Научное изыскательское исследование

МОСКОВСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ)

На правах рукописи

БАШИН АРКАДИЙ ЮРЬЕВИЧ

ВЛИЯНИЕ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА РАДИАЦИОННУЮ ДЕГРАДАЦИЮ БИПОЛЯРНЫХ ИМС

Специальность 05.27.01 - «Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах»

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Першенков B.C.

МОСКВА - 2005 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.......................................................................................................................... 3

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.................................. 10

.1.1. Эффект низкой интенсивности излучения.......................................... 10

1.2. Эффект старения.......................................................................... 17

1.3. Недостатки существующих методов моделирования эффектов
низкой интенсивности и старения..................................................... 21

Постановка задачи............................................................................. 22

ГЛАВА 2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ
МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭФФЕКТА НИЗКОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ В
БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ................................................................................. 25

2.1. Методика проведения экспериментов................................................ 25

2.2. Источник инфракрасного излучения........................................... 28

2.3. Технические средства проведения экспериментов..................... 29

2.4. Исследование характеристик биполярных PNP транзисторов после
воздействия инфракрасного излучения....................................... 31

2.5. Исследование характеристик биполярных NPN транзисторов

после воздействия инфракрасного излучения............................ 35

2.6. Исследование зависимости радиационной деградации биполярных
PNP транзисторов с ЭПИК изоляцией от режима
инфракрасного предоблучения......................................................... 40

2.7. Исследование зависимости радиационной деградации биполярных
NPN транзисторов от режима инфракрасного предоблучения... 44

2.8. Моделирование эффекта низкой интенсивности в биполярных ИМС
при помощи инфракрасного излучения............................................. 50

2.9. Физическая модель изменения радиационной деградации
биполярных транзисторов вследствие инфракрасного предоблучения
55

Выводы................................................................................................ 66

ГЛАВА 3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ВМЕСТО
ПОВЫШЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭФФЕКТА
СТАРЕНИЯ В БИПОЛЯРНЫХ ИМС.............................................................................. 68

3.1. Сравнение моделирования эффекта старения при термическом
воздействие и инфракрасном предоблучении для биполярных PNP
транзисторов с ЭПИК изоляцией...................................................... 68

3.2. Сравнение методов моделирования эффекта старения в
биполярных NPN транзисторах с SiO₂ изоляцией............................... 73

Выводы................................................................................................ 75

ГЛАВА 4. ИНФРАКРАСНЫЙ ОТЖИГ РАДИАЦИОННЫХ ДЕФЕКТОВ В
БИПОЛЯРНЫХ ИМС....................................................................................................... 76

4.1. Методика проведения экспериментов................................................ 76

4.2. Инфракрасный отжиг радиационных дефектов в биполярных PNP
транзисторах................................................................................ 77

4.3. Инфракрасный отжиг радиационных дефектов в биполярных NPN
транзисторах................................................................................ 80

4.4. Исследование «насыщения» инфракрасного отжига........................... 83

4.5. Сравнение инфракрасного и термического отжига радиационных
дефектов в биполярных транзисторах......................................... 85

Выводы............................................................................................... 88

ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОЙ СТАБИЛЬНОСТИ СИСТЕМЫ
НЕЙТРАЛЬНЫХ И ДИПОЛЬНЫХ Е» ЦЕНТРОВ, ВОЗНИКШЕЙ В
БИПОЛЯРНЫХ ИМС ВСЛЕДСТВИЕ ИНФРАКРАСНОГО ПРЕДОБЛУЧЕНИЯ
............................................................................................................................................ 89

5.1. Выбор методики проведения эксперимента....................................... 89

5.2. Исследование воздействия повышенной температуры на
радиационную деградацию биполярных PNP транзисторов с ЭПИК
изоляцией, подвергшихся инфракрасному предоблучению................. 91

5.3. Исследование температурной стабильности системы нейтральных и
дипольных Е' центров в биполярных NPN транзисторах с SiC>2
изоляцией..................................................................................... 96

5.4. Оценка энергии перехода Е' центров между разными
энергетическими конфигурациями при отсутствии напряжения
смещения перехода эмиттер-база.................................................... 100

Выводы.............................................................................................. 101

ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................................................................................... 102

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.............................................................................................. 105

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы диссертации. Проблема определения уровня радиационной стойкости биполярных интегральных микросхем (ИМС), используемых в аппаратуре специального назначения, несмотря на долголетние исследования в этой области, до сих пор весьма актуальна.

Это связано, во первых, с постоянным совершенствованием технологии биполярных ИМС и как следствие появлением новых физических эффектов в биполярных структурах при воздействии ионизирующего излучения. За последние несколько лет произошло резкое снижение линейных размеров интегральных биполярных транзисторов (размер эмиттера в современной схеме может составлять 1x1 мкм²), вследствие чего радиационная деградация современных биполярных структур, особенно используемых в устройствах аэрокосмического назначения, определяется в основном поверхностными эффектами. Несмотря на то, что влиянию поверхностных эффектов на радиационную деградацию ИМС посвящено несколько работ, данный вопрос мало изучен. Поэтому решение проблемы прогнозирования радиационной деградации биполярных ИМС с учётом поверхностных эффектов является важной задачей.

