Воздействие сверхкоротких импульсных перегрузок на полевые транзисторы и цифровые схемы

Оглавление
Список используемых сокращений...........................................4
Введение.................................................................5
Глава 1. Воздействие импульсных перегрузок на ОаАэ ГЛШ..................21
1.1. Основы математического аппарата полупроводникового симулятора 23
1.2. Физическая модель ПТШ............................................28
1.3. Теоретический анализ заряда ловушечных центров...................31
1.4. Моделирование состояния равновесия...............................35
1.5. Моделирование импульсной перегрузки и процесса восстановления 40
1.6. Теоретическая оценка длительности переходных процессов...........53
Выводы................................................................56
Глава2. Воздействие импульсных перегрузок на МОП-транзисторы............58
2.1. Введение в физику структур металл-диэлектрик-полупроводник.......59
2.2. Вольтамперные характеристики МОП-транзисторов....................64
2.3. Зарядовые состояния 8Ю2 и интерфейса Бі-БіОг.....................74
2.4. Воздействие СКИ на МОП-транзисторы...............................85
2.4.1. Влияние входной цепи на спектр и форму СКИ...................88
2.4.2. Схема эксперимента......................................... 94
2.4.3. Моделирование экспериментальных схем.........................97
2.4.4. Воздействие СКИ на МОП-транзисторы со встроенным каналом п-типа на примере транзисторов КПЗ 13 А........................101
2.4.5. Воздействие СКИ на МОП-транзисторы с индуцируемым каналом п-типа на примере транзисторов КП505Г............................107
2.4.6. Воздействие СКИ на МОП-транзисторы с индуцированным каналом р-типа на примере транзисторов КП301Б..........................108
2.5. Обсуждение результатов..........................................115
Выводы...............................................................119
Глава 3. Воздействие импульсных перегрузок на триггеры Шмиїта КМОП-логики.................................................................121
3
3.1. Анализ схемы интегрального триггера Шмитта КМОП-логики...........123
3.2. Моделирование локальных пробоев транзисторов схемы триггера......127
3.3. Воздействие СКИ на триггеры Шмитта КМОП-логики...................130
3.3.1. Экспериментальная установка..................................130
3.3.2. Результаты экспериментов.....................................134
3.3.3. Интерпретация экспериментальных результатов..................143
Выводы................................................................148
Глава 4. Воздействие сверхкоротких импульсных перегрузок на синхронные цифровые схемы КМОП-логики..............................................150
4.1. Схемные реализации Т-триггеров...................................151
4.2. Схема и методика экспериментов...................................156
4.3. Испытание микросхем триггеров Б^4НС74Ы на стойкость к СКИ........156
4.4. Испытание микросхем счётчиков 8Ы74НС163Ы на стойкость к СКИ.... 158
4.4.1. Анализ временных диаграмм при воздействии серии СКИ..........160
4.4.2. Анализ интегрального эффекта воздействия серий СКИ...........164
4.5. Обсуждение результатов...........................................166
Выводы................................................................177
Заключение..............................................................179
Библиографический список использованной литературы......................182
Приложение 1. Программа для расчёта объёмного заряда..................191
Приложение 2. Программа для построения векторных графиков.............193
Приложение 3. Программы — интерфейсы измерительных установок..........194
Приложение 4. Измерительные установки.................................197
Список используемых сокращений
АЧХ — амплитудно-частотная характеристика ВАХ - вольтамперная характеристика ИС - интегральная схема
