропроцессоры1 Что у нас на орбите?2
- 3. БЦВК в полетеБортовой цифровой вычислительный комплекс (БЦВК)
- 4. БЦВК в полете
- 5. БЦВК в полете УИВК 17Л61 Год разработки: 1976
- 6. БЦВК в полете Запущено более 25 КА
- 7. БЦВК в полете БЦВК 14М330 Год разработки: 1997г.
- 8. БЦВК в полете
- 9. БЦВК в полете
- 10. БЦВК в полете
- 11. БЦВК в полете ОВС1750К Год разработки: 2000 г.
- 12. БЦВК в полете
- 13. БЦВК в полете БИВК 14М337 Год разработки:
- 14. БЦВК в полете
- 15. Прогноз характеристик БЦВК Прогноз развития БЦВК до
- 16. Прогноз характеристик БЦВК
- 17. Прогноз характеристик БЦВК В качестве основных целевых
- 18. Прогноз характеристик БЦВК Таблица 2 Изменение основных
- 19. Прогноз характеристик БЦВК Прогноз развития БЦВК до 2020 г.
- 20. Прогноз характеристик БЦВК Вывод, который можно сделать
- 21. Изготовление микросхемы Как делают микросхемы?
- 22. Изготовление микросхемы Изготовление, или “выращивание”, интегральной микросхемы
- 23. Изготовление микросхемы 1. Подготовка подложки
- 24. Изготовление микросхемы 1. Подготовка подложки
- 25. Изготовление микросхемы 1. Подготовка подложки
- 26. Изготовление микросхемы 1. Подготовка подложки
- 27. Изготовление микросхемы 2. Нанесение фоторезиста
- 28. Изготовление микросхемы 2. Нанесение фоторезиста Фоторезист
- 29. Изготовление микросхемы 2. Нанесение фоторезиста.
- 30. Изготовление микросхемы 3. Экспонирование
- 31. Изготовление микросхемы 3. Экспонирование
- 32. Изготовление микросхемы 3. ЭкспонированиеВ результате засвеченный слой,
- 33. Изготовление микросхемы 4. Травление
- 34. Изготовление микросхемы 4. Травление
- 35. Изготовление микросхемы 5. Заключительным этапом формирования микросхемы
- 36. Изготовление микросхемы 5. Процессы эпитаксии, диффузии и металлизации.
- 37. Изготовление микросхемы 5. Процессы эпитаксии, диффузии и
- 38. Изготовление микросхемы 5. Процессы эпитаксии, диффузии и
- 39. Изготовление микросхемы Итак,
- 40. Изготовление микросхемы Развитие литографии
- 41. Изготовление микросхемы Развитие литографииПервоначально засветка производилась
- 42. Изготовление микросхемы Развитие литографииЗатем благодаря переходу
- 43. Изготовление микросхемы Развитие литографииВ настоящее время
- 44. Изготовление микросхемы Развитие литографии
- 45. Изготовление микросхемы Развитие литографии EUV-технология приводит
- 46. Изготовление микросхемы Развитие литографии EUV-литография предназначена
- 47. Изготовление микросхемы Развитие литографии Элементы, нанесенные
- 48. Космические микросхемы Поговорим о применении микросхем
- 49. Космические микросхемы Современные полупроводниковые технологии чувствительны к
- 50. Космические микросхемы Как же влияет радиация на
- 51. Космические микросхемы Как же влияет радиация на
- 52. Космические микросхемы Как же влияет радиация на
- 53. Космические микросхемы Как же влияет радиация на
- 54. Космические микросхемы
- 55. Космические микросхемы Как же влияет радиация на
- 56. Космические микросхемы Основные типы радиационных повреждений, приводящих
- 57. Космические микросхемы Основные типы радиационных повреждений, приводящих
- 58. Космические микросхемы Основные типы радиационных повреждений, приводящих
- 59. Космические микросхемы Основные типы радиационных повреждений, приводящих
- 60. Космические микросхемы Основные типы радиационных повреждений, приводящих
- 61. Космические микросхемы Основные типы радиационных повреждений, приводящих
- 62. Космические микросхемы Основные типы радиационных повреждений, приводящих
- 63. Космические микросхемы Основные типы радиационных повреждений, приводящих
- 64. Основные типы радиационных повреждений, приводящих к разовым
- 65. Космические микросхемы Основные типы радиационных повреждений, приводящих
- 66. Космические микросхемы Основные типы радиационных повреждений, приводящих
- 67. Космические микросхемы Основные типы радиационных повреждений, приводящих
- 68. Космические микросхемы А давайте спутник в радиационную
- 69. Космические микросхемы А давайте спутник в радиационную
- 70. Космические микросхемы А давайте спутник в радиационную
- 71. Космические микросхемы А давайте спутник в радиационную
- 72. Космические микросхемы Из-за всех этих проблем радиационную
- 73. Космические микросхемы Но в любом случае, от
- 74. Космические микросхемы А теперь посмотрим, чем космические микросхемы отличаются от обычных.