Во вторых, ужесточились требования к самой специальной аппаратуре, где используются, в частности, биполярные ИМС. Так, срок службы систем космического назначения увеличился до 15 лет, что привело к необходимости внесения существенных корректировок в существующие методики прогнозирования. Повышенные требования предъявляются в настоящее время к достоверности и точности прогноза, вследствие постоянно возрастающей стоимости космических аппаратов.

Основная проблема прогнозирования радиационной деградации биполярных ИМС, работающих в условиях воздействия излучения космического пространства, состоит в необходимости учёта эффекта низкой интенсивности. Суть эффекта состоит в том, что при долговременной работе

ИМС в условиях космического пространства происходит отжиг одних и накопление других дефектов, чего не наблюдается в лабораторных условиях при облучении ИМС излучением высокой интенсивности. Эффект проявляется в том, что при одинаковой суммарной поглощённой дозе биполярные ИМС деградируют в 2-2,5 раза сильнее под воздействием ионизирующего излучения низкой интенсивности (менее 10 рад/с^Юг)), чем под воздействием излучения высокой интенсивности. Таким образом, для прогнозирования радиационной деградации биполярных ИМС, работающих в условиях воздействия излучения низкой интенсивности, необходимо или воздействие излучения аналогичной интенсивности в течение длительного времени (несколько лет), или выбор такого режима воздействия излучения высокой интенсивности, который бы позволил за короткое время моделировать воздействие низкоинтенсивного излучения.

В последнее время серьёзной проблемой, имеющей много общего с прогнозированием долговременных эффектов в ИМС при длительных полётах космических аппаратов, стала, так называемая, проблема старения. Оказалось, что при длительном хранении ИМС их радиационная стойкость изменяется: две одинаковые биполярные ИМС, но с разными временами хранения, под воздействием ионизирующего излучения деградируют по -разному.

Для моделирования как эффекта низкой интенсивности, так и эффекта старения, используется воздействие повышенной температуры (от 80° С до 250° С) в течении некоторого времени (10-1000 часов). Соответственно, изменяя температуру и время выдержки при повышенной температуре, можно получить прогноз поведения биполярных ИМС в условиях низкой интенсивности или после длительного хранения. Существующие на сегодняшний день методы моделирования имеют следующие недостатки:

\ —

1. Воздействие повышенной температуры в течение длительного времени
приводит к изменению физических свойств биполярных ИМС ещё до
воздействия на них радиационного излучения.

2. Вследствие воздействия повышенной температуры может произойти
коррозия токопроводящей разводки кристалла.

3. Незначительное изменение температуры выдержки в процессе модели
рования, которое может возникнуть вследствие отклонений в работе
оборудования, ведёт к сильному искажению конечного результата.

4. Для моделирования длительного (10 и более лет) хранения биполярных
ИМС время выдержки даже при высокой температуре (порядка 250° С)
составляет приблизительно 1000 часов.

Воздействие повышенной температуры в настоящее время также широко применяется для отжига радиационных дефектов в биполярных ИМС. Термический отжиг радиационных дефектов проводится при температурах 100° С-150° С в течение нескольких часов. Данному методу отжига присущи недостатки, описанные выше.

Один из путей устранения указанных выше недостатков-замена выдержки при повышенной температуре на неразрушающее воздействие инфракрасного излучения. Несмотря на то, что взаимодействию инфракрасного излучения с полупроводником посвящено некоторое количество ранее опубликованных работ, влияние инфракрасного излучения на радиационную деградацию биполярных ИМС до сих пор практически не исследовано. Поэтому разработка научно-технических основ использования инфракрасного излучения вместо повышенной температуры для моделирования эффекта низкой интенсивности, эффекта старения и отжига радиационных дефектов в биполярных ИМС является актуальным.

В представленной диссертации рассматриваются только биполярные ИМС, так как эффекты старения и воздействия излучения низкой интенсивности для биполярных ИМС изучены значительно меньше, чем для МОП ИМС. Кроме того, необходимо отметить, что хотя на сегодняшний день в специальной аппаратуре большинство компонентов построено по КМОП технологии, часто выход из строя подобной аппаратуры обусловлен отказом именно биполярных ИМС, входящих в её состав [1]. В настоящее время электронные устройства, в состав которых входят биполярные ИМС, наиболее широко используются в современных спутниковых энергосистемах, системах обработки сигналов и управления. Примерами являются операционные усилители, аналого-цифровые преобразователи, компараторы, цифро-аналоговые конвертеры, аналоговые ключи, мультиплексоры, стабилизаторы напряжения, источники опорного напряжения, модуляторы длительности импульса.

