Simulación de la Evolución Temporal de un Proceso de Quemado por Evento Único en un Transistor de Potencia

Abstract

Se observa que un número importante de errores transitorios y permanentes afectan la operación de sistemas electrónicos en ambientes radioactivos. En particular, el Quemado por Evento Único (Single Event Burnout, SEB) es un fenómeno iniciado por la interacción de iones pesados con ciertos dispositivos electrónicos. La carga depositada por el ión desencadena un mecanismo que conduce al establecimiento de una corriente eléctrica que por efecto Joule causa un aumento localizado de temperatura y fenómenos termoelásticos asociados. Esto puede producir la destrucción del dispositivo y puede llevar a un sistema a la falla catastrófica si no se aplican mecanismos de protección. Esta condición es particularmente crítica en sistemas aeroespaciales y pueden comprometer seriamente la misión. En el presente trabajo analizamos los efectos termoelásticos que ocurren en un transistor de potencia DMOS cuando es afectado por un proceso SEB, considerando la zona de generación de calor producto impacto del ion en posiciones que son más realistas que las utilizadas en trabajos previos, implementando para ello un modelo tridimensional (3D) que mantiene el costo computacional a un nivel razonable. El modelo matemático implementado se resuelve por medio del Método de Elementos Finitos modelando en detalle las capas constitutivas del transistor DMOS. En particular focalizamos el trabajo en la determinación de un tiempo seguro al cual el dispositivo pueda ser desconectado de la fuente de potencia para prevenir el daño. Esta es una de las principales estrategias propuestas para evitar valores críticos en la temperatura o esfuerzos mecánicos que puede producir la falla catastrófica o comprometer la confiabilidad del transistor. En este trabajo mostramos que la dinámica de la falla está dominada por los esfuerzos mecánicos en la capa metálica, dependiendo el tiempo de falla de la posición de la región de generación de calor. Se concluye que no es posible suponer que la temperatura y los esfuerzos mecánicos no alcancen valores críticos después que se produce la desconexión. Consecuentemente, es necesario simular el apagado del dispositivo para analizar la evolución del campo térmico y de tensiones termoelásticas posteriores al tiempo de desconexión. Se demuestra que el límite superior de tiempo para la desconexión es diferente de los reportados en trabajos previos.