- 75. Космические микросхемы Дополнительные требования к космическим и
- 76. Космические микросхемы Дополнительные требования к космическим и
- 77. Космические микросхемы Дополнительные требования к космическим и
- 78. Космические микросхемы Дополнительные требования к космическим и
- 79. Космические микросхемы Дополнительные требования к космическим и
- 80. Космические микросхемы О категориях микросхемНа западе микросхемы делятся на категории: commercial, industrial, military, space.
- 81. Космические микросхемы О категориях микросхемCommercial — обычные,
- 82. Космические микросхемы О категориях микросхемIndustrial / Military
- 83. Космические микросхемы О категориях микросхемSpace -— радиационно-стойкие
- 84. Космические микросхемы В России — все разделено
- 85. Космические микросхемы Однако не любую микросхему можно
- 86. Космические микросхемы Однако не любую микросхему можно
- 87. Космические микросхемы Использование импортных микросхем требует индивидуального
- 88. Космические микросхемы Как разрабатывают космические и военные микросхемы?
- 89. Космические микросхемы Как разрабатывают космические и военные
- 90. Космические микросхемы Как разрабатывают космические и военные
- 91. Космические микросхемы Как разрабатывают космические и военные
- 92. Космические микросхемы Как разрабатывают космические и военные
- 93. Космические микросхемы Как разрабатывают космические и военные
- 94. Космические микросхемы Как разрабатывают космические и военные
- 95. Космические микросхемы Разработка и изготовление отечественных радиационно-стойких
- 96. Космические микросхемы Спасибо за внимание
- 97. Скачать презентанцию
Современные микропроцессоры1 Что у нас на орбите?2 Взлет характеристик3 Из чего это делается?4 Почем радиация?5 Классы для СБИС6 Процессор процессору рознь7 Память и как с ней бороться?8 Суперскалярность9 Бренды и мы
Слайды и текст этой презентации
Слайд 2
Современные микропроцессоры
1 Что у нас на орбите?
2 Взлет характеристик
3 Из
чего это делается?
рознь7 Память и как с ней бороться?
8 Суперскалярность
9 Бренды и мы
Слайд 3
БЦВК в полете
Бортовой цифровой вычислительный комплекс (БЦВК) предназначен для программной
реализации алгоритмов управления и контроля в составе бортового комплекса (БКУ).
Интегрированный комплекс (БИВК) выполняет также функции сбора, обработки ТМ-информации с датчиков КА и выдачи её на средства НКУ через радиолинию.
За 38 лет (с 1975 г.) выполнена разработка и эксплуатация 4-х бортовых цифровых вычислительных комплексов: 17Л61, ОВС1750К, 14М330, 14М337, показанных ниже.
Разрабатывается перспективный БЦВК с процессором LEON.
Слайд 5БЦВК в полете
УИВК 17Л61
Год разработки: 1976 г.
Разработчик: НПО ЭЛАС,
г. Зеленоград.
Изготовитель: ПО МОНОЛИТ, г.Харьков.
УИВК 17Л61 использовался на КА:
Поток,
Луч, , Экспресс, Экспресс-А, Галс, Сесат.
Слайд 6БЦВК в полете
Запущено более 25 КА с УИВК 17Л61:
Поток,
Луч, Экспресс, Экспресс-А, Галс, SESAT.
Самый старый КА SESAT отработал
на 16.04.2014 г. 14 лет и продолжает работать дальше
Слайд 7БЦВК в полете
БЦВК 14М330
Год разработки: 1997г.
Разработчик:
ЭНОП, г Зеленоград,
ОАО ИРЗ, г. Ижевск.
Изготовитель: ОАО ИРЗ, г. Ижевск.
БЦВК 14М330 использовался
на КА: Глонасс-М, Меридиан,
АМОС-5, ЯМАЛ-300К,
Экспресс-АМ5, Экспресс-АМ6,
Экспресс-АТ1, Экспресс-АТ2 и др.,
.
Слайд 11БЦВК в полете
ОВС1750К
Год разработки: 2000 г.
Разработчик:
EADS Astrium GmbH,
Мюнхен,
Германия.
Изготовитель: EADS Astrium GmbH, Мюнхен, Германия.
ОВС1750К применялся и применяется
на КА: Экспресс-АМ.
Слайд 13БЦВК в полете
БИВК 14М337
Год разработки: 2000 г.
Разработчик: НТЦ
Модуль, г.Москва.
Изготовитель: НТЦ Модуль, г.Москва.
