Efeitos destrutivos de íons pesados em dispositivos eletrônicos

• Autor(a) principal: Alberton, Saulo Gabriel Pereira Nascimento
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-08112019-144426/
• topic: Efeitos de radiação em dispositivos eletrônicos; Instrumentação nuclear; Interação da radiação com a matéria; Nuclear instrumentation; Radiation effects in electronic devices; Radiation interaction in matter; Single-event burnout; Single-event burnout; Single-event effects; Single-event effects

Desde meados de 1970, sabe-se que dispositivos eletrônicos estão sujeitos a falhas operacionais quando expostos à radiação. Essas falhas operacionais manifestam-se significativamente em ambientes cuja exposição à radiação é bastante intensa, tal como em eletrônica embarcada de satélites, sistemas aviônicos, aceleradores de partículas e reatores nucleares. Efeitos de radiação dominantes em sistemas eletrônicos de aplicação espacial são causados pela penetração de uma única partícula ionizante, e por isso são chamados de Efeitos de Eventos Independentes (Single-Event Effects - SEE). Esses efeitos são causados pela incidência de uma única partícula ionizante com energia suficiente para produzir um grande número de pares elétron-lacuna em um volume sensível do dispositivo eletrônico. Sob movimentos de condução e difusão dentro do dispositivo, os pares elétron-lacuna configuram correntes elétricas que são internamente coletadas, resultando em transientes de circuito, mudanças de estados lógicos, ou até mesmo dano físico permanente no dispositivo. Em dispositivos de potência, os intensos campos elétricos internos podem ser capazes de aumentar as densidades de corrente através de ionização por impacto, resultando em um efeito avalanche até que um colapso inteiramente destrutivo ocorra: um Single-Event Burnout (SEB). Dependências críticas de riscos de efeitos de radiação íon-induzidos em transistores foram medidas usando o arranjo dedicado SAFIIRA do LAFN-USP. Feixes iônicos de 28Si, 35Cl, 48Ti, 56Fe, 63Cu e 107Ag foram utilizados para a realização de medidas de seção de choque de eventos catastróficos do tipo SEB. Foi desenvolvido um arranjo elétrico de aquisição baseado na técnica de limitação de corrente para medidas não-destrutivas desses eventos inteiramente destrutivos. Nesse arranjo, para cada ocorrência de um evento candidato a SEB, a potência disponível capaz de destruir o dispositivo é limitada e o sinal de saída é atenuado e contado, permitindo a realização de medidas indiretas de seções de choque de SEBs e preservando a integridade física do dispositivo eletrônico sob estudo. A caracterização do transistor IRLZ34NPbF resultou na estimativa da profundidade da região sensível do dispositivo 10.1(5) um e na inferência estatística de sua seção de choque de saturação 4.62(17) x 10^(-3) cm^2, indicando que 11.1(6)% da área total do chip semicondutor do dispositivo pode contribuir na ocorrência de efeitos destrutivos do tipo SEB.