КМОП - схемы на комплементарных (дополняющих) МОП-транзисторах с
противоположными типами каналов
МОП - структура металл-оксид-полупроводник
МОПТ - транзистор с МОП-структурой
МШУ - малошумящий усилитель
ПТШ — полевой транзистор с затвором Шоттки
СВЧ - сверхвысокие частоты
СКИ - сверхкороткий импульс(ы)
5
Введение
Работа посвящена исследованию воздействия сверхкоротких импульсных перегрузок на электронные схемы, выполненные на полевых транзисторах: СаАь фанзисторы с затвором Шоттки (ПТШ) и МОП-транзисторы (структуры металл-оксид-полупроводник). Методами численного моделирования с помощью симулятора полупроводниковых структур было исследовано воздействие импульсных перефузок на ваЛь полевые транзисторы с затвором Шоттки. Выявлены физические механизмы, обуславливающие длительные переходные процессы в ПТШ под действием электрической перефузки по затвору. Длительность этих процессов определяется статистикой перезарядки глубоких уровней в ОэАб и может составлять десятки минут. Экспериментально и с помощью схемотехнического моделирования было исследовано воздействие сверхкоротких импульсов на МОП-транзисторы. Исследовались переходные процессы в усилителях (схема общий исток) на МОП-фанзисторах различных типов. Показано, что сверхкороткие импульсы вызывают переходные процессы. Однако эти процессы не связаны со специфическими изменениями в полупроводниковой структуре транзисторов как в случае ваАБ ПТШ, а обусловлены усилительными свойствами транзисторов и параметрами внешних цепей. Несмотря на большие амплитуды, СКИ не приводили к необратимым изменениям парамефов транзисторов. Это объясняется кратковременностью действия электрической перегрузки и специфической проявления дефектов в подзатворном диэлекфике, наличие которых фудно обнаружить, пока их концентрация не достигнет критического уровня. Тем не менее, помехи в виде СКИ способны нарушать работу аналоговых схем на полевых транзисторах, а также вызывать сбои в цифровых схемах КМОП-логики. Экспериментально наблюдались переключения триггеров и счётчиков под действием СКИ по тактовому входу. В результате исследования устойчивости фиггеров Шмитта к импульсным пере-фузкам, было показано, что воздействие СКИ можно свести к изменению пе-
6
редаточной характеристики триггера, выражающимся в сужении зоны неопределенности. Это важный параметр, определяющий регенеративные свойства триггера. Триггеры Шмитта в значительной степени обуславливают помехоустойчивость цифровых схем, поэтому их восприимчивость к СКИ может играть ключевую роль при анализе электромагнитной совместимости цифровых систем и радиосистем, излучающих сверхкороткие импульсные сигналы.
Актуальность работы
Научно-технический прогресс условно можно представить как совокупность некоторых этапов или периодов. Появление новых идей, открытий, изобретений даёт начало очередному этапу развития технологий. Однако наряду с новыми возможностями возникают и новые проблемы, связанные как непосредственно с использованием этих возможностей, так и с дальнейшим их развитием. К концу каждого периода технологии достигают предела, который определяется совокупностью неразрешённых проблем. Эти проблемы являются сдерживающим фактором, ограничивающим экстенсивное развитие. Они побуждают искать новые решения, создавая предпосылки для перехода к интенсивному развитию и следующей ступени прогресса как в конкретной области знания, так и в науке в целом.
В последние десятилетия бурно развивались электронные технологии, особенно направления цифровой электроники и радиотехники. К настоящему времени уже успели сформироваться некоторые проблемы, препятствующие дальнейшему развитию этих технологий. Это вопросы создания качественно новой элементной базы (например, квантовых микропроцессоров), перехода к нанотехнологиям, совершенствования методов беспроводной передачи данных и т.д. Мы уделим внимание проблеме, в той или иной степени касающейся всех перечисленных направлений, - это вопрос стойкости полупроводниковых приборов к импульсным перегрузкам.