БИВК применяется на КА:
Луч-5, Глонасс-К,
Гео-ИК
Слайд 15Прогноз характеристик БЦВК
Прогноз развития БЦВК до 2020 г. по основным
целевым технико-экономическим показателям можно сделать на основании имеющихся тенденций улучшения
основных характеристик аппаратуры.Для этого проанализируем характеристики бортовых компьютеров, приведенные на таблице, показанной ниже
Слайд 17Прогноз характеристик БЦВК
В качестве основных целевых характеристик БЦВК можно выделить
такие характеристики, как масса, быстродействие и объем памяти. График изменения
указанных характеристик, на основе этих данных показан нижеТаблица 2 Изменение основных характеристик БЦВК
Слайд 18Прогноз характеристик БЦВК
Таблица 2 Изменение основных характеристик БЦВК
Прогноз развития БЦВК
до 2020 г. на основе целевых технико-экономических показателей можно сделать
на основании имеющихся тенденций улучшения основных характеристик аппаратуры.
Слайд 20Прогноз характеристик БЦВК
Вывод, который можно сделать из показанных данных, говорит,
что микроэлектронная цифровая техника, являющаяся базой бортовых ЦВМ непрерывно совершенствуется.
В тысячи раз – с 0,1 до 400 млн.оп/с и с 0,1 Мбайт до 100 Мбайт - повышаются производительность и объем памяти, в десятки раз - со 120 кг до 4 кг - уменьшаются масса и объем приборов.Далее мы разберем, на какой элементной и технологической базе эта техника основывается и каковы перспективы ее развития.
Слайд 21Изготовление микросхемы
Как делают микросхемы?
Поскольку микросхема
создается на
поверхности
пластины, технология ее
изготовления называется планарной (от англ.“planar” –
“плоский”). Ее основу составляет литография. Название “литография” происходит от греческих слов “литос” камень и “графо” – пишу, что дословно означает “писать на камне”. Литография в микроэлектронике – это действительно способ формирования заданного рисунка (рельефа) в слое полупроводника.
Слайд 22Изготовление микросхемы
Изготовление, или “выращивание”, интегральной
микросхемы включает в себя
несколько
основных этапов:
1. Подготовка подложки
2. Нанесение фоторезиста
3. Экспонирование
4. Травление
5.
Процессы эпитаксии, диффузии и металлизации
Слайд 23Изготовление микросхемы
1. Подготовка подложки
Подложкой
обычно является
пластина кристалла кремния (Si)
- самого распространенного
полупроводника
на Земле. Обычно пластина имеет форму диска диаметром 200 мм и толщиной менее миллиметра. Получают ее разрезанием цилиндрического монокристалла.Так как свойства полупроводникового кристалла сильно зависят от направления (вдоль или поперек кристалла), то перед тем как нарезать кристалл на пластины, его свойства измеряют во всех направлениях и ориентируют нужным образом.
Слайд 24Изготовление микросхемы
1. Подготовка подложки
Для резки монокристаллов на
пластины применяются диски с
режущей кромкой, покрытой
алмазной крошкой размером
40-60 микрон, поэтому после резки пластины получаются шероховатыми, на них остаются царапины, трещины и другие дефекты, нарушающие однородность структуры приповерхностного слоя и его физико-химические свойства. Чтобы восстановить поверхностный слой, пластину тщательно шлифуют и полируют.
Слайд 25Изготовление микросхемы
1. Подготовка подложки
Все процессы по обработке
полупроводниковых пластин
проводятся в условиях вакуумной
гигиены в специальных
помещениях
со сверхчистой атмосферой. В противном случае пыль может осесть на пластину и нарушить элементы и соединения микросхемы (гораздо меньшие по размерам, чем сама пыль). Очищенная кремниевая пластина подвергается так называемому оксидированию (или окислению) - воздействию на заготовку кислородом, которое происходит под высокой температурой (1000°C).
Слайд 26Изготовление микросхемы
1. Подготовка подложки
Таким образом на поверхности
заготовки создается тончайший
слой диоксида кремния SiO2.
Регулируя время воздействия
кислорода и температуру кремниевой подложки, можно легко сформировать слой оксида нужной толщины. Диоксидная пленка отличается очень высокой химической стойкостью, большой прочностью и обладает свойствами хорошего диэлектрика, что обеспечивает надежную изоляцию находящегося под ним кремния и защищает его от нежелательных воздействий в ходе дальнейшей обработки.
Слайд 27Изготовление микросхемы
2. Нанесение фоторезиста
Если некоторые области кремния,
лежащие под слоем оксида,
необходимо подвергнуть обработке,
то оксид надо
предварительно удалить с соответствующих участков. Для этого на диоксидную пленку наносится слой фоторезиста.
Слайд 28Изготовление микросхемы
2. Нанесение фоторезиста
Фоторезист – это светочувствительный материал,
который после облучения становится растворимым в определенных химических веществах. Фотошаблон
представляет собой пластинку, состоящую из прозрачных и непрозрачных участков, и играет роль трафарета.
