DIN EN IEC 60749-17:2019-11*VDE 0884-749-17:2019-11
Полупроводниковые приборы – Методы механических и климатических испытаний
- Стандартный №
- DIN EN IEC 60749-17:2019-11*VDE 0884-749-17:2019-11
- Дата публикации
- 2019
- Разместил
- German Institute for Standardization
- Последняя версия
- DIN EN IEC 60749-17:2019-11*VDE 0884-749-17:2019-11
- сфера применения
-
Обзор стандарта и область применения
DIN EN IEC 60749-17:2019, являясь важным стандартом для испытаний на надежность полупроводниковых приборов, регламентирует методы испытаний электронных компонентов в условиях нейтронного излучения. Этот стандарт применим к оценке характеристик снижения производительности интегральных схем, дискретных полупроводниковых приборов и оптоэлектронных приборов в полях нейтронного излучения. Основная ценность стандарта заключается в обеспечении гарантии надежности электронных систем в экстремальных условиях, таких как аэрокосмическая промышленность, объекты ядерной энергетики и эксперименты в области физики высоких энергий.
Испытательное оборудование и технические характеристики
В главе 4 стандарта подробно описаны требования к конфигурации испытательного оборудования, среди которых выбор источника излучения и точность системы измерения дозы напрямую влияют на надежность результатов испытаний.
Тип оборудования Технические требования Требования к точности Цикл калибровки Источник нейтронного излучения Диапазон энергетического спектра 0,025 эВ–14 МэВ Погрешность потока ≤10% Проверяется перед каждым испытанием Система измерения дозы Возможность дискриминации тепловых/быстрых нейтронов Погрешность дозы ≤5% Полугодовая калибровка Оборудование для испытания электрических характеристик Совместимость с радиационной обстановкой Точность измерения 0,1% Ежегодная калибровка При выборе источника излучения необходимо учитывать соответствие энергетическому спектру нейтронов. Рекомендуется использовать реакторный или ускорительный источник нейтронов для обеспечения полного покрытия энергетического спектра от тепловых до быстрых нейтронов. Измерения дозы должны проводиться с использованием стандартизированных детекторов нейтронов, таких как камеры деления или активированная фольга, калиброванных с использованием стандартов, прослеживаемых NIST.
Ключевые моменты процедуры и реализации испытаний
В главе 5 стандарта систематически описан весь процесс проведения испытаний, требующий строгого контроля качества на каждом этапе, от подготовки образцов до анализа окончательных данных.
Отбор образцов и предварительная обработка
Испытательные образцы должны быть статистически репрезентативными, обычно требуя минимального размера выборки из 3-5 устройств из разных партий. На этапе предварительной обработки требуется комплексное тестирование электрических характеристик с записью начальных параметров в качестве базовых значений. Ключевые параметры включают ток утечки, пороговое напряжение и характеристики усиления, которые наиболее чувствительны к воздействию радиации.
Осуществление радиационного облучения
Во время процесса облучения поток нейтронов и распределение энергетического спектра должны контролироваться в режиме реального времени для обеспечения точности расчетов дозы. Стандарт требует, чтобы мощность дозы контролировалась в диапазоне 108-1011 н/см²·с, чтобы избежать тепловых помех, вызванных чрезмерно высокими мощностями дозы. Ориентация образца и конфигурация экранирования должны точно контролироваться, чтобы минимизировать воздействие рассеянных нейтронов.
Анализ после испытания
После облучения необходимо завершить тестирование электрических характеристик в течение указанного времени (обычно 24–48 часов) для регистрации дрейфа параметров, вызванного излучением. Анализ отклонений должен включать анализ механизма отказа, например, различение повреждений от смещения и эффектов ионизации, чтобы предоставить рекомендации по улучшению устройства. 15%
Распределение дозы по глубине Характеристика энергетического спектра Метод активации многофольгами Разрешение энергетического спектра ≤ 20% Полные данные энергетического спектра Измерения дозы должны учитывать характеристики энергетического спектра нейтронов, используя технологию активации многофольгами или методы времени пролета для получения точного распределения энергетического спектра. При испытании полупроводниковых приборов особое внимание должно быть уделено преобразованию потока нейтронов, эквивалентного 1 МэВ, ключевому параметру для оценки повреждения от смещения.
Требования к безопасности и защите
В разделе 5.1 стандарта указаны конкретные требования к радиационной безопасности: испытательные установки должны соответствовать стандартам радиационной защиты ISO 2919 и IEC 61513, а операторы должны пройти специализированное обучение по радиационной безопасности. В ходе внедрения должна быть создана система контроля доз, чтобы гарантировать, что индивидуальные дозы облучения остаются ниже нормативного годового предела 20 мЗв.
