Мустаев А.Ф.
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ПОРАЖЕНИЯ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ *
Аннотация:
актуальность статьи обусловлена большим распространением твердотельной электроники (носителей информации) и её уязвимостью перед электромагнитными полями. Полупроводники чувствительны к воздействию электромагнитных полей, это может привести к выходу из строя различных технических систем, или к потере ценной информации. Целью является выявить некоторые недостатки твердотельной электроники и обратить внимание на необходимость принятия мер по защите объектов обработки информации
Ключевые слова:
электромагнитное поле, электромагнитный импульс, пробой p-n перехода, СВЧ-импульс
При исследовании воздействия сильных ЭМП (электромагнитных полей) на электронные устройства наибольший интерес представляют фазовые состояния, характеризующие ЭМ свойства диэлектриков, полупроводников, проводников. Для характеристики изменения свойств вводится понятие фазовых переходов. Фазовые превращения – переход вещества из одной фазы в другую, например полупроводника в проводник. При действии сильного ЭМП первоначальное фазовое состояние нарушается с ростом плотности потока энергии П, Дж/м2 и в некоторой критической точке Пкр происходит лавинообразное формирование новой устойчивой фазы. Условием фазового перехода является критическая напряженность электрического поля Екр и время воздействия ЭМП t, которое должно быть t > 10-7 с, а также температура, давление и др. факторы. ФП элементов РЭА является результатом взаимодействия мощного ЭМП с веществом поражаемых элементов. Это взаимодействие порождает ряд процессов, классифицируемых как нелинейные явления в средах. Основной элементной базой микроэлектроники служат твердотельные приборы. Наиболее стойкими к воздействию сильных ЭМП являются металлы и диэлектрики. В п/п (полупроводники) фазовые превращения происходят при сравнительно небольших критических значениях плотности потока энергии Пкр = 10-6…10-7 Дж/см2 . Главным фактором превращений является поглощение ЭМ волн. При этом энергия волн переходит в другие виды энергии. Воздействие сильных ЭМП на полупроводники. П/п обладают как магнитными, так и электрическими свойствами, основными из которых, интересными с точки зрения воздействия на них сильных ЭМП, являются: весьма высокая чувствительность к внешним воздействиям и отрицательные температурные коэффициенты электропроводности при нагреве. Воздействие мощного СВЧ-импульса сопровождается пробоем р-n перехода или перехода Шотки. Обратное напряжение, приложенное к диоду, обычно падает на выпрямляющем переходе диода. При больших для конкретного п/п обратных напряжениях происходит пробой выпрямляющего перехода. Пробой диода сопровождается резким увеличением дифференциальной проводимости перехода при достижении обратным напряжением критического для данного прибора значением. Наиболее распространённые повреждения п/п приборов происходят вследствие поверхностного пробоя, объёмного пробоя, пробоя диэлектрика, сквозного пробоя в транзисторах с несколькими переходами. Пути проникновения мощного СВЧ-излучения к поражаемым элементам РЭА. СВЧ энергия может распространяться к чувствительным элементам РЭС по двум основным путям: – через цепи приема – передачи электромагнитной энергии, связанные со свободным пространством посредством антенно-фидерного тракта. Эти элементы открыты для проникновения СВЧ-излучения и работают на частотах, охватываемых спектром ЭМИ; – через конструктивные элементы РЭС (панели, щели, точки заземления, окна, неэкранированные проводники и др.). Источники мощных ЭМП. Грозы. Гроза оказывает на РЭА следующие виды воздействий: электростатическое, токовое (в случае прямого удара молнии), гальваническое (через токи молнии, проникающие по системе заземления), электромагнитное, помеховое. Высокопотенциальные РЛС. В процессе эксплуатации таких РЛС выяснилось, что зондирующие импульсы вызывают в близко расположенных объектах следующие эффекты: выгорание кристаллических смесителей в приемниках; воздействие продетектированных наводок на устройства анализа полезных сигналов и данных в РЭС; сильные помехи на выходе приемника; срабатывание электровзрывателей боеприпасов; возгорание паров топлива и ГСМ; повреждение глаз и кожных покровов. Для РЭС особую опасность представляют излучения, проникающие через антенну. При этом наблюдается следующее. 1) Сигналы среднего уровня (однако превышающее максимальный уровень полезного сигнала) обычно воздействуют на внутренние цепи приемника, достаточно удаленные от входных цепей. 2) Мощные одиночные импульсы вызывают ухудшение параметров или выгорание кристаллических смесителей и детекторов на входе приемника. К такому же эффекту может привести последовательность нескольких менее мощных импульсов, но уровень их мощности должен быть на 10…15 % ниже мощности одиночного импульса. 3) Для обеспечения выгорания кристаллических смесителей и детекторов от СВЧимпульсов требуется наименьшая энергия, если их длительность не превышает 10 нс. При такой длительности на поражение элемента затрачивается полная энергия воздействующего импульса, т.к. процесс воздействия будет адиабатическим, т.е. происходить без теплообмена с окружающей средой. Установлено экспериментально, что при длительности импульса менее 10 нс на п/п, приборы диапазона 1…10 ГГц выгорали, если энергия составляла 0,1…1 мкДж. При длительности импульса более 10 нс необходимо иметь большую энергию, т.к. сказываются потери на теплообмен
Номер журнала Вестник науки №6 (15) том 5
Ссылка для цитирования:
Мустаев А.Ф. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ПОРАЖЕНИЯ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ // Вестник науки №6 (15) том 5. С. 247 - 250. 2019 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/1906 (дата обращения: 27.04.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2019. 16+