Nuevos Datos sobre Efectos Termomecánicos Inducidos por Iones de Alta Energía en Dispositivos DMOS

Abstract

El Quemado por Evento Único (Single Event Burnout) resulta de la interacción de una partícula cargada proveniente de la radiación espacial con un dispositivo de potencia en estado de no conducción y bloqueando tensiones relativamente altas. Este es uno de los fenómenos de mayor incidencia en la electrónica espacial y que fácilmente puede conducir al fracaso de una misión.
Uno de los dispositivos más susceptibles a este tipo de eventos es el transistor DMOS (DoubleDiffussed Metal-Oxide-Semiconductor VERIFICAR), atribuyéndose el fenómeno al disparo de transistores bipolares parásitos que están presentes en la estructura del dispositivo. Esto provoca la concentración de corriente en una pequeña porción del dispositivo conduciendo a una considerable elevación de la temperatura. Generalmente, este fenómeno provoca la falla catastrófica del DMOS, siendo el mecanismo de falla postulado el de fusión del silicio o de alguna de las capas que constituyen el transistor. Los presentes autores han demostrado en una investigación anterior que el análisis térmico debe complementarse con un análisis de los esfuerzos mecánicos que se dan en la estructura del DMOS durante un SEB, debido a que pueden superar los valores máximos admisibles para cada uno de los materiales.
Los datos presentados en este trabajo complementan los reportados previamente y están orientados a determinar los tiempos de desconexión del dispositivo que eviten tanto las fallas por esfuerzos mecánicos como térmicos. Debido al fenómeno de inercia térmica, puede que las temperaturas y las tensiones crezcan por sobre lo esperado después de la desconexión. Adicionalmente, las leyes de transporte de calor del dispositivo pueden conducir luego del apagado a tensiones termoelásticas superiores a las que se daban durante el período de tiempo en el cual el dispositivo elevaba su temperatura. Esto se ha verificado en nuestros experimentos de simulación y los resultados obtenidos significan aportes a la mitigación del problema de SEBs en medioambientes espaciales.
Para los estudios presentados en este trabajo se utilizó software comercial, que permitió simular mediante el método de elementos finitos el modelo termoelástico que representa el fenómeno de conducción térmica y de esfuerzos mecánicos que se producen durante el SEB. Un estudio paramètrico con el tiempo de apagado de la fuente permitió determinar el tiempo de desconexión que evite la falla por fusión o por esfuerzo mecánico de los materiales.