Слайд 30Изготовление микросхемы
3. Экспонирование
На следующем этапе –
экспонировании - пластину с
наложенным на нее
фотошаблоном подвергают
действию
излучения. Фоторезист, расположенный под прозрачными участками фотошаблона, засвечивается.
Слайд 32Изготовление микросхемы
3. Экспонирование
В результате засвеченный слой,
чьи структура и химические
свойства изменились под
действием излучения, а также находящийся под ним
слой диоксида кремния могут быть удалены с помощью химикатов (каждый слой - своим химикатом)
Слайд 33Изготовление микросхемы
4. Травление
Удаление облученного
фоторезиста и
оксидной пленки
называется травлением. Этот
процесс необходим, чтобы вскрыть
Окно
для доступа к материалу подложки. Травление может быть химическим “мокрым” или плазменным “сухим”. Химическое жидкостное травление основано на растворении химическими веществами не защищенных фоторезистивной маской участков образца. Более эффективными являются “сухие” методы обработки, основанные на взаимодействии газозарядной плазмы с поверхностным слоем материала. Кроме того, существует ионное, ионно-химическое и плазмохимическое травление.
Слайд 35Изготовление микросхемы
5. Заключительным этапом формирования микросхемы являются процессы эпитаксии, диффузии
и металлизации.
Эпитаксией называют
ориентированное наращивание
слоев вещества с
воспроизведением
кристаллической структуры подложки. Его производят в особом реакторе. Эпитаксия позволяет создавать равномерные атомные слои на пластине.
Слайд 37Изготовление микросхемы
5. Процессы эпитаксии, диффузии и металлизации.
Диффузию используют для
создания р- и n-областей. Для этого в кремний в качестве
акцептора вносят бор (B), а в качестве доноров – фосфор (P) и мышьяк (As). Процесс заключается в нагреве пластины и внедрении в нее ионов с высокой энергией.
Слайд 38Изготовление микросхемы
5. Процессы эпитаксии, диффузии и металлизации.
Металлизация завершает
изготовление
чипа. В ходе этого
процесса осаждаются тонкие
металлические пленки из
алюминия, золота или никеля, которые образуют электрические соединения между активными областями и приборами на кристалле те токопроводящие линии и контактные площадки, которые мы можем наблюдать на любой микросхеме.
Слайд 39Изготовление микросхемы
Итак, процесс изготовления микросхем включает
несколько технологических этапов: очистка, окисление, литография, травление, диффузия,осаждение и металлизация.
Слайд 40Изготовление микросхемы
Развитие литографии
Бесспорно, для дальнейшего
развития электроники, т.е. увеличения производительности за счет уменьшения размеров чипов,
ключевым моментом является совершенствование методов литографии.Это значит, что толщина линий, наносимых светом на поверхности фоторезиста в момент формирования “рисунка” микросхемы, должна стремиться к уменьшению. Этого можно достичь уменьшением длины волны, ведь чем меньше длина волны, тем более мелкие детали рельефа она позволяет «нарисовать».
Слайд 41Изготовление микросхемы
Развитие литографии
Первоначально засветка производилась инфракрасным излучением с длиной
волны чуть более 1 микрона – и ширина дорожек была
примерно такой же. Затем стандартными стали длины волн 435 и 365 нм.При помощи источника излучения с длиной волны 365 нм вычерчивались линии толщиной до 0,35 микрон, что почти соответствует длине волны.
Слайд 42Изготовление микросхемы
Развитие литографии
Затем благодаря переходу на источники, действующие в
спектре глубокого УФ-излучения (DUV*литография “Deep UltraViolet”) с длиной волны 248
нм, полупроводниковая промышленность перешла на 0,18-микронную литографию. Достижение топологических размеров в 100 нм и меньше потребует уменьшения длины волны излучения, возможно, за счет применения принципиально новых источников.
Слайд 43Изготовление микросхемы
Развитие литографии
В настоящее время интенсивно развивается EUV*литография (Extreme
Ultra Violet) - литография в спектре жесткого ультрафиолета, обеспечивающая толщину
линий проводниковв 70 нм, что примерно в тысячу раз меньше толщины человеческого волоса.
EUV -литография является обычной литографией, но с использованием излучения с длиной волны 11 - 14 нм, отражательной оптикой и фотошаблонами. Оптическая система содержит набор зеркал между источником света и маской.
Слайд 45Изготовление микросхемы
Развитие литографии
EUV-технология приводит к появлению микропроцессоров в
30 раз быстрее существующих. Процессор в 10 ГГц, например, будет
настолько быстрым, что, например, за время, пока человек успевает моргнуть глазом (около 1/5 секунды), он сможет произвести порядка 2 млрд. вычислений.