Ещё на заре развития электронной техники учёные могли сталкиваться с проблемой мощных импульсных помех, источником которых выступали разряды атмосферного электричества - молнии. Но электронные технологии в то время были мало распространены по сравнению с сегодняшним уровнем, и проблема электромагнитной совместимости ещё не была актуальной. Ввиду низкой плотности передаваемой по радиоканалам информации и высокой стойкости ламповой электроники к электроперегрузкам проблема атмосферных помех воспринималась как некоторое неудобство, действие сил природы, с которыми следует смириться. Сегодня плотность информации, передаваемой в радиодиапазоне, крайне велика. Однако, несмотря па различные технологические ухищрения, до сих пор не удалось полностью исключить воздействие разрядов атмосферного электричества на современные радиосистемы. Разряд молнии порождает широкополосный электромагнитный импульс, перекрывающий многие радиовещательные каналы и способный порождать помехи в эфире даже на противоположной стороне земного шара. В этом плане является перспективной технология сверхширокополосной связи, позволяющая передавать информацию, подобно молнии распределяя энергию сигнала по широкому спектру частот. Избыточная информация в спектре такого сигнала позволит приёмнику восстановить сообщение, несмотря на потери в спектральных линиях поглощения или в результате интерференции помех.
Во временной области сверхширокополосный сигнал представляется сверхкоротким импульсом (СКИ). Это импульс субнаносекундной длительности. Мы будем рассматривать сверхкороткие видеоимпульсы, т.е. импульсы без СВЧ заполнения. Применение сигналов в виде СКИ перспективно в радиолокации [23, 25] (известно, что чем короче зондирующий импульс, тем точнее измерение координат и скорости цели). Однако в связи с этим обостряется проблема электромагнитной совместимости, поскольку наряду с атмосферными помехами на радиоэлектронную аппаратуру действуют сверхширокополосные электромагнитные импульсы систем радиолокации и связи. Но проблема не исчер-
8
пывается искажением передаваемой информации: мощные электромагнитные импульсы могут приводить к явлениям необратимой и обратимой деградации характеристик полупроводниковых структур [4,5,21]. С этими эффектами столкнулись в радиолокации при использовании мощных зондирующих импульсов. В результате электрической перегрузки происходила временная деградация характеристик приёмника, и отражённый от цели сигнал не принимался. Было установлено, что наиболее критичным к перегрузкам элементом приёмника является малошумящий усилитель (МШУ), который в современных радиосистемах, как правило, выполняется на GaAs полевом транзисторе с затвором Шоттки (ПТШ) [5, 2, 3, 27].
В общем случае помехи в виде СКИ могут воздействовать на все элементы радиоэлектронного оборудования [21]. Электромагнитное излучение источников сверхширокополосных сигналов и помех наводит электрические импульсы на линиях передач, кабелях питания, сигнальных шлейфах, дорожках печатных плат. Широкий спектр СКИ обуславливает высокую проникающую способность импульсов даже через технологические отверстия экранирующих корпусов оборудования [5]. В связи с этим представляет интерес воздействие СКИ не только на приёмный тракт, но и на блок цифровой обработки сигналов [63, 12], в котором, как правило, широко используются МОП-транзисторы [10, 6]. Область применения МОП-транзисторов обширна, поэтому при внедрении сверхширокополосных технологий важно обеспечить устойчивость схем на MOI 1-транзисторах к воздействию сверхкоротких импульсных помех.
Цель работы
Целью настоящей работы было выявление механизмов возможных сбоев аналоговых, цифровых и гибридных схем на полевых транзисторах под действием сверхкоротких электрических перегрузок, а также разработка экспериментальных методов оценки стойкости полупроводниковых приборов к воздействию сверхкоротких импульсов.
В связи с поставленной целью в диссертационной работе необходимо было решить следующие задачи:
1. Исследовать природ}' длительных переходных процессов в малошумя-щем усилителе, выполненном на ОаАБ ПТШ, при воздействии импульсных перегрузок.
2. Оценить теоретически и экспериментально стойкость аналоговых и цифровых схем на МОП-транзисторах к воздействию сверхкоротких импульсных перегрузок.
3. Разработать методы экспериментального определения критериев стойкости полупроводниковых приборов к воздействию СКИ.
Методы исследования
В работе использовались методы компьютерного моделирования физических процессов и электронных схем. Методы аналитического и численного решения физических задач. Методы радиофизических измерений.
Научная новизна работы
В настоящей работе получены следующие результаты, обладающие новизной:
1. Выявлены отличия в динамике перезарядки областей объёмного заряда ваАз ПТШ, обуславливающие длительные процессы восстановления тока стока транзистора после действия импульсной перегрузки.
