Надежность в VLSI (Very Large Scale Integration) относится к способности интегральных схем (IC) функционировать безотказно в течение заданного времени и в определенных условиях эксплуатации. Этот аспект критически важен для обеспечения долговечности и стабильности работы устройств, таких как мобильные телефоны, компьютеры и системы управления. Надежность охватывает такие параметры, как отказоустойчивость, устойчивость к внешним воздействиям и долговечность компонентов.
Надежность в VLSI стала важным аспектом разработки полупроводниковых устройств с конца 20 века, когда массовое производство интегральных схем стало возможным. С увеличением плотности размещения транзисторов и уменьшением размеров узлов технологии, таких как 45 нм и 7 нм, вопросы надежности вышли на первый план. Инженеры начали акцентировать внимание на таких явлениях, как электромиграция, термическое старение и деградация из-за воздействия радиации.
С развитием технологий, таких как FinFET и SOI (Silicon-On-Insulator), удалось существенно улучшить надежность изделий. Эти технологии обеспечивают лучшую терморегуляцию и уменьшают вероятность отказов.
Электромиграция (Electromigration): Процесс, при котором атомы металлических проводников смещаются под воздействием электрического тока, что может привести к образованию мостиков и, как следствие, к отказу устройства.
Деградация под действием напряжения (Bias Temperature Instability - BTI): Явление, при котором изменение температуры и напряжения влияет на пороговое напряжение транзисторов, что может снизить производительность и надежность схем.
Старение (Aging): С течением времени компоненты могут подвергаться старению, что отрицательно сказывается на их характеристиках.
Инженеры применяют различные методы для повышения надежности VLSI, включая:
Современные исследования в области надежности VLSI сосредоточены на нескольких ключевых направлениях:
Надежность в VLSI имеет множество приложений, включая:
Исследования в области надежности VLSI продолжаются, с акцентом на:
Эта статья ориентирована как на академическое сообщество, так и на практикующих специалистов в области полупроводниковых технологий, обеспечивая всесторонний обзор надежности в VLSI.