Слайд 46Изготовление микросхемы
Развитие литографии
EUV-литография предназначена для печати на кремниевой
подложке элементов размером 0,07 мкм (70 нм) и менее. Это
все равно, что рисовать изображение размером с двухрублевую монету на поверхности Земли с космического корабля, а затем поверх него печатать другую картинку, четко совмещая их между собой. На одном кристалле соли (с ребром 0,25 мм) разместилось бы около 3600 таких 70-нанометровых элементов.
Слайд 47Изготовление микросхемы
Развитие литографии
Элементы, нанесенные с помощью EUV -
и DUV -литографии, примерно так же отличаются друг от друга,
как две одинаковые линии, проведенные на бумаге шариковой ручкой (EUV) и маркером (DUV).Переход к EUV-литографии позволил пересечь 100 нм рубеж, оставаясь в рамках традиционной фотолитографии. Однако сложная зеркальная оптика и технология изготовления фотошаблонов делает такой подход исключительно дорогим, оставляя место для разработки литографических процессов, основанных на иных физических принципах.
Слайд 48Космические микросхемы
Поговорим о применении микросхем в космосе
К сожалению, не
все достижения микроэлектроники можно применить в космической аппаратуре.
В частности, микросхемы,
с плотностью элементов менее 0,25 микрон в космосе не работоспособны.Также нельзя использовать и микросхемы из бытовой аппаратуры.
Попробуем разобраться, почему?
Слайд 49Космические микросхемы
Современные полупроводниковые технологии чувствительны к ионизирующей радиации.
Тем не менее
они широко применяются в военной и космической технике, в ядерной
индустрии.При этом используется ряд технологических, схемотехнических и программных решений, уменьшающих последствия радиационного воздействия..
Слайд 50Космические микросхемы
Как же влияет радиация на микросхемы?
В «штуках частиц» космическое
излучение состоит на 90% из протонов (т.е. ионов Водорода), на
7% из ядер гелия (альфа-частиц), ~1% более тяжелые атомы и ~1% электроны. Ну и звезды (включая солнце), ядра галактик, млечный путь — обильно освещают все не только видимым светом, но и рентгеновским и гамма излучением.
Слайд 51Космические микросхемы
Как же влияет радиация на микросхемы?
Во время вспышек на
солнце — радиация от солнца увеличивается в 1000-1'000'000 раз, что
может быть серьёзной проблемой (как для людей будущего, так и нынешних космических аппаратов за пределами магнитосферы земли).
Слайд 52Космические микросхемы
Как же влияет радиация на микросхемы?
Нейтронов в космическом излучении
нет по очевидной причине — свободные нейтроны имеют период полураспада
611 секунд, и превращаются в протоны. Даже от солнца нейтрону не долететь, разве что с совсем уж релятивистской скоростью. Небольшое количество нейтронов прилетает с земли, но это мелочи.
Слайд 53Космические микросхемы
Как же влияет радиация на микросхемы?
Вокруг земли есть 2
пояса заряженных частиц — так называемые радиационные пояса Ван Аллена:
на высоте ~4000 км из протонов, и на высоте ~17 000 км из электронов. Частицы там движутся по замкнутым орбитам, захваченные магнитным полем земли. Также есть бразильская магнитная аномалия — где внутренний радиационный пояс ближе подходит к земле, до высоты 200км.
Слайд 55Космические микросхемы
Как же влияет радиация на микросхемы?
На низкой орбите 300-500км
(там где и люди летают) годовая доза может быть 100
рад и менее, соответственно даже за 10 лет набранная доза будет переносима гражданскими микросхемами. А вот на высоких орбитах >1000km годовая доза может быть 10'000-20'000 рад, и обычные микросхемы наберут смертельную дозу за считанные месяцы.
Слайд 56Космические микросхемы
Основные типы радиационных повреждений, приводящих к разовым или необратимым
отказам полупроводников:
1-ый фактор
Когда гамма и рентгеновское излучение (в том числе
вторичное, полученное из-за столкновения электронов с корпусом аппарата) проходит через микросхему — в подзатворном диэлектрике транзисторов начинает постепенно накапливаться заряд, и соответственно начинают медленно изменятся параметры транзисторов — пороговое напряжение транзисторов и ток утечки.
Слайд 57Космические микросхемы
Основные типы радиационных повреждений, приводящих к разовым или необратимым
отказам полупроводников:
1-ый фактор. Ионизация
Обычная гражданская цифровая микросхема уже после 5000
рад может перестать нормально работать (впрочем, человек может перестать работать уже после 500-1000 рад).
Слайд 58Космические микросхемы
Основные типы радиационных повреждений, приводящих к разовым или необратимым
отказам полупроводников:
1-ый фактор. Ионизация
Накопление электрического заряда в подзатворных
диэлектриках вследствие ионизации приводит к смещению порога открывания полевых транзисторов и долговременному отказу. Уменьшение топологических норм увеличивает стойкость к такого типа повреждениям.
