Применение лазер-плазменного ускорителя протонов для исследования одиночных радиационных эффектов в микроэлектронном устройстве

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

На фемтосекундной лазерной установке мощностью 200 ТВт проведены эксперименты по облучению пучками ускоренных лазером протонов микроконтроллера, изготовленного по топологической норме 180 нм. Частицы с энергиями до 6 МэВ генерировались на тыльной поверхности алюминиевых фольг толщиной 6 мкм. После облучения в памяти микроконтроллера зарегистрированы сбои. Установлено, что сбои носят характер одиночных радиационных эффектов, восстановлено сечение данных эффектов. Проведенные эксперименты демонстрируют возможность применения лазерных ускорителей для исследования одиночных радиационных эффектов в микроэлектронных устройствах под действием низкоэнергетичных протонов.

Full Text

Restricted Access

About the authors

К. В. Сафронов

Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики им. академика Е.И. Забабахина Российского федерального ядерного центра

Author for correspondence.
Email: dep5@vniitf.ru
Russian Federation, 456770, Снежинск, Челябинская область, ул. Васильева, 13

В. А. Флегентов

Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики им. академика Е.И. Забабахина Российского федерального ядерного центра

Email: dep5@vniitf.ru
Russian Federation, 456770, Снежинск, Челябинская область, ул. Васильева, 13

С. А. Горохов

Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики им. академика Е.И. Забабахина Российского федерального ядерного центра

Email: dep5@vniitf.ru
Russian Federation, 456770, Снежинск, Челябинская область, ул. Васильева, 13

Н. Н. Шамаева

Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики им. академика Е.И. Забабахина Российского федерального ядерного центра

Email: dep5@vniitf.ru
Russian Federation, 456770, Снежинск, Челябинская область, ул. Васильева, 13

А. С. Тищенко

Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики им. академика Е.И. Забабахина Российского федерального ядерного центра

Email: dep5@vniitf.ru
Russian Federation, 456770, Снежинск, Челябинская область, ул. Васильева, 13

Д. О. Замураев

Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики им. академика Е.И. Забабахина Российского федерального ядерного центра

Email: dep5@vniitf.ru
Russian Federation, 456770, Снежинск, Челябинская область, ул. Васильева, 13

А. Л. Шамраев

Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики им. академика Е.И. Забабахина Российского федерального ядерного центра

Email: dep5@vniitf.ru
Russian Federation, 456770, Снежинск, Челябинская область, ул. Васильева, 13

С. Ф. Ковалёва

Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики им. академика Е.И. Забабахина Российского федерального ядерного центра

Email: dep5@vniitf.ru
Russian Federation, 456770, Снежинск, Челябинская область, ул. Васильева, 13

Н. А. Фёдоров

Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики им. академика Е.И. Забабахина Российского федерального ядерного центра

Email: dep5@vniitf.ru
Russian Federation, 456770, Снежинск, Челябинская область, ул. Васильева, 13

С. М. Дубровских

Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики им. академика Е.И. Забабахина Российского федерального ядерного центра

Email: dep5@vniitf.ru
Russian Federation, 456770, Снежинск, Челябинская область, ул. Васильева, 13

А. С. Пилипенко

Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики им. академика Е.И. Забабахина Российского федерального ядерного центра

Email: dep5@vniitf.ru
Russian Federation, 456770, Снежинск, Челябинская область, ул. Васильева, 13

А. С. Кустов

Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики им. академика Е.И. Забабахина Российского федерального ядерного центра

Email: dep5@vniitf.ru
Russian Federation, 456770, Снежинск, Челябинская область, ул. Васильева, 13

Е. А. Шибаков

Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики им. академика Е.И. Забабахина Российского федерального ядерного центра

Email: dep5@vniitf.ru
Russian Federation, 456770, Снежинск, Челябинская область, ул. Васильева, 13

А. В. Потапов

Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики им. академика Е.И. Забабахина Российского федерального ядерного центра

Email: dep5@vniitf.ru
Russian Federation, 456770, Снежинск, Челябинская область, ул. Васильева, 13

