Учёные из Университета штата Северная Каролина установили, как именно радиация разрушает электронные чипы, работающие под высоким напряжением. Им удалось подробно описать физический механизм так называемого однократного выгорания (Single-Event Burnout, SEB) — явления, при котором попадание всего одной высокоэнергетической частицы может привести к необратимому повреждению полупроводника.
Исследователи выяснили, что при прохождении тяжёлого иона через материал образуется след из положительных и отрицательных носителей заряда. Под действием высокого напряжения они разделяются, создавая резкий локальный скачок электрического поля. Если его величина превышает критический порог, запускается лавинное размножение электронов, сопровождающееся выделением огромного количества энергии на микроскопическом участке. В результате чип буквально выгорает изнутри.
Особое внимание учёные уделили нитриду алюминия (AlN) — перспективному полупроводнику, способному выдерживать экстремальные электрические нагрузки. Испытания показали, что изготовленные из него диоды могут переносить электрические поля почти в десять раз сильнее, чем традиционные полупроводниковые устройства, прежде чем возникает разрушение.
Объединив экспериментальные результаты с компьютерным моделированием, команда создала математическую модель, позволяющую прогнозировать вероятность однократного выгорания. Её проверили на данных для различных полупроводниковых материалов, получив согласующиеся результаты.
Ранее инженерам приходилось во многом полагаться на испытания и подбор защитных решений. Теперь понимание самого механизма разрушения позволит целенаправленно разрабатывать более устойчивые электронные компоненты.
В перспективе технология может повысить надёжность спутников, межпланетных зондов, оборудования ядерных реакторов и термоядерных установок. Особенно важным открытие станет для космической электроники, где воздействие высокоэнергетических частиц способно привести к отказу критически важных систем.
Читать TechDigest в Google