Слайд 59Космические микросхемы
Основные типы радиационных повреждений, приводящих к разовым или необратимым
отказам полупроводников:
1-ый фактор. Ионизация
Стекание заряда в EEPROM и Flash
памяти вследствие ионизации диэлектрика «кармана» приводит к потере данных. Борются резервированием, избыточным кодированием и использованием других видов памяти.
Слайд 60Космические микросхемы
Основные типы радиационных повреждений, приводящих к разовым или необратимым
отказам полупроводников: 2-ой фактор. Жесткое излучение
Гамма и рентгеновское излучение заставляет
все p-n переходы внутри микросхемы работать как маленькие «солнечные батареи» — и если в космосе обычно радиация недостаточна, чтобы это сильно повлияло на работу микросхемы, во время ядерного взрыва потока гамма и рентгеновского излучения уже может быть достаточно, чтобы нарушить работу микросхемы за счет фотоэффекта.
Слайд 61Космические микросхемы
Основные типы радиационных повреждений, приводящих к разовым или необратимым
отказам полупроводников:
2 фактор. Жесткое излучение
Фотоэффект на p-n переходах (аналогично
солнечным батареям) увеличивает паразитные утечки и ложные сигналы. Для борьбы с этим явлением используются специальные технологии, например изоляция компонентов диэлектриком.
Слайд 62Космические микросхемы
Основные типы радиационных повреждений, приводящих к разовым или необратимым
отказам полупроводников:
3-ий фактор
Тяжелые заряженные частицы (ТЗЧ) — ионы элементов
тяжелее гелияЭто самая большая проблема космической электроники — ТЗЧ имеют такую высокую энергию, что «пробивают» микросхему насквозь (вместе с корпусом спутника), и оставляют за собой «шлейф» заряда.
Слайд 63Космические микросхемы
Основные типы радиационных повреждений, приводящих к разовым или необратимым
отказам полупроводников:
3-ий фактор
Тяжелые заряженные частицы (ТЗЧ) — ионы элементов
тяжелее гелияВ лучшем случае это может привести к программной ошибке (0 стать 1 или наоборот — single-event upset, SEU), в худшем — привести к тиристорному защелкиванию (single-event latchup, SEL).
Слайд 64Основные типы радиационных повреждений, приводящих к разовым или необратимым отказам
полупроводников:
3-ий фактор. Тяжелые заряженные частицы (ТЗЧ) — ионы элементов
тяжелее гелияУ защелкнутого чипа питание закорачивается с землей, ток может идти очень большой, и привести к сгоранию микросхемы. Если питание отключить и подключить — то все будет работать как обычно.
Космические микросхемы
Слайд 65Космические микросхемы
Основные типы радиационных повреждений, приводящих к разовым или необратимым
отказам полупроводников: 3-ий фактор
Тяжелые заряженные частицы (ТЗЧ) — ионы элементов
тяжелее гелияКосмические тяжелые заряженные частицы (ТЗЧ) высоких энергий, ионизируя атомы, рождают в полупроводнике лавину электронов. Это может приводить к изменению состояния цифровых схем и мощным помехам в аналоговых схемах. В худшем случае к пробою изоляторов или тиристорному защелкиванию приборов с изоляцией p-n переходом.
Слайд 66Космические микросхемы
Основные типы радиационных повреждений, приводящих к разовым или необратимым
отказам полупроводников: 3-ий фактор
Тяжелые заряженные частицы (ТЗЧ) — ионы элементов
тяжелее гелияС тиристорным эффектом борются изоляцией диэлектриком (кремний – на – сапфире); изоляцией двумя p-n переходами (triple-well процесс); контролем тока потребления узлов с перезапуском по аварийному росту потребления.
Слайд 67Космические микросхемы
Основные типы радиационных повреждений, приводящих к разовым или необратимым
отказам полупроводников:
4-ый фактор. Медленная деградация
Разрушение кристаллической структуры и изменение
химического состава полупроводниковых приборов.
Слайд 68Космические микросхемы
А давайте спутник в радиационную защиту завернем, и гражданские
микросхемы поставим?
Ускорители элементарных частиц достигают энергии в 7 TeV для
протонов, и 574 TeV для ионов свинца. А с галактическими космическими лучами к нам иногда прилетают частицы с энергией 3*1020 eV, т.е. 3000000000000 TeV. Это около 50Дж, т.е. в одной элементарной частице энергия как у пули мелкокалиберного спортивного пистолета.
Слайд 69Космические микросхемы
А давайте спутник в радиационную защиту завернем, и гражданские
микросхемы поставим?
