Single Event Rate Evaluation for Modern ICs

Sogoyan A.V. (National Research Nuclear University "MEPHI", ), Chumakov A.I. (National Research Nuclear University "MEPHI"), Smolin A.A. ()
Abstract - The classical concept of total charge collection within a lim-ited sensitive volume (typically a rectangular parallelepiped) to this day remains the basis of the majority of approaches to single-event-effect (SEE) rate (SER) prediction. However, the applicability of this concept to modern ICs is impaired by a growing number of issues, including an increased role of multiple cell upsets (MCUs) and the uncertainty in extraction of a large set of parameters that no longer correspond to any physical parameters of the device. The goal of this work is to propose an alternative simple physics-based approach to SER estimation that can serve as a direct replacement of the integral rectangular parallelepiped (IRPP) method. To that end, we have built a model describ-ing SEE cross section dependence on LET based on physical-ly valid assumptions. This model accounts for the influence of well borders and the angular dependence of cross-section allowing us to correlate the cross-section is(LET) in an iso-tropic particle field with the experiment. It should be noted, however, that there is high uncertainty in estimating SEE cross-sections in the near-threshold region. The results presented in the paper indicate that uncertainty in the extraction of Weibull parameters and arbitrary as-signment of the sensitive volume thickness can lead to a spread of several orders of magnitude in subsequently calcu-lated SER. In contrast, the model proposed in this paper contains only two parameters, which are uniquely deter-mined from experimental data for normal ion incidence. This feature greatly simplifies the calculation procedure and in-creases the robustness of the forecast.

Keywords - Single event effects, single event rate, CMOS, diffusion charge collection, isotropic field.

Оценка частоты одиночных радиационных эффектов для современных СБИС

Согоян А.В. (Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ", АО "ЭНПО СПЭЛС", г. Москва), Чумаков А.И. (Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ", г. Москва), Смолин А.А. (Институт экстремальной прикладной электроники НИЯУ «МИФИ», г. Москва)
Аннотация - Предложен новый подход для прогнозирования частоты одиночных радиационных эффектов на основе оценки сечений эффектов в поле изотропного излучения тяжелых заряженных частиц. Оценка сечений одиночных эффектов в приближении изотропного излучения проводится на основе разработанных диффузионных моделей собирания заряда с трека тяжелой заряженной частицы. Проведено сравнение с существующими в настоящее время подходами. Предложены простые инженерные модели для оценки частоты одиночных радиационных эффектов при воздействии тяжелых заряженных частиц космического пространства.

Ключевые слова - Одиночные радиационные эффекты (ОРЭ), частота ОРЭ, диффузионная модель, изотропное поле.