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Advanced techniques for high temperature system-on-chip

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Pruebas eficaces de circuitos a altas temperaturas

Los chips semiconductores modernos que se usan en las industrias aeroespacial, del automóvil y de extracción de petróleo deben funcionar de forma fiable en ambientes de altas temperaturas. Se ha preparado una estrategia de pruebas efectiva para detectar fallos en circuitos.

Economía digital

En muchas aplicaciones industriales los sistemas electrónicos de seguridad y eficiencia se componen de circuitos en miniatura, circuitos lógicos integrados y circuitos de memoria. Para garantizar la seguridad y la fiabilidad, estos circuitos deben funcionar correctamente incluso a temperaturas de hasta 200°C. En las industrias aeroespacial, naval, del automóvil, la aviónica y la extracción de petróleo es frecuente el funcionamiento a temperaturas aún mayores y por ello conviene prever fallos de los circuitos. En el proyecto ATHIS han elaborado estrategias de pruebas altamente efectivas para detectar circuitos defectuosos. Los circuitos VLSI («integrados a escala muy grande») no dejan de reducirse. Por consiguiente, las interconexiones y los conductores de película delgada se someten a densidades de corriente más altas. En condiciones de altas temperaturas el fallo más importante que se da es la electromigración. La transferencia de cantidad de movimiento entre los electrones conductores y los iones que conforman la estructura reticular del material de sustrato sencillamente da lugar a un transporte real de material y a la inevitable avería del circuito en cuestión. La electromigración no es el único tipo de fallo causado por las temperaturas altas. También hay que considerar la ruptura dieléctrica dependiente del tiempo y los efectos de la presencia de electrones calientes. Los electrones altamente energéticos, o electrones calientes, que son capaces de perforar la fina compuerta de óxido, se manifiestan como corriente de compuerta y provocan el fallo del circuito. La ruptura dieléctrica dependiente del tiempo (TDDB, time-dependent dielectric breakdown) es uno de los mecanismos de fallo que más se han investigado en el ámbito de la fiabilidad de los semiconductores. Los investigadores llevan desde la década de los años sesenta tratando de comprender cómo se degrada un óxido con el tiempo. Sin embargo, ambos fenómenos físicos (la TDDB y los efectos de los electrones calientes) dependen muy poco de la temperatura; el principal mecanismo de fallo sigue siendo la electromigración. Puesto que la electromigración se manifiesta bien como cortocircuito, bien como circuito abierto, los métodos de comprobación de corriente y voltaje bastan para la detección de fallos. Los socios del proyecto han creado sofisticados modelos de fallos para su uso por parte de herramientas de automatización del diseño de cara a la creación de patrones de pruebas exactos. Así pues, el proyecto ATHIS ha contribuido considerablemente a mejorar la fiabilidad de los circuitos a altas temperaturas.

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