Когда такая частица сталкивается например с атомом свинца радиационной
защиты — она просто разрывает его в клочья. Осколки также будут иметь гигантскую энергию, и также будут разрывать в клочья все на своём пути. В конечном итоге — чем толще защита из тяжелых элементов — тем больше осколков и вторичной радиации мы получим. Свинцом можно сильно ослабить только относительно мягкую радиацию земных ядерных реакторов. 
Слайд 70Космические микросхемы
А давайте спутник в радиационную защиту завернем, и гражданские
микросхемы поставим?
Аналогичным эффектом обладает и гамма-излучение высоких энергий — оно
также способно разрывать тяжелые атомы в клочья за счет фотоядерной реакции.
Слайд 71Космические микросхемы
А давайте спутник в радиационную защиту завернем, и гражданские
микросхемы поставим?
И наконец, давайте взглянем на конструкцию рентгеновской трубки:
Электроны от
катода летят в сторону анода из тяжелого металла, и при столкновении с ним — генерируется рентгеновское излучение за счет тормозного излучения. Когда электрон космического излучения прилетит к нашему кораблю — то наша радиационная защита и превратится в такую-вот естественную рентгеновскую трубку.
Слайд 72Космические микросхемы
Из-за всех этих проблем радиационную защиту из тяжелых элементов,
как на земле — в космосе не используют. Используют защиту
большей частью состоящую из алюминия, водорода (из различных полиэтиленов и проч), т.к. его разбить можно только на субатомные частицы — а это намного сложнее, и такая защита генерирует меньше вторичной радиации.
Слайд 73Космические микросхемы
Но в любом случае, от ТЗЧ защиты нет, более
того — чем больше защиты — тем больше вторичной радиации
от высокоэнергетических частиц, оптимальная толщина получается порядка 2-3мм Алюминия. Самое сложное что есть — это комбинация защиты из водорода, и чуть более тяжелых элементов (т.н. Graded-Z) — но это не сильно лучше чисто «водородной» защиты. В целом, космическую радиацию можно ослабить примерно в 10 раз, и на этом все.
Слайд 74Космические микросхемы
А теперь посмотрим, чем космические микросхемы отличаются от обычных
.
Слайд 75Космические микросхемы
Дополнительные требования к космическим и военными микросхемам:
1 В первую
очередь — повышенные требования к надежности (как самого кристалла, так
и корпуса), температурный диапазон — существенно шире, т.к. военная техника и в -40С должна работать, и при нагреве до 100С..
Слайд 76Космические микросхемы
Дополнительные требования к космическим и военными микросхемам:
2 Затем —
стойкость к поражающим факторам ядерного взрыва — ЭМИ, большой мгновенной
дозе гамма/нейтронного излучения. Нормальная работа в момент взрыва может быть невозможна, но по крайней мере прибор не должен необратимо выйти из строя..
Слайд 77Космические микросхемы
Дополнительные требования к космическим и военными микросхемам:
3 И наконец
— если микросхема для космоса — стабильность параметров по мере
медленного набора суммарной дозы облучения и выживание после встречи с тяжелым заряженным частицами космической радиации (об этом говорилось выше)..
Слайд 78Космические микросхемы
Дополнительные требования к космическим и военными микросхемам:
Требования военных –
микросхемы должны быть в металлокерамических корпусах.
Долго выясняли, похоже раньше (в
советские времена) пластик не выдерживал испытания по термоциклированию, был пористый (т.е. набирал влагу), и плохо переносил отрицательные температуры. Ну и наконец — это простой способ снизить процент подделок, т.к. на рынке микросхемы в металлокерамическом корпусе не купить.
.
Слайд 79Космические микросхемы
Дополнительные требования к космическим и военными микросхемам:
Но и у
керамики есть минусы — она дороже, меньше вибростойкость и в
целом от больших ускорений проволока, которой контактные площадки на кристалле соединены с выводами микросхемы, может отвалится (в пластиковом корпусе проволока «поддерживается» по всей длине пластиком)…
Слайд 80Космические микросхемы
О категориях микросхем
На западе микросхемы делятся на категории:
commercial,
industrial,
military,
space.
Слайд 81Космические микросхемы
О категориях микросхем
Commercial — обычные, самые массовые микросхемы для
домашних и офисных продуктов, обычно рассчитанные на диапазон температур 0..75C.
Слайд 82Космические микросхемы
О категориях микросхем
Industrial / Military — те же обычные
микросхемы, но с дополнительным тестированием, рассчитанные на чуть более широкий
температурный диапазон(-40..125С например) и опционально — в металлокерамическом корпусе (микросхемы, не прошедшие дополнительные тесты — могут быть проданы как Commercial).
Слайд 83Космические микросхемы
О категориях микросхем
Space -
— радиационно-стойкие микросхемы для космического применения,
тут уже металлокерамический корпус скорее правило. На микросхемы Military и
особенно Space существуют существенные ограничения на продажу за границу — нужно получать специальные разрешения, и нам их если и продают — то только для гражданской техники (например условно гражданский ГЛОНАСС).