2 Исследован механизм воздействия импульсных перегрузок на МОП-транзисторы в схемах инвертирующих усилителей.
3. Проведена оценка стойкости цифровых схем КМОП-логики: микросхем триггеров Шмитта и счётных Т-триггеров к воздействию СКИ.
4. Предложены модели воздействия СКИ на полевые транзисторы, позволяющие рассчитывать переходные процессы.
10
5. Разработаны экспериментальные установки для исследования воздействия СКИ на полупроводниковые приборы.
6. Предложены методы экспериментальной оценки стойкости полупроводниковых приборов к воздействию сверхкоротких импульсных помех и перегрузок.
Достоверность результатов диссертации
Достоверность результатов диссертационной работы определяется и подтверждается корректным применением математических методов, соответствием известным фундаментальным теоретическим представлениям и непротиворечивостью с исследованиями других авторов но данной тематике, корректной постановкой эксперимента и интерпретацией результатов измерений, согласованием результатов эксперимента с результатами компьютерного моделирования
Личный вклад
Личный вклад определяется выбором объектов исследования; постановкой и проведением экспериментов; разработкой и изготовлением измерительных установок и модулей; написанием компьютерных программ, расширяющих возможности стандартного программного обеспечения и осуществляющих обработку экспериментальных данных; анализом и интерпретацией экспериментальных результатов; проведением теоретических исследований.
Практическая ценность работы
1. Выявлены причины возникновения сбоев в реальных электронных схемах на полевых транзисторах (СаАБ ПТШ и МОПТ) под действием сверхкоротких импульсных перегрузок.
2. Показано влияние концентрации примеси хрома в арсениде галлия на характер и длительность процесса восстановления тока стока полевого транзи-
11
стора с затвором Шоттки после снятия перегрузки. От этого зависит стойкость транзистора к воздействию импульсных перегрузок.
3. Предложены модели воздействия СКИ на полевые транзисторы, позволяющие оценивать и рассчитывать переходные процессы.
4. Предложены схемы измерительных установок и методы экспериментального определения стойкости полупроводниковых приборов (аналоговых, цифровых и гибридных) к сверхкоротким импульсным помехам и перегрузкам.
Апробация работы
Основные результаты работы были представлены и докладывались на:
- XIII, XIV, XV, XVI Международных научно-технических конференциях «Радиолокация, навигация, связь» г. Воронеж в 2007, 2008, 2009, 2010 годах соответственно.
- VII Международная научно-техническая конференция, посвящённая 150-летию со дня рождения A.C. Попова «Физика и технические приложения волновых процессов», г. Самара, 2007.
- VIII Международный симпозиум по электромагнитной совместимости и экологии, г. Санкт-Петербург, 2009.
- Научных сессиях Воронежского государственного университета с 2007 г. по 2011г.
Основные результаты, выносимые на защиту
1. Модель GaAs ПТШ, позволяющая рассчитывать длительные переходные процессы, вызываемые импульсными электрическими перегрузками.
2. Результаты моделирования структуры объёмного заряда GaAs ПТШ, позволившие выявить две области, в которых приращения зарядов глубоких уровней имеют противоположные знаки. Отличия в динамике перезарядки этих областей обуславливают быструю и медленную стадии восстановления тока
12
стока транзистора и наличие кумулятивного эффекта при воздействии серии импульсов перегрузки.
3. Модель воздействия сверхкоротких импульсных пере!рузок на МОП-транзисторы, позволяющая оценить параметры и вид переходных процессов в схемах усилителей на МОП-транзисторах.
4. Результаты численного расчёта и экспериментального исследования воздействия СКИ на инвертирующие усилители на МОП-транзисторах, позволившие выявить механизм переходных процессов, определяющих восприимчивость усилителей к помехам в виде СКИ.
5. Результаты моделирования и экспериментального исследования воздействия СКИ на интегральные триггеры Шмитта КМОП-логики, показавшие, что под действием электрической перегрузки сужается зона неопределенности триггера Шмитта и, соответственно, ухудшается помехоустойчивость цифровых схем, в которых эти триггеры используются для регенерации и генерации цифровых сигналов.
