Ensaio sobre os efeitos de envelhecimento acelerado decorrentes de BTI em circuitos digitais

Abstract

O presente trabalho teve como objetivo estudar o comportamento de FPGAs afetados por envelhecimento acelerado, mais especificamente através do fenômeno de BTI, ou Bias-Temperature Instability, que ocorre em decorrência da operação do dispositivo em ambientes de alta temperatura e com campos elétricos elevados atravessando o óxido dos transistores. Consequentemente uma variação na tensão de threshold ocorre nos transistores que compõe o componente. Foram ensaiados dois FPGAs: o Cyclone II da Altera (em uma placa de desenvolvimento DE2) e o Artix 7 da Xilinx (em uma placa de desenvolvimento ZedBoard), ambos de tecnologia CMOS, com nó tecnológico de, respectivamente, 90nm e 28nm. Os ensaios consistiram em sintetizar circuitos osciladores em anel nos dispositivos e submetê-los a uma temperatura de 135°C em uma câmara térmica enquanto operavam, além de deixar duas placas dos mesmos modelos das ensaiadas operando em temperatura ambiente para fins de comparação. Após 150h de exposição as frequências de oscilação foram medidas e verificou-se que houve uma maior degradação na frequência do FPGA da placa ZedBoard (aproximadamente 2%) em relação a placa DE2 (aproximadamente 1%). A DE2 não apresentou muita diferença entre a placa estressada e a não estressada, já a ZedBoard sim. Também foi verificado a evolução dos dispositivos sendo deixados em relaxamento, para verificar se a degradação era recuperável. Nessas medidas foi visto que A ZedBoard recuperou aproximadamente 10% do que foi degradado, já a DE2 recuperou aproximadamente 80%.