Desenvolvimento de um sistema de medidas para estudos de efeitos de radiação em dispositivos eletrônicos: metodologias e estudos de casos

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Aguiar, Vitor Ângelo Paulino de
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Espalhamento múltiplo; Instrumentação Nu- clear; MOS- FET; MOSFET; Multiple Scattering; Nuclear Instrumentation; Single-Event-Effects; SRAM
• Link de acesso: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-18072019-151550/

Efeitos causados pela interação da radiação ionizante em dispositivos eletrônicos consis- tem numa preocupação crescente em diversos segmentos, como as aplicações aeroespaci- ais e em física de altas energias. Entre os efeitos de radiação induzidos por íons pesados estão os chamados de Efeitos de Eventos Isolados (Single Event Effects - SEE), em que o impacto de um único íon pode ser capaz de gerar um efeito observável, através da elevada deposição de energia e consequente geração de pares elétron-lacuna. O estudo destes efeitos requer um acelerador de partículas capaz de prover feixes uniformes de íons pesados com baixo fluxo. Neste trabalho, desenvolvemos um sistema para produ- ção de feixes de íons pesados para estudar SEE no Acelerador Pelletron 8UD, utilizando as técnicas de desfocalização e espalhamento múltiplo em folhas de ouro. O sistema foi projetado para prover feixes com intensidades entre 10 2 e 10 5 partículas/s/cm 2 com uniformidade maior que 90% numa área circular de diâmetro de 1,5 cm, operando em regime de alto-vácuo. Um manipulador de amostras permite a movimentação do dispo- sitivo sob teste com precisão de 2,5 m e um sistema de aquisição de dados dedicado foi desenvolvido, permitindo a automação de medidas. O sistema foi caracterizado com feixes de 1 H, 12 C, 16 O, 19 F, 28 Si, 35 Cl e 63 Cu a várias energias, apresentando fluxo e uni- formidade adequados aos experimentos em diversas configurações de focalização e folhas espalhadoras, e tem sido utilizado por diversos grupos de pesquisa. O novo sistema foi utilizado para estudar o efeito das camadas de isolamento e metalização na coleta de carga e geração de eventos observáveis em um dispositivo analógico e em um disposi- tivo digital, de modo a estabelecer metodologias de trabalho adequadas para estudos precisos de mecanismos de ocorrência de efeitos de radiação. O dispositivo analógico estudado foi um transistor p-MOS, onde o sinal de corrente induzido pelo impacto de íons diversos foi analisado de modo a obter a seção de choque de eventos e a cargaix gerada, permitindo determinar a espessura da camada de metalização em 1,28(2) m, e a camada de coleta de carga dependente do LET e alcance da partícula incidente, variando entre 6,0 e 11,0 m. O dispositivo digital estudado foi uma memória SRAM 28nm, onde foi observada uma forte dependência da seção de choque de eventos com a penetração do feixe no dispositivo. Associando as camadas de metalização e isolamento a um meio efetivo de interação, obteve-se que toda a área sensível do dispositivo só pode ser excitada, isto é, nela ocorrerem eventos observáveis, para partículas com alcance, no meio efetivo, entre 14 e 20 m, embora partículas com alcance de até 10 m sejam capazes de sensibilizar até 50% da área ativa do dispositivo.