CC BY
17Космическое электронное приборостроение
УДК 621.37/.39
В. Н. Мордкович, Д. М. Пажин Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов Российской академии наук, Россия, Черноголовка
М. И. Павлюк ЗАО «ПКК Миландр», Россия, Зеленоград
КОНЦЕПЦИЯ НОВЫХ МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СЕНСОРОВ С ПОВЫШЕННОЙ НАДЕЖНОСТЬЮ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ
(РАДИАЦИЯ, ТЕМПЕРАТУРА)
Концепция микроэлектронных датчиков с улучшенными характеристиками и надежностью, основанная на следующем подходе: (1) создание чувствительных элементов, в которых объединены свойства резисторов и специфичных полевых транзисторов, (2) развитие новой схемотехники, основанной на полевом контроле сигналов датчиков, (3) использование технологии «кремний на изоляторе».
Тенденция разработок новых микроэлектронных сенсоров сочетает необходимость улучшения их электрических и метрологических характеристик и повышения эксплуатационной надежности (особенно в экстремальных условиях эксплуатации, таких как радиационные воздействия, повышенная или криогенная температура). Данная работа посвящена изучению нового подхода к созданию подобных сенсоров, который включает:
- использование технологии «кремний на изоляторе» (КНИ) для изготовления всех компонентов сенсоров (чувствительных элементов, преобразующих внешние воздействия в электрический сигнал, электронных схем усиления сигнала и представления его в аналоговой или цифровой форме, интеллектуальных элементов, обеспечивающих повышение стабильности функционирования при изменениях напряжения питания, рабочего тока и температуры). КНИ-технология обеспечивает повышение радиационной стойкости к стационарному и импульсному ионизирующему облучению, в том числе к воздействию тяжелых заряженных частиц. Эта технология позволяет также существенно расширить диапазон рабочих температур сенсоров;
- разработку новых конструкций первичных преобразователей, сочетающих свойства традиционных резистивных чувствительных, используемых в датчиках давления, магнитного поля, температуры и др., и
полевых транзисторов со встроенным каналом и двойным полевым управлением тока канала. Это обеспечивает возможности улучшения таких характеристик сенсоров, как пороговая чувствительность, динамический диапазон чувствительности, температурная стабильность, радиационная стойкость, энергопотребление;
- чувствительные элементы с двойным полевым управлением обеспечивают возможность использования нетрадиционных схем обработки сигналов, индуцированных внешними воздействиями, в частности, путем равно- или разночастотной модуляции тока канала через полевые элементы и путем создания обратной связи между сигналом и напряжением на полевых электродах.
Такие схемотехнические решения позволяют улучшить как электрические характеристики сенсоров, так и метрологические характеристики сенсорной аппаратуры.
Возможности предлагаемого подхода иллюстрируются в докладе преимущественно на примере датчика магнитного поля холловского типа, обладающего рекордным для полупроводниковых датчиков сочетанием электрических параметров, радиационной стойкости и диапазона рабочих температур. Приводятся также данные о свойствах существующих датчиков давления и температуры, созданных с применением рассматриваемого подхода.
V. N. Mordkovich, D. M. Pazhin Institute of Microelectronics Technology and High Purity Materials RAS, Russia, Chernogolovka
M. I. Pavluk LLC «Milandr», Russia, Zelenograd
THE CONCEPTION OF NEW MICROELECTRONICS INTELLECTUAL SENSORS WITH INCREASING RELIABILITY IN EXTREME CONDITIONS (RADIATION, TEMPERATURE)
The conception of microelectronics sensors with improved parameters and reliability is based on the next approach: (1) the creation of sensitive elements which combine the properties of resistors and specific field effect transistors, (2) development of new schematic based on field control of sensors signals, (3) harnessing of silicon on insulator technology.
© MopflKOBHH B. H., narnH fl. M., naB^roK M. H., 2012