Рекомендации по внедрению стандарта
Основываясь на практическом применении стандарта, предлагаются следующие рекомендации по внедрению:
Требования к строительству лаборатории
Создание лаборатории по испытанию радиации, соответствующей стандарту, требует инвестиций в профессиональные средства экранирования и системы радиационного мониторинга. Рекомендуется использовать модульную конструкцию экранирования для облегчения обслуживания и модернизации оборудования. Зона облучения должна быть разделена на контролируемые зоны, зоны наблюдения и зоны без ограничений, а также должны быть установлены устройства блокировки и системы аварийного отключения.
Система контроля качества
Внедрение стандарта требует создания комплексной программы обеспечения качества, включая калибровку оборудования, сертификацию персонала, документирование процедур и управление записями. Рекомендуется получить сертификацию ISO/IEC 17025 для обеспечения прослеживаемости и международного взаимного признания результатов испытаний.
Оптимизация схемы испытаний
Условия испытаний могут быть оптимизированы для различных типов полупроводниковых приборов: силовые приборы фокусируются на деградации тока насыщения, КМОП-устройства фокусируются на дрейфе порогового напряжения, а оптоэлектронные приборы должны измерять изменения эффективности фотоэлектрического преобразования. Рекомендуется использовать схему ступенчатой дозы облучения для получения кривой зависимости реакции от дозы устройства.
Технологическая эволюция и разработка стандартов
Разработка стандарта IEC 60749-17 отражает углубление исследований эффектов излучения полупроводников. Основные обновления версии 2019 года включают в себя: улучшенные требования к измерению энергетического спектра, добавление руководств по испытаниям для новых полупроводниковых материалов (таких как SiC и GaN) и усиленные статистические требования к анализу данных. Ожидается, что будущие версии дополнительно стандартизируют методы испытаний корреляции между эффектами одиночного события и повреждением от смещения.
Этот стандарт хорошо координируется с военными и аэрокосмическими стандартами, такими как MIL-STD-883 и ESCC 22900, но есть тонкие различия в методах измерения дозы и критериях отказа. При внедрении следует уделять внимание применимости и взаимосвязи преобразования стандартов.
Пример применения и анализ
Некое аэрокосмическое устройство FPGA прошло испытания на нейтронное излучение в соответствии с этим стандартом: в качестве источника излучения использовался реактор TRIGA с потоком нейтронов 2×1011 н/см²·с и общим потоком 1×1014 н/см². Результаты испытаний показали, что в конфигурационной памяти наблюдались многобитовые перевороты, а логическая функциональность начинала ухудшаться при потоках, превышающих 5×1013 н/см². Анализ отказов определил, что повреждение смещения в первую очередь вызывало сокращение времени жизни носителей, что предоставило важную информацию для радиационно-стойкой конструкции.
Другой пример включает испытания фотоэлектрического детектора: использовался источник нейтронов на основе ускорителя с энергетическим спектром, приближающимся к спектру деления. Измерения выявили 15%-ное падение фотоэлектрического отклика при плотности потока 1×1013 н/см². Эксперименты по отжигу позволили дифференцировать вклады постоянных повреждений и переходных эффектов.
Краткое содержание и перспективы
DIN EN IEC 60749-17:2019 предоставляет полную техническую основу для испытаний полупроводниковых приборов нейтронным излучением. При внедрении важно уделять особое внимание точности измерения дозы и стандартизации условий испытаний. По мере развития новых технологий стандарт будет обновляться с учетом потребностей в испытаниях новых электронных компонентов, таких как широкозонные полупроводники и наноустройства.
При использовании стандарта пользователям рекомендуется соответствующим образом корректировать параметры испытаний и критерии приемки в зависимости от конкретных сценариев применения устройства и видов отказов. Пользователям также рекомендуется участвовать в разработке и пересмотре стандарта для содействия развитию и совершенствованию технологий испытаний.
DIN EN IEC 60749-17:2019-11*VDE 0884-749-17:2019-11 История
- 2019 DIN EN IEC 60749-17:2019-11 Полупроводниковые приборы - Методы механических и климатических испытаний - Часть 17: Нейтронное облучение (IEC 60749-17:2019); Немецкая версия EN IEC 60749-17:2019
- 2019 DIN EN IEC 60749-17:2019 Приборы полупроводниковые. Механические и климатические методы испытаний. Часть 17. Нейтронное облучение (IEC 60749-17:2019); Немецкая версия EN IEC 60749-17:2019