Целью данной диссертации является разработка научно-технических основ использования комбинированного воздействия инфракрасного излучения и различных электрических режимов, позволяющих исключить воздействие повышенной температуры на биполярные ИМС во время проведения экспериментов, необходимых для прогнозирования радиационной деградации ИМС, функционирующих в условиях излучения низкой интенсивности и после длительного хранения, во время проведения отжига поверхностных радиационных дефектов, а так же дающих возможность значительно сократить продолжительность данных экспериментов.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: 1. Анализ существующих методов моделирования эффектов старения и низкой интенсивности в биполярных ИМС, а так же методов отжига радиационных дефектов.

2. Создание технологического оборудования, необходимого для проведе
ния экспериментов, представленных в диссертации, и разработка мето
дики проведения данных экспериментов.

3. Исследование влияния инфракрасного излучения на радиационную де
градацию биполярных ИМС.

4. Изучение кинетики отжига радиационных дефектов при помощи воз
действия инфракрасного излучения.

5. Создание физической модели воздействия инфракрасного излучения на
радиационный отклик биполярных ИМС.

6. Предложение научно-технических основ использования инфракрасного
излучения вместо повышенной температуры, которые могут быть ис
пользованы при создании методов моделирования эффекта низкой ин
тенсивности и эффекта старения в биполярных ИМС.

Научная новизна диссертации заключается в разработке принципов использования комбинированного воздействия инфракрасного излучения и различных электрических режимов вместо повышенной температуры для прогнозирования радиационной деградации биполярных ИМС в условиях низкоинтенсивного воздействия космического пространства и после длительного времени хранения. Применение комбинированного воздействия инфракрасного излучения и различных электрических режимов для моделирования вышеуказанных эффектов произведено впервые, и позволило исключить воздействие повышенной температуры на ИМС, а так же снизить продолжительность моделирования. Кроме того, был исследован отжиг радиационных дефектов в биполярных ИМС, основанный на использовании инфракрасного излучения. Так же, была разработана физическая модель влияния инфракрасного излучения на радиационную деградацию биполярных ИМС.

Практическая значимость диссертации заключается в следующем:

1. Предложены научно-технические основы использования инфракрасного
излучения, позволяющие исключить воздействие повышенной темпера
туры на биполярные ИМС в процессе моделирования эффекта низкой
интенсивности и эффекта старения, а так же повысить точность моде
лирования.

2. Исследован отжиг поверхностных радиационных дефектов в биполяр
ных ИМС при помощи комбинированного воздействия инфракрасного
излучения и разных электрических режимов.

3. Разработана методика исследования воздействия инфракрасного излу
чения на радиационную деградацию биполярных ИМС.

4. Разработано оборудование для проведения вышеуказанных исследова
ний, изготовленное на основе отечественных серийно выпускаемых уз
лов и компонентов.

5. По предложенным методикам проведены испытания ряда промышлен
ных ИМС, изготовленных по биполярной технологии, подтвердившие
возможность использования инфракрасного излучения вместо повы
шенной температуры для моделирования эффектов низкой интенсивно
сти и старения, а так же отжига радиационных дефектов.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Методика экспериментальных исследований влияния инфракрасного
излучения на радиационную деградацию дискретных биполярных тран
зисторов и биполярных транзисторов в составе ИМС.

2. Экспериментальные данные, подтверждающие влияние инфракрасного
излучения на радиационную деградацию биполярных ИМС, представ
ляющие собой зависимости приращения тока базы биполярных транзи
сторов, подвергшихся комбинированному воздействию инфракрасного
излучения и различных напряжений смещения перехода эмиттер-база,
от суммарной поглощённой дозы ИМС.

3. Результаты сравнения деградации биполярных ИМС в условиях излу
чения низкой интенсивности и деградации аналогичных ИМС, для ко
торых эффект низкой интенсивности моделировался при помощи ин
фракрасного излучения.

4. Физическая модель влияния комбинированного воздействия инфра
красного излучения и разных электрических режимов на радиационную
деградацию биполярных ИМС.

5. Использование инфракрасного излучения для изучения кинетики отжи
га поверхностных радиационных дефектов в биполярных ИМС.

6. Полученные в ходе экспериментальных исследований результаты по
температурной стабильности энергетического состояния Е' центров,
возникших в окисле биполярных ИМС вследствие воздействия инфра
красного излучения.

Апробация результатов диссертации. Основные результаты диссертации докладывались на ежегодной всероссийской конференции «Радиационная стойкость» (НИИП, г. Лыткарино, 2000-2004), ежегодной Научной сессии МИФИ (2000-2004), конференции «Влияние внешних воздействующих факторов на элементную базу аппаратуры авиационной и космической техники» (2003), ежегодной Европейской конференции RADECS (2003), ежегодной Американской конференции IEEE NSREC (2001-2002).