6. Результаты экспериментальных исследований воздействия СКИ на счётные триггеры КМОП-логики, выявившие наличие аномальных переключений цифровых схем под действием сверхкоротких импульсных перегрузок, которые с большой вероятностью могут приводить к сбоям цифровых схем.
5. Схемы измерительных установок и методы экспериментального определения стойкости усилителей на МОП-транзисторах, триггеров Шмитта и счётных триггеров к воздействию СКИ.
Публикации
По теме диссертационной работы было опубликовано 14 научных работ [38-51], из них 5 [38,40,41,45,46] в профильных периодических научных изданиях, рекомендуемых ВАК РФ для публикации основных результатов докторских диссертаций.
13
Внедрение научных результатов
Научные результаты, полученные в ходе настоящего диссертационного исследования, использованы в научно-исследовательской работе «Диффузия-К-ВГУ» (государственный контракт № 64019/36-06).
Состояние исследуемой проблемы
Опубликовано достаточно много работ по воздействию на полупроводниковые приборы СВЧ-излучения [2-5, 33, 63] и электрических перегрузок [21, 67-69, 71, 66, 74, 13]. Однако, как правило, рассматривается необратимая деградация характеристик приборов под воздействием длительных перегрузок, в то время как сверхкороткие импульсы ввиду своей малой длительности могут приводить к специфическим явлениям обратимой деградации, представляющим как теоретический, так и практический интерес ввиду возможности появления сбоев полупроводниковых приборов при относительно малых энергиях воздействия. Сверхкороткие электромагнитные импульсы с большими пиковыми значениями мощности могут быть использованы в качестве средства радиоэлектронного подавления [1, 11, 60]. Очевидно, в этой связи и в связи с тем, что в радиотехнике сверхкороткие импульсы стали применяться недавно, литература по данной тематике трудно доступна. Можно отметить работы [1, 12, 54, 7, 57, 52, 24]. Несомненна важность исследования сверхкоротких импульсных перегрузок и импульсных помех для развития науки и техники, поскольку сверхши-рокополосные сигналы открывают новые перспективы и технические возможности [18, 23]. Настоящая диссертационная работа призвана восполнить недостаток экспериментальных данных и теоретических работ по данной тематике.
Структура и объём работы
Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка литературы из 80 наименований. Общий объём диссертации составляет 200 страниц, включая 58 страниц иллюстраций и 10 страниц приложений.
14
Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определены цель и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость результатов работы, представлена структура диссертации.
В первой главе исследуется воздействие импульсных перегрузок на ваАя ПТШ. В полупроводниковом симуляторе задаётся физическая модель транзистора и рассчитываются переходные процессы при подаче и снятии напряжения перегрузки на затвор транзистора. При перегрузке электрическое поле, создаваемое затвором, проникает вглубь полуизолирующей подложки на ваАз. Происходит перераспределение свободных носителей заряда, которое приводит к изменению заряда глубоких уровней ЕЬ2 и О. Динамика перезарядки глубоких уровней определяется кинетическими уравнениями статистики тепловой рекомбинации и генерации носителей Шокли-Рида-Холла.
Первый этап исследования — моделирование структуры объёмного заряда (суммарного заряда и его компонент) в состоянии равновесия при заземлённых контактах транзистора для различных значений концентрации примеси хрома. Наглядно представляется структура объёмного заряда в виде диполя на переходе канал-подложка. Важной особенностью этой структуры является определяющий вклад заряда ионизированных атомов хрома в отрицательный заряд подложки при типовом компенсационном соотношении АСг - (М) + Мци) > 1, где Ncx — концентрация глубоких акцепторов, Ар и Аеь2 - концентрации мелких и глубоких доноров соответственно. Следовательно, в случае проникновения поля перегрузки в глубь подложки можно ожидать изменение концентрации ионизированных атомов хрома с последующей медленной релаксацией заряда глубоких уровней после снятия перегрузки. Этим обуславливается медленный процесс восстановления тока стока транзистора.
Даная гипотеза находит подтверждение на втором этапе исследования, когда моделируется воздействие импульса перегрузки по затвору при заземлённом истоке и типовом напряжении на стоке. Анализ перераспределения зарядов во времени и пространстве выявляет следующую особенность: под действием
15
перегрузки в области под затвором атомы хрома нейтрализуются, а в остальном объёме подложки ионизируются. Это связано с распределением поля под затвором в виде потенциального желоба и наличием р-п перехода канал-подложка. Под затвором этот переход оказывается смещенным в прямом направлении. В результате обеднённая область перехода сужается и уменьшается концентрация ионизированных акцепторов хрома. Этот процесс согласно результатам моделирования и теоретическим оценкам протекает быстрее, чем ионизация акцепторов хрома в остальном объёме подложки. При снятии перегрузки, наоборот, релаксация заряда в области под затвором происходит медленно, а в остальном объёме подложки быстро.
Изменение конфш-урации объёмного заряда в подложке вызывает изменение конфигурации объёмного заряда в канале, происходит модуляция ширины обеднённой области перехода канал-подложка и, соответственно, модуляция проводимости канала, которая в литературе получила название обратного управления со стороны подложки (Ьаск^абг^) [27, 75]. После снятия перегрузки в подзатворной области происходит релаксация избыточного положительного заряда, а в остальном объёме подложки - отрицательного. Два этих конкурирующих процесса определяются разными постоянными времени. Поэтому процесс восстановления тока стока транзистора после снятия перегрузи протекает в две стадии. Быстрая релаксация отрицательного заряда приводит к увеличению тока стока с нулевого значения, когда транзистор закрыт полем перегрузки, до значения, близкого к начальному. Однако наличие избыточного положительного заряда в подзатворной области подложки приводит к тому, что ток стока оказывается больше первоначального значения. По мере релаксации этого заряда ток стока возвращается к первоначальному значению, но со стороны не меньших значений тока, а больших. При больших концентрациях хрома этот процесс растягивается во времени, а при малых этот эффект проявляется в виде положительного выброса тока, поскольку большое влияние начинает оказывать избыточный положительный заряд глубоких доноров £7,2.
16
Таким образом, были объяснены длительные переходные процессы восстановления тока стока ОаАБ ПТШ, наблюдаемые в реальных МШУ под действием импульсных перегрузок, а также их зависимость от концентрации примеси хрома. Восстановление тока стока может длиться десятки секунд, при этом изменение рабочего режима и характеристик транзистора способно значительно ухудшить параметры МШУ и даже привести к его временной неработоспособности. Процесс деградации МШУ в случае воздействия последовательности импульсов перегрузки будет выражаться в прогрессирующем накоплении избыточного положительного заряда, что потенциально может привести к значительному увеличению тока стока и перегреву транзистора.
Во второй главе исследуется воздействие импульсных перегрузок на МОП-транзисторы. В результате анализа физики МОП-структур показано, что импульсные перегрузки (импульсы напряжения, превышающего значение напряжения пробоя диэлектрика) могут изменять вольтамперные характеристики транзисторов, в частности напряжение отсечки ввиду изменения заряда поверхностных состояний. При перегрузках происходит генерация дефектов в диэлектрике, соответственно, возрастает ток утечки. Когда концентрация дефектов достигает критического значения, в диэлектрике образуются каналы проводимости. Но даже при такой деградации МОП-транзисторов возможно удовлетворительное функционирование цифровых схем [74], что нельзя сказать об аналоговых.
В проведённых экспериментах инвертирующие усилители на МОП-транзистрах различных типов оказались восприимчивы к воздействию по входной цепи сверхкоротких импульсов как больших, так и малых амплитуд. Было показано, что помехи в виде СКИ порождают переходные процессы в усилителях, однако, не вызывают заметных изменений их параметров.
Предложен простой способ моделирования воздействия СКИ посредством численного расчёта электронной схемы усилителя, в которой транзистор заменён источником тока, управляемым напряжением затвора и стока. Нели-
17
нейная функция тока стока аппроксимирует реальные ВАХ транзисторов. Остальные элементы схемы усилителя, включая ёмкости транзисторов, полагались линейными. В результате моделирования было показано, что переходные процессы в схемах на М011-транзисторах под действием СКИ в основном определяются внешними цепями. Можно считать, что изменений характеристик транзисторов как в случае ОаЛБ ПТШ не происходит. Воздействие сверхкороткого импульса перегрузки в основном проявляется в ускорении процесса переключения за счёт перезарядки входной и выходной ёмкостей большими токами. Поэтому даже низкочастотные усилители на МОП-транзисторах могут быть восприимчивы к помехам такого рода.
На основе полученных результатов может быть объяснена реакция на импульсные перегрузки сложных аналоговых, цифровых и гибридных схем, выполненных но КМОП-технологии. Переключения МОП-транзисторов во входных каскадах под действием СКИ обуславливают сбои радиоэлектронного оборудования.
В третьей главе исследуется воздействие импульсных перегрузок на интегральные триггеры Шмитта КМОП-логики. Описывается экспериментальная установка и методика измерения пороговых напряжений триггера, приводятся и анализируются экспериментальные результаты и результаты моделирования. Моделирование пробоев транзисторов в схеме триггера по методу, описанному в [74], показало, что под действием перегрузки происходит сужение зоны неопределённое™ триггера Шмитта. Указанный эффект наблюдался и экспериментально, причём при воздействии СКИ как больших, гак и малых амплитуд. Сужение зоны неопределённое™ триггера Шмитта при малых амплитудах СКИ можно объяснить реакцией МОП-транзисторов входного каскада на СКИ в рамках подхода, описанного во второй главе, т.е. без учёта необратимых процессов и эффектов пробоя транзисторов. Тот факт, что зона неопределённое™ триггера сужается практически независимо от полярности воздействующих импульсов, объясняется эффектом «звона» во входной цепи. Условия экспери-
18
мента были таковы, что не обеспечивали полное согласование генератора СКИ с нагрузкой. Поэтому вместо одиночных импульсов на вход триггера действовали последовательности импульсов: первым подавался импульс заданной полярности и амплитуды, а затем в результате переотражения этот импульс снова поступал на вход, но с противоположной полярностью и меньшей амплитудой. Процесс происходит с некоторым затуханием, поэтому при измерении оказывается, что пороговые напряжения триггера изменяются, и эго изменение сохраняется в течение некоторого времени (десятки наносекунд). При больших амплитудах СКИ возможны эффекты обратимой деградации транзисторов, а также диодов электростатической защиты.
При полевом воздействии СКИ наводятся биполярные электрические импульсы, и также нельзя исключить эффект переотражения, поэтому, несмотря на указанный недостаток измерительной установки, при оценке помехоустойчивости цифровых схем в реальных условиях вполне можно отталкиваться от полученных результатов и сводить действие импульсных помех к изменению пороговых напряжений и ширины зоны неопределенности триггеров Шмитта.
В четвёртой главе исследуется воздействие импульсных перегрузок на цифровые схемы КМОН-логики на примере интегральных счётных Т-григгеров различных реализаций: на основе синхронного Э-триггера и 4-х разрядного двоичного счётчика. Описана экспериментальная установка, позволяющая регистрировать переключения триггера в процессе воздействия СКИ по тактовому входу. Экспериментально было показано, что под действием СКИ происходят переключения триггеров. Причём, для переключения триггера необходимо воздействие последовательности СКИ. Это свидетельствует о наличии кумулятивного эффекта. По мере воздействия и с увеличением частоты следования импульсов восприимчивость триггера к СКИ увеличивается, что можно объяснить перекрытием или, другими словами, наложением переходных процессов в выходной цепи входного каскада триггера. Указанные переходные процессы могут быть рассчитаны в рамках подхода, описанного во второй главе настоя-