Н.В. Астахов1, А.В. Башкиров2, О.Ю. Макаров3, А.С. Демихова4
1-4 ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет» (г. Воронеж, Россия)
Постановка проблемы. Радиационно-стойкие электронные средства широко применяются практически во всех приборах и системах, предназначенных для работы в космосе. Аналоговые схемы и системы со смешанным сигналом для космической радиоэлектроники требуют стабильного и надежного опорного напряжения. Любые отклонения в его характеристиках ухудшают производительность всех последующих цепей, что приводит к неисправности или выходу из строя всей системы. Электронные схемы, работающие в космическом пространстве, подвержены риску возникновения таких радиационно-индуцированных эффектов, как полная поглощенная доза ионизирующего излучения (Total-Ionizing-Dose, TID), воздействие одиночных ионизирующих частиц (Single Event Effects, SEE) и повреждения кристаллической решетки в результате смещения атомов (Displacement Damage, DD). Таким образом, радиационная устойчивость подпороговых опорных схем для космической радиоэлектроники является актуальной проблемой.
Цель. Обоснованно показать, что радиационно-стойкая микроэлектроника, работающая в подпороговом режиме, позволяет значительно сократить вес полезной нагрузки и стоимость космических полетов за счет снижения энергопотребления.
Результаты. Проведено моделирование измерений суммарной дозы ионизации и однократных эффектов, вызванных γ-лучами, рентгеновскими лучами, протонами и тяжелыми ионами (кремния, криптона и ксенона), результаты которого использовались для оценки предлагаемых топологий для широкого спектра применений, работающих в жестких условиях, аналогичных космической среде. Представлены интегральные схемы, имеющие радиационную стойкостью по стандарту (RHBD), на основе только КМОП-транзисторы, работающие в подпороговом режиме. Рассмотрены поликремниевые резисторы без использования каких-либо внешних компонентов, таких как компенсационные конденсаторы.
Практическая значимость. Полученные результаты могут использоваться при проектировании радиационно-стойкой электроники, работающей в подпороговом режиме, что позволяет значительно сократить вес полезной нагрузки и стоимость космических полетов за счет снижения энергопотребления.
Астахов Н.В., Башкиров А.В., Макаров О.Ю., Демихова А.С. Проблема радиационной устойчивости подпороговых опорных схем для космической радиоэлектроники // Радиотехника. 2022. Т. 86. № 7. С. 10-13. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202207-02
- Martin H., Martin-Holgado P., Morilla Y., Entrena L., San-Millan E. Total ionizing dose effects on a delay-based physical unclonable function implemented in FPGAs // Electronics. 2018. № 7. Р. 163.
- Xi X., Dunga M., He J., Liu W., Cao K.M., Jin X., Ou J.J., Chan M., Niknejad A.M., Hu C. BSIM4.3.0 MOSFET Model. User Manual. Department of Electrical Engineering and Computer Sciences, University of California: Berkeley, CA, USA. 2003
- Астахов Н.В., Бадаев А.С., Макаров О.Ю., Демихова А.С., Питолин В.М. Применение MIMO-радаров для точного обнаружения целей и оценки их параметров // Радиотехника. 2021. Т. 85. № 6. С. 23-26.