Слайд 84Космические микросхемы
В России — все разделено несколько по другому: микросхемы
продаются с приемкой 1 (т.н. приемка ОТК — отдела технического
контроля, когда сам завод тестирует микросхемы), приемкой 5 (приемка заказчика, в случае военных — военный представитель контролирует тесты) и приемка 9 (когда к работам привлекается только наиболее квалифицированный персонал — для космоса и ядерных электростанций). Сама по себе приемка 5/9 не означает, что микросхема радиационно-стойкая — стойкость к спец.факторам указывается в (не публичной) документации на микросхему.
Слайд 85Космические микросхемы
Однако не любую микросхему можно поставить в Российскую военную
технику — существует список отечественных (в «отечественные» входят и белорусские
микросхемы с завода «Интеграл») электронных компонент, которые можно использовать при создании техники, где все перечислено поименно. Если какой-то завод создает новую микросхему — то до попадания в этот список её нельзя будет использовать.
Слайд 86Космические микросхемы
Однако не любую микросхему можно поставить в Российскую военную
технику — существует список отечественных (в «отечественные» входят и белорусские
микросхемы с завода «Интеграл») электронных компонент, которые можно использовать при создании техники, где все перечислено поименно. Если какой-то завод создает новую микросхему — то до попадания в этот список её нельзя будет использовать.
Слайд 87Космические микросхемы
Использование импортных микросхем требует индивидуального разрешения (с соответствующей формальной
бюрократией о том, что отечественных аналогов нет, но как появятся
— обязательно будем их использовать).
Слайд 89Космические микросхемы
Как разрабатывают космические и военные микросхемы?
Из предыдущего материала мы
уже знаем, что микросхемы не растут на деревьях, разрабатывать их
долго и дорого. Это в полной мере относится и к военным и космическим микросхемам. Ситуация тут однако усугубляется мелкосерийностью — и по своей инициативе что-либо разрабатывать заводу становится крайне сложно: потратить условно 1млн$ на разработку, а покупателям нужно всего 10 микросхем. За сколько их нужно продавать? 100'000$? 200'000$?
Слайд 90Космические микросхемы
Как разрабатывают космические и военные микросхемы?
По этой причине
государство финансирует ОКР на разработку нужных промышленности микросхем, и этих
ОКР финансируется множество.Сейчас российская электронная промышленность может разработать и произвести любую военную и космическую микроэлектронику (особенно после приобретения нового оборудования заводом «Микрон» в Зеленограде в 2007 и 2011 годах), но для этого кто-то должен эту разработку заказать и профинансировать с учетом срока разработки и изготовления в несколько лет. Или напрямую, или через государственную ОКР.
Слайд 91Космические микросхемы
Как разрабатывают космические и военные микросхемы?
Но конечно много
техники, сделанной 5-15 лет назад построено на импортных ключевых компонентах
— это результат наших потерянных 90-х, когда в микроэлектронике все было совсем печально (впрочем, как и везде в то время). Вынужденное использование импортных компонент в 90-е и начале 2000-х — это конечно плохо и опасно, но выбор стоял простой - или делаем на импорте, или не делаем вообще.
Слайд 92Космические микросхемы
Как разрабатывают космические и военные микросхемы?
Последние годы за
исправление ситуации с отечественной военной электроникой похоже взялись как следует,
и находить оправдания для использования импортных компонент будет все сложнее.
Слайд 93Космические микросхемы
Как разрабатывают космические и военные микросхемы?
Аналогичные проблемы с
военной электроникой есть и на западе — там тоже военные
микросхемы стоят дорого из-за мелкосерийности (например RAD750 — 200 тыс $), и не от хорошей жизни был недавний скандал о массовых поставках поддельных микросхем для военной техники.
Слайд 94Космические микросхемы
Как разрабатывают космические и военные микросхемы?
Разработка военных и
космических микросхем в России — на данный момент является логистической
задачей, которую успешно решают в соответствии с потребностями и бюджетом. После темного десятилетия 90-х, в последнее время появилось много отечественных продуктов — микроконтроллеры, FPGA (мелкие — свои, крупные — из импортных пластин со своей корпусировкой и тестированием), процессоры (Комдив-ы, Эльбрус, МЦСТ R500). Ведется работа по «прорывным» технологиям военного назначения (рад.стойкая FRAM)..
Слайд 95Космические микросхемы
Разработка и изготовление отечественных радиационно-стойких микросхем для космоса –
только вопрос времени и финансирования.
Но нужно понимать, что принципиально
это очень дорогие и высокотехнологичные элементы, производство которых требует особого подхода.Поскольку государственная воля для этого есть, полностью отечественная космическая техника может появиться в ближайшие годы (аналогично тому как это произошло с микроэлектронным производством в КНР).