References

  1. Kobayashi D. // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2021. V. 68. № 2. P. 124. http://doi.org/10.1109/TNS.2020.3044659
  2. Rodbell K.P., Heidel D.F., Tang H.H.K. et al. // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2007. V. 54. P. 2474. http://doi.org/10.1109/TNS.2007.909845
  3. Heidel D.F., Marshall P.W., LaBel K.A. et al. // IEEE Trans. Nucl. 2008. Sci. V. 55. P. 3394. http://doi.org/10.1109/TNS.2008.2005499
  4. Sierawski B.D., Pellish J.A., Reed R.A. et al. // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2009. V. 56. P. 3085. http://doi.org/10.1109/TNS.2009.2032545
  5. Lawrence R.K., Ross J.F., Haddad N.F., Reed R.A. Albrecht D.R. // IEEE Radiation Effects Data Workshop, Quebec. 2009. P.123. http://doi.org/10.1109/REDW.2009.5336302
  6. Cannon E.H., Cabanas-Holmen M., Wert J. et al. // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2010. V. 57. P. 3493. http://doi.org/10.1109/TNS.2010.2086482
  7. Pellish J.A., Marshall P.W., Rodbell K.P. et al. // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2014. V. 61. P. 2896. http://doi.org/10.1109/TNS.2014.2369171
  8. Ye B., Liu J., Wang T.S. et al. // Nucl. Instrum. Meth. B. 2017. V. 406. P. 443. http://doi.org/10.1016/j.nimb.2017.03.162
  9. Akhmetov А.О., Sorokoumov G.S., Smolin A.A., Bobrovsky D.V., Boychenko D.V., Nikiforov A.Y. Shemyakov A.E. // Proc. 31th Int. Conf. on Microelectronics (MIEL). Nis, Serbia. 2019. P. 107. http://doi.org/10.1109/MIEL.2019.8889634
  10. Dodds N.A., Schwank J.R., Shaneyfelt M.R. et al. // IEEE Trans. Nucl.Sci. 2014. V. 61 P. 2904. http://doi.org/10.1109/TNS.2014.2364953
  11. Радиационная стойкость изделий ЭКБ. / Под ред. А.И. Чумакова, М.: НИЯУ МИФИ, 2015.
  12. Kim I J., Pae K.H., Choi I.W. et al. // Phys. Plasmas. 2016. V. 23. P. 070701. http://doi.org/10.1063/1.4958654
  13. Wagner F., Deppert O., Brabetz C. et al. // Phys. Rev. Lett. 2016. V. 116. P. 205002. http://doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.205002
  14. Higginson A., Gray R.J., King M. et al. // Nature Comm. 2018. V. 9. V. 724. http://doi.org/10.1038/s41467-018-03063-9
  15. Zeil K, Kraft S.D., Bock S et al. // New J. Phys. 2010. V. 12. P. 045015. http://doi.org/10.1088/1367-2630/12/4/045015
  16. Neely D., Foster P., Robinson A. et al. // Appl. Phys. Lett. 2006. V. 89. P. 021502. http://doi.org/10.1063/1.2220011
  17. Pirozhkov A.S., Mori M., Yogo A. et al. // Proc. SPIE 7354. 2009. P. 735414. http://doi.org/10.1117/12.820635
  18. Nishiuchi M., Daito I., Ikegami M. et al. // Appl. Phys. Lett. 2009. V. 94. P. 061107. http://doi.org/10.1063/1.3078291
  19. Wilks S.C., Langdon A.B., Cowan T.E. et al. // Phys. Plasmas. 2001. V. 8. P. 542. http://doi.org/10.1063/1.1333697
  20. Ziegler J.F., Biersak J.P., Littmark U. The stopping and Range of Ions in Solids. Vol. 1. New York: Pergamon, 1985. P. 53.
  21. Ackermann M.R., Mikawa R.E., Massengill L.W., Diehl S.E. // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1986. V. 33. № 6. P. 1524. http://doi.org/10.1109/TNS.1986.4334635
  22. King M.P., Reed R.A., Welleret R.A. et al. // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2013. V. 60. №6. P. 4122. http://doi.org/10.1109/TNS.2013.2286523
  23. Sierawski B.D., Mendenhall M.H., Reed R.A.et al. // IEEE Trans. Nucl. Sci. V. 57. P. 3273. 2010. http://doi.org/10.1109/TNS.2010.2080689

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Experimental scheme.

Download (73KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Proton spectrum in experiment No. 804-04 with a laser pulse energy on the target of 1.60 J. Measurements were performed at an angle of 10° to the target normal.

Download (26KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dependences of the maximum proton energy (a), the fluence of protons emitted along the normal to the target (b), the fluence of protons emitted at an angle of 10° to the normal to the target (c) on the laser pulse energy. Solid lines are approximations with the parameters indicated on the corresponding graphs.

Download (98KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Dependence of the number of failures in the MC memory after irradiation with a beam of laser-accelerated protons on the energy of the laser pulse. The solid line is the approximation by an exponential function.

Download (21KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Dependence of the absorbed dose rate on the MC surface and in the sensitive region (at a depth of 10.6 μm) on the proton energy. The calculation was performed for the proton spectrum recorded in experiment No. 804-04 (see Fig. 2).

Download (31KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Dependence of the number of failures on the MC supply voltage. The experiments were carried out at laser pulse energies from 1.4 to 1.7 J. The solid line is an approximation by an exponential function.

Download (27KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences