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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

박진욱 (인하대학교, 인하대학교 대학원)

지도교수
허창수
발행연도
2017
저작권
인하대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수4

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

초록· 키워드

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반도체 소자는 저전력화, 스위칭 속도의 고속화, 고집적화를 이루고 있다. 그러나 이러한 특징은 전자기파에 민감성을 가지게 한다. 게다가 지속적인 전자 시스템 주파수대역의 확장, 전계 강도의 향상, 고출력 전자폭탄에 의한 테러의 위협은 반도체 소자로 하여금 다양한 전자기 환경에서도 내성을 가지도록 요구하고 있다.
따라서 본 논문에서는 고출력 협대역 전자기파에 의한 CMOS IC의 민감성을 분석하였다. 협대역 전자기파 소스는 2.45 Ghz 마그네트론이 사용되었으며, 소자만의 영향을 평가하기 위해서 도파관내부에 소자를 장착할 수 있는 jig를 만들어서 실험을 진행하였다. 피실험체는 HCMOS 타입의 14-pin 로직 소자가 사용되었으며 소자만의 민감성을 평가하기 위해 소자만 도파관 내부에 위치시키고 검증회로는 도파관 외부에 위치시켰다. 또한 IC의 초기출력에 따른 영향을 보기 위하여 gate가 ON, OFF에 대해서 각각 진행하였다.
실험 결과, gate의 초기출력이 ON, OFF에 관계없이 전계 강도가 증가함에 따라 피실험체에서 오동작/파괴 현상이 빈번하게 나타났다. gate의 초기출력이 ON일 때의 오동작은 플리커, self-rest으로 나타났으며 self-reset을 1의 확률로 발생시키는 전계 이상에서는 소자가 파괴되었다. gate의 초기출력이 OFF일 때의 오동작은 플리커만 확인되었으며 ON인 경우에 비해 높은 전계에서도 플리커가 발생하였다. 그러나 destruction은 ON인 경우와 비슷한 전계 세기에서 발생하였다. latch-up 현상을 분석하기 위해서 GND 전류를 확인하였다. GND 전류는 전자기 방사 중에만 나타났으며, 전계 세기가 증가하면서 peak GND 전류의 크기도 증가하였다. 이론에 의하면 GND 전류는 계속해서 증가하여야 하지만 전계 방사 중에만 GND 전류가 나타난 건 IC설계 구조상 latch-up 현상을 차단하기 위한 다이오드, 캐패시터 등의 보호회로 설계로 인한 것으로 사료된다. IC의 전기적 특성 분석을 위해서 pin-to-pin 저항(Vcc - GND, Vcc - Input1, Input1 - GND), input capacitance 측정을 하였다. 전자파에 노출된 IC와 노출되지 않은 IC 모두 유사한 값을 나타내었지만, 몇몇 IC에서 정상값보다 극히 높거나, 낮은 값을 나타내었다. 이를 통해 IC 내부 component의 열화가 존재할 것으로 사료된다. IC의 광학현미경 분석에서는 오동작이 발생했던 모든 IC에서 물리적 손상이 확인되었으며, 플리커, self-reset을 나타낸 IC에서는 선로에서의 손상이 확인되었다. 또한, Destruction 상태를 보인 IC에서는 IC 전체에서 전반적인 손상이 확인되었다. 전계가 충분히 클 경우 유도전류가 IC의 낮은 임피던스를 따라서 통전되면서 열적파괴를 일으키기 때문에 IC 전체의 전반적인 손상을 일으킨 것으로 사료된다.

목차

Semiconductor devices have achieved low power consumption, high switching speed and high integration. However, this feature makes them susceptible to electromagnetic waves. In addition, the threat of terrorist attacks by high-power electronic bombs, the continuous extension of the frequency band in electronic systems, the increase of electric field amplitude, and the demand for semiconductor devices to be resistant to various electromagnetic environments.
Therefore, in this paper, we analyzed the sensitivity of CMOS IC by high output narrow-band electromagnetic wave. 2.45 GHz magnetron was used as the narrow-band electromagnetic wave source, and a jig was made jig capable of mounting the device inside the waveguide to evaluate the effect of only the device. A 14-pin logic device of HCMOS type was used as the EUT. To evaluate the sensitivity of only the IC, IC was placed inside the waveguide and the verification circuit was placed outside the waveguide. Also, the gate was turned ON and OFF in order to confirm the influence of the initial output of the IC.
Experimental results show that the electric field amplitude of the gate increases, as the probability of malfunction / failure was increased regardless of whether the initial output of the gate is ON or OFF. When the initial output of the gate is ON, the flicker, self-rest appears as malfunction, and the device is destroyed above the electric field that generates self-reset at a probability of 1. When the initial output of the gate is OFF, only flicker was observed as malfunction. Flicker occurred even in a field higher than that of ON. However, destruction occurred at a field amplitude similar to that of ON. GND current was confirmed to analyze the latch-up phenomenon. The GND current appeared only during the electromagnetic radiation, and the amplitude of the peak GND current increased as the electric field intensity increased. Accordinf to the theory, GND current should continue to increase. However, the GND current appears only during field emission because of the design of the diode, capacitor, and other protective circuits to prevent the latch-up phenomenon in the IC design structure. Pin - to - pin resistances (Vcc - GND, Vcc - Input1, Input1 - GND) and input capacitance were measured for the electrical characteristics of IC. Both ICs exposed to electromagnetic waves and ICs that were not exposed showed similar values, but some ICs showed extremely higher or lower values than the normal values. This suggests that the deterioration of IC internal components is present. In the optical microscope analysis of the IC, physical damage was confirmed in all the ICs that malfunction. In ICs showing flicker, self-reset, damage was observed on the trace. However, in the case of the IC showing destruction, damage was confirmed in the whole IC. when the electric field is sufficiently large, the induction current is flowed along the low impedance of the IC, causing thermal destruction.

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