Опубликованные результаты. По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 5 статей.

Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка цитируемой литературы из 73 наименований. Работа изложена на 114 страницах, содержит 48 рисунков.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 1.1. Эффект низкой интенсивности излучения

Для того, чтобы определить, где обычно используются биполярные ИМС, в работе [1] были рассмотрены пять современных спутниковых систем. В обзоре исследованы 162 различных блока, состоящих в основном из биполярных микросхем.

Впервые эффект увеличения деградации коэффициента усиления биполярных NPN транзисторов, входящих в состав биполярных ИМС, вследствие воздействия на них излучения низкой интенсивности, был рассмотрен в [2]. Такое поведение транзисторов получило название «эффект низкой интенсивности». В работе рассматривалась деградация коэффициента усиления, вызванная воздействием ионизирующего излучения низкой интенсивности на биполярные NPN транзисторы с поликремневым и кристаллическим эмиттером. Так же обсуждалось влияние смещений р-n переходов транзистора во время воздействия ионизирующего излучения, влияние интенсивности на деградацию, исследовалась температура отжига радиационно-индуцированных дефектов. Использовались тестовые биполярные ИМС, изготовленные по четырем различным технологиям. Транзисторы с эмиттером из поликремния показали более высокую радиационную стойкость по сравнению с транзисторами, имеющими кристаллический эмиттер. Транзисторы, изготовленные по двум из трех технологий, использующих поликремний, продолжали деградировать в течение отжига при комнатной температуре. Деградация коэффициента усиления при одинаковой накопленной дозе сильно увеличивалась с понижением интенсивности излучения. Чтобы получить определённый уровень деградации коэффициента усиления при интенсивности 1,1 pafl(SiO₂)/c, требуется почти в 50 раз меньше полная доза, чем при 300 рад(8Юг)/с (для транзистора, изготовленного по одной из поликремневых технологий).

Более детально факторы, влияющие на деградацию биполярных транзисторов, входящих в состав тестовых биполярных ИМС, были изучены в [3]. Особое внимание уделялось напряжению на переходе база-эмиттер, геометрии эмиттера, конструктивному исполнению области базы, мощности дозы. Так же рассматривалось влияние типа проводимости транзисторов (NPN или PNP) и технологии изготовления эмиттера. В этой статье предметом исследования были NPN и PNP транзисторы с усовершенствованным поликремневым и стандартным эмиттером, изготовленные по КНИ технологии с изоляцией канавками. Установлено, что биполярные транзисторы с меньшим отношением периметр/площадь деградируют меньше. Кроме того, авторы работы установили, что напряжение на коллекторе биполярного транзистора в процессе воздействия ионизирующего излучения не влияет на деградацию коэффициента усиления. Так же было определено, что обратное напряжение на переходе эмиттер-база во время воздействия ионизирующего излучения вызывает наибольшую деградацию, в то время как меньшее напряжение на эмиттере приводит к увеличению тока базы. При малых дозах структуры с поликремневым эмиттером обладают большей радиационной стойкостью, чем приборы со стандартным эмиттером. Однако при большой дозе первые становятся более чувствительными к воздействию ионизирующего излучения. Так же, вновь было установлено, что деградация коэффициента усиления биполярных транзисторов сильнее при низкой интенсивности излучения.

Первоначально эффект низкой интенсивности исследовался для биполярных NPN транзисторов [4-8]. Однако, впоследствии было установлено, что эффект так же проявляется в случае подложечных и боковых биполярных PNP транзисторов [9-11]. Наиболее полный обзор вопросов, обусловленных эффектом низкой интенсивности, был проведён в работе [12].

Эффект низкой интенсивности как в дискретных биполярных транзисторах, так и в аналоговых ИМС обсуждался в [13]. Показано, что для

некоторых микросхем зависимость от интенсивности существует даже при 0,005 pafl(SiO₂)/c. При увеличении температуры ИМС во время воздействия ионизирующего излучения до 60 °С наблюдалось увеличение деградации, однако деградация при таких условиях проведения эксперимента была меньше, чем в случае воздействия на ИМС излучения низкой интенсивности.

В работе [14] три различные биполярные ИМС подвергались воздействию ионизирующего излучения при различных мощностях дозы. Во всех случаях воздействие излучения с меньшей интенсивностью вызывало большую деградацию. В некоторых случаях отжиг, проведённый после облучения с высокой интенсивностью, приводил к дальнейшей деградации микросхемы. Но она была меньше, чем при облучении с низкой интенсивностью дозы.

Радиационная деградация биполярных ИМС, изготовленных по пяти различным технологиям, и облученных при разных мощностях дозы и напряжениях смещения, исследована в [15]. В биполярных ИМС, изготовленных по одной из технологий, максимальная деградация при малой интенсивности оказалась в 10 раз большей, чем при высокой интенсивности. В биполярных ИМС, изготовленных по другой технологии, зависимость от дозы оказалась крайне нелинейной. При мощностях дозы 50 и 0,005 рад (SiO₂)/c деградация была незначительной, но значительно возрастала при 0,002 рад (SiO₂)/c

В работах [16-18] наблюдалась деградация коэффициента усиления вследствие возникновения дефектов в подложке в структурах с широкой базой (боковые и подложечные PNP транзисторы). Увеличение объемной компоненты тока базы регистрировалось даже в усовершенствованных биполярных транзисторах NPN-типа с узкой базой. Повреждения в подложке необходимо учитывать в случае, когда облучение ведется электронами или тяжелыми ионами. Следовательно, в случае работы такого транзистора на

борту космического аппарата радиационная стойкость может существенно снизиться по сравнению с лабораторным тестированием.

Воздействие ионизирующего излучения на транзисторы NPN -типа исследовалось в [19]. Было получено аналитическое выражение для приращения тока базы Д1_б, причиной которого служит захваченный в окисле заряд и поверхностные состояния. Структура исследуемого транзистора представлена на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Сечение биполярной структуры, использованной в [19]

В работе [20] изучалась зависимость А1б и |3 от дозы при высоких мощностях дозы для различных технологий и конструкций биполярных ИМС. Было установлено, что положительный заряд в окисле и поверхностные состояния в случае NPN транзисторов увеличивают скорость рекомбинации поверхностной компоненты тока базы, а значит, вызывают увеличение тока базы. В случае PNP транзисторов положительный заряд уменьшает скорость рекомбинации, вызванной поверхностными состояниями. В результате ток базы возрастает, но меньше, чем в NPN транзисторе. В работе показано, что при одинаковых условиях воздействия ионизирующего

излучения PNP транзисторы деградируют слабее, чем NPN. На рис. 1.2 показаны различия между вертикальными транзисторами NPN -типа и PNP -типа.

Рис. 1.2. Радиационная деградация вертикальных транзисторов NPN -типа и PNP -типа (а) и сечение бокового PNP транзистора (б)

На сегодняшний день существуют три наиболее распространённые физические модели поведения биполярных транзисторов, входящих в состав биполярных ИМС и работающих в условиях излучения низкой интенсивности. Одна из них описана в [21-23], вторая в [24], третья в работе

[25].

В первой модели [21-23] предполагается, что эффект низкой интенсивности излучения связан с дырками, захваченными на метастабильные ловушки в объёме окисла. Время, необходимое для того, чтобы дырка покинула метастабильную ловушку, является основным параметром данной модели. Если время, за которое дырка покинет ловушку, больше, чем время, за которое ИМС поглотит полную дозу излучения, поле, создаваемое дырками на метастабильных ловушках снизит накопление положительного заряда в окисле. Такой механизм имеет место в случае воздействия излучения высокой интенсивности. Если большая часть дырок успевает покинуть метастабильные ловушки прежде, чем окончится воздействие ионизирующего излучения (в случае излучения низкой интенсивности), электрическое поле от оставшихся на метастабильных ловушках дырок минимально, что приводит к увеличению захваченного в окисле положительного заряда.

Во второй модели [24] предполагается, что электроны, захваченные на мелкие ловушки могут привести к усиленной электронно-дырочной рекомбинации в процессе воздействия ионизирующего излучения высокой интенсивности, и в присутствии слабых электрических полей. При воздействии ионизирующего излучения низкой интенсивности электроны успевают покинуть мелкие ловушки, что приводит к ослаблению рекомбинации и увеличению захвата дырок на ловушки.

В третьей модели [25] особое внимание уделяется дозовой зависимости деградации в биполярных ИМС и явлению захвата и переноса в толстых окислах при низких электрических полях. Авторы предположили, что уменьшение темпа восстановления при слабых электрических полях в толстых окислах и повышенный захват дырок на ловушки в объёме толстого окисла приводит к увеличению деградации в условиях воздействия излучения низкой интенсивности.

Как было установлено в [26], напряжение смещения перехода эмиттер-база биполярного транзистора оказывает сильное влияние на его радиационную деградацию. Увеличение деградации наблюдается в случае, если во время воздействия ионизирующего излучения переход эмиттер-база имеет нулевое смещение, так как в этом случае краевое электрическое поле в окисле над переходом эмиттер-база достигает большого значения, что приводит к увеличению количества заряда захваченного в окисле.

Методы моделирования эффекта низкой интенсивности разработаны основываясь на физических механизмах, предложенных в [21-23]. В случае, когда биполярные ИМС во время воздействия ионизирующего излучения подвергаются воздействию повышенной температуры, дырки быстрее покидают метастабильные ловушки, вследствие чего, воздействие излучения высокой интенсивности может быть аналогично воздействию излучения низкой интенсивности.

Эффект низкой интенсивности в биполярных PNP транзисторах был наиболее полно исследован в работах [27-33]. Боковые PNP транзисторы продемонстрировали самую высокую радиационную деградацию в случае воздействия излучения низкой интенсивности [27,29]-она усиливалась с уменьшением интенсивности излучения. Такое поведение обусловлено увеличением встраивания поверхностных состояний при снижении интенсивности излучения. Воздействие ионизирующего излучения при повышенной температуре ведёт к увеличению встраивания поверхностных состояний [30], и, как и в случае NPN транзисторов, может быть использовано для моделирования эффекта низкой интенсивности.

Несмотря на то, что методика моделирования эффекта низкой интенсивности путём воздействия на ИМС излучения высокой интенсивности при повышенной температуре кажется достаточно простой, проблема выбора необходимой температуры не решена до настоящего времени. Этому вопросу посвящено большое количество работ, в частности [34-41].

1.2. Эффект старения

Проблема прогнозирования поведения биполярных ИМС в условиях ионизирующего излучения низкой интенсивности, о которой говорилось выше, имеет много общего с проблемой эффекта термически активированного старения. Эффект старения был обнаружен позже, чем эффект низкой интенсивности излучения, и до настоящего времени слабо изучен.

Влияние эффекта старения на схемы памяти типа BiCMOS SRAM было изучено в [42]. Исследовались ИМС, изготовленные по трём различным технологиям. Для того, чтобы смоделировать эффект старения, авторы применили выдержку при повышенной температуре, равной 150 °С. Время воздействия было выбрано равным одной неделе. В результате было установлено, что все три микросхемы изменяют свои характеристики после воздействия повышенной температуры. Вследствие данного воздействия ухудшалась радиационная стойкость ИМС (в данном случае она оценивалась по количеству сбоев при фиксированной поглощённой дозе). Было отмечено, что отдельные ИМС реагируют на такое предварительное воздействие сильнее других. Далее, в работе изменялось время выдержки при повышенной температуре. В результате, было установлено, что при времени воздействия, равном 280 часов, деградация увеличивалась на 15 процентов, а при времени воздействия, равном 1400 часов, деградация увеличивалась на 60 процентов. Так же было установлено, что воздействие на микросхему температуры равной 150 °С в течении 162 дней аналогично влиянию на его радиационный отклик хранению при температуре 22 °С в течении 40 лет (к увеличению деградации на 60 процентов).

В работах [43-44] авторы исследовали радиационную деградацию операционного усилителя LM-llls. Данный усилитель построен по биполярной технологии, и основным критерием ухудшения его характеристик вследствие воздействия ионизирующего излучения считается увеличение

входного тока. Основной вклад в увеличение входного тока после воздействия ионизирующего излучения вносит входной подложечный PNP транзистор. В работе усилитель выдерживался при повышенной температуре, равной 175 °С, в течении разного времени (от 1 до 1000 часов). Было установлено, что с увеличением времени воздействия повышенной температуры снижается рост входного тока усилителя, который происходит вследствие воздействия ионизирующего излучения. Причём, после воздействия повышенной температуры в течение 1000 часов, наблюдалось снижение приращения входного тока на 33 процента при суммарной поглощённой дозе 100 крад(8Ю₂) при интенсивности 50 крад(8Ю₂), и ослабление роста входного тока усилителя на 62 процента при суммарной поглощённой дозе 100 Kpafl(SiO₂) при интенсивности 0,1 крад(8Ю₂). Авторы связывают эффект ослабления радиационной деградации биполярных PNP транзисторов с тем, что после воздействия повышенной температуры, в процессе воздействия ионизирующего излучения, увеличивается заряд в объёме окисла и уменьшается заряд, захваченный на ловушках границы раздела Si/SiO₂. Происходит это вследствие того, что под воздействием повышенной температуры, атомы водорода высвобождаются с метастабильных ловушек (депассивируют их) в окисле, при этом данные атомы водорода дрейфуют к границе раздела и попадают на ловушки границы раздела (пассивируют их). Вследствие этого, принимая во внимание модель, изложенную в [21-23], авторы приходят к выводу, что из за увеличения количества ловушек усиливается тормозящее электрическое поле в окисле, которое мешает захвату дырок на ловушки окисла и границы раздела, и следовательно, воздействие повышенной температуры приводит к ослаблению радиационной деградации транзисторов. Установлено, что энергия активации процесса при этом равна 0,37 эВ.

В работе [45] авторы исследовали влияние выдержки при повышенной температуре на ИМС, состоящие из каскадов МОП транзисторов.

Температура выдержки равнялась 150 °С, время выдержки было установлено равным одной неделе. Было установлено, что такое воздействие приводит к значительному увеличению тока утечки. Авторы связывают этот факт с тем, что под воздействием повышенной температуры происходит диффузия молекулярного водорода.

Моделирование эффекта старения в МОП транзисторах при помощи выдержки при повышенной температуре было проведено в [46]. Выдержка производилась при температурах 125 °С и 150 °С (в зависимости от типа исследуемых транзисторов) в течении одной недели. После выдержки при повышенной температуре транзисторы подвергались воздействию ионизирующего излучения. Было установлено, что у транзисторов, подвергшихся предварительному высокотемпературному воздействию, смещение порогового напряжения, обусловленное воздействием ионизирующего излучения, приблизительно в два раза больше, чем у транзисторов, не подвергавшихся такому воздействию. Авторы данных работ считают, что такой эффект обусловлен различиями во встраивании поверхностных состояний.

В работе [47] авторы исследовали термически - активированный эффект старения в биполярных ИМС, в состав которых входили биполярные транзисторы PNP типа. При этом, исследовались две группы ИМС. Первая группа имела время предварительного хранения, равное 6 месяцам, а вторая группа хранилась в течении 6 лет. Было установлено, что предварительное воздействие повышенной температуры, равной 200 °С, в течении 1 недели, приводит к значительному уменьшению радиационной деградации транзисторов, подвергшихся предварительному длительному хранению, и к значительному увеличению подобной деградации для транзисторов, выпущенных недавно. Кроме того, в работе исследовался биполярный транзистор NPN типа. Условия эксперимента были такие же, как и в случае транзистора PNP типа. Было установлено, что на радиационно-индуцированную деградацию транзистора влияет напряжение смещения

1.3. Недостатки существующих методов моделирования эффектов низкой интенсивности и старения

Обзор работ, посвященных моделированию эффекта низкой интенсивности излучения и эффекта старения, позволяет сделать следующие выводы:

1. До сих пор не существует единой методики моделирования эффектов
низкой интенсивности и старения в биполярных ИМС.

2. Существующие методики (например, предложенные в работе [34])
предполагают длительную (до 160 дней) выдержку биполярных ИМС
при повышенной (до 150 °С - 250 °С) температуре.

3. В ряде работ, в частности в [45], наблюдается абсолютно произвольный
выбор времён выдержки ИМС при повышенной температуре, и как
следствие, в результате таких экспериментов моделируется эффект ста
рения произвольной длительности. Экспериментальные данные как
правило не систематизированы, и не приведено никаких объяснений,
почему выбраны именно такие интервалы времени.

4. Не существует чёткой физической модели воздействия повышенной
температуры на биполярные приборы, и взаимосвязи такого воздейст
вия с последующим радиационным откликом прибора. Только в работе
[30] произведена попытка согласования полученных результатов с мо
делями, предложенными в [21-23] и [24]. В первую очередь это вызвано
тем, что погрешность таких экспериментов достаточно высока.

Постановка задачи

Создание научно технических принципов, которые могут быть положены в основу методики прогнозирования поведения биполярных ИМС в условиях излучения низкой интенсивности, моделирования эффекта старения в биполярных ИМС и отжига радиационных дефектов в биполярных ИМС, лишённой указанных выше недостатков, включает в себя решение следующих проблем:

1. Исключение воздействия повышенной температуры на биполярные
ИМС. Согласно работам [34-41], все существующие на сегодняшний
день методики основаны на выдержке биполярных ИМС при повышен
ной температуре.

2. Исследование возможности применения неразрушающего воздействия
инфракрасного излучения для моделирования эффектов старения и низ
кой интенсивности в биполярных ИМС, а так же для отжига поверхно
стных радиационных дефектов в биполярных ИМС.

3. Снижение продолжительности экспериментов по моделированию эф
фектов старения и низкой интенсивности, а так же отжига радиацион
ных дефектов в биполярных ИМС.

4. Создание физической модели воздействия инфракрасного излучения на
радиационную деградацию биполярных ИМС. На сегодняшний день не
существует физической модели такого взаимодействия.

В данной диссертации эксперименты для прогнозирования поведения биполярных ИМС в условиях излучения низкой интенсивности, моделирования эффекта старения, и отжига радиационных дефектов в биполярных ИМС, основаны на применении инфракрасного излучения.

В диссертации используется инфракрасное излучение с длиной волны, равной приблизительно 1 микрометр, и энергией приблизительно 1,2 эВ. Такая энергия, с одной стороны, недостаточна для возбуждения и пе-

реноса электронов из подложки в окисел, так как для такого переноса необходима энергия, равная приблизительно 4 эВ. С другой стороны, фотоны с такой энергией могут стимулировать те же процессы, которые происходят в биполярных ИМС во время выдержки при повышенной температуре [48]. При этом, воздействие инфракрасного излучения может быть более эффективным по сравнению с воздействием повышенной температуры. Данный вопрос подробно рассмотрен в главах 2, 3.

На данный момент не существует опубликованных работ, посвященных исследованию поглощения инфракрасного излучения с длиной волны около 1 мкм в тонких плёнках SiO₂ . Исходя из данных по поглощению инфракрасного излучения с длиной волны 6-8 мкм в тонких плёнках SiC>2, а так же аналогичных данных для близкого инфракрасного излучения и толстых (1 мм) плёнок S1O2, приведённых работе [49], можно сделать предварительный вывод, что инфракрасное излучение поглощается в тонких плёнках окисла кремния приблизительно на 10 процентов. Однако, как показали эксперименты, проведённые в работе [48], такое поглощение достаточно для того, чтобы инфракрасное излучение могло оказать сильное влияние на радиационную деградацию биполярных ИМС.

Необходимо отметить, что биполярные ИМС, использованные в данной диссертации, не имеют поликремниевой или медной разводки, изоляции типа ЛОКОС, и других компонентов, присущих современным ИМС. Образцы такого типа были выбраны с целью облегчения анализа полученных экспериментальных данных и упрощения физических моделей. Исследование более сложных, современных ИМС, будет предметом последующих работ.

Конкретные задачи диссертации можно сформулировать следующим образом:

1. Создание научно-технических основ, которые могут быть использованы при разработке методики моделирования эффекта низкой интенсивно-

сти излучения и эффекта старения в биполярных ИМС, лишённой недостатков, о которых говорилось выше.

2. Исследование результатов воздействия инфракрасного излучения на
электрические характеристики и радиационную деградацию биполяр
ных ИМС.

3. Исследование инфракрасного отжига радиационно-индуцированных
дефектов в биполярных ИМС.

4. Изучение влияния повышенной температуры на биполярные ИМС, под
вергшиеся ранее воздействию инфракрасного излучения.

5. Создание физической модели, позволяющей объяснить изменения ра
диационной стойкости биполярных ИМС вследствие воздействия ин
фракрасного излучения.

В результате выполнения всех поставленных задач, должны быть предложены новые научно-технические принципы, которые могут быть использованы при разработке методов прогнозирования эффекта низкой интенсивности и эффекта старения для биполярных ИМС, основанных на неразрушающем воздействие инфракрасного излучения. Кроме того, должна быть разработана физическая модель воздействия инфракрасного излучения на радиационную деградацию биполярных ИМС. Так же, должен быть исследован инфракрасный отжиг радиационных дефектов в биполярных ИМС.

ГЛАВА 2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭФФЕКТА НИЗКОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ

В БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

2.1. Методика проведения экспериментов

В настоящее время моделирование эффекта низкой интенсивности как в PNP, так и в NPN транзисторах проводится с помощью облучения при повышенной (100-250 °С) температуре. Однако, как было сказано выше, воздействие повышенной температуры отрицательно влияет на надёжность, быстродействие, и ряд других характеристик биполярных ИМС. Вследствие этого, в данной диссертации для моделирования эффекта низкой интенсивности в биполярных ИМС вместо повышенной температуры используется инфракрасное излучение, что позволяет избежать отрицательных последствий, возникающих вследствие воздействия повышенной температуры на биполярные ИМС.

Моделированию эффекта низкой интенсивности в биполярных ИМС при помощи инфракрасного излучения посвящена только одна работа [48], вследствие чего вопрос методики проведения подобных экспериментов проработан слабо. Таким образом, требуется создать методику проведения экспериментов для моделирования эффекта низкой интенсивности в биполярных ИМС при помощи инфракрасного излучения.

Важной задачей является выбор источника инфракрасного излучения, необходимого для проведения экспериментов, и создание оснастки и оборудования, позволяющего выполнить все необходимые эксперименты. Помимо этого, необходимо произвести экспериментальное исследование влияния инфракрасного излучения на исходные характеристики биполярных PNP и NPN транзисторов. Так же представляется важным разработать

физическую модель воздействия инфракрасного излучения на радиационную деградацию биполярных ИМС.

Таким образом, задачи, которые необходимо решить в данной главе, можно сформулировать следующим образом:

1. Создание методики проведения экспериментов.

2. Выбор источника инфракрасного излучения для проведения экспери
ментов.

3. Создание оборудования для проведения экспериментов.

4. Исследование влияния инфракрасного излучения на исходные
характеристики биполярных ИМС.

5. Исследование возможности применения инфракрасного излучения вме
сто повышенной температуры для моделирования эффекта низкой ин
тенсивности излучения.

6. Разработка физической модели воздействия инфракрасного излучения
на биполярные ИМС.

Основываясь на физических механизмах, предложенных в [50-52], в экспериментах по моделированию эффекта низкой интенсивности, проведённых в данной главе, биполярные ИМС подвергались воздействию инфракрасного излучения до воздействия ионизирующего излучения.

При разработке методики проведения экспериментов необходимо установить продолжительность воздействия инфракрасного излучения на биполярные ИМС. Предварительные эксперименты показали, что сильное изменение радиационной деградации ИМС происходит за время порядка 8 - 10 часов [53-55]. Однако, для повышения воспроизводимости и достоверности результатов экспериментов, продолжительность воздействия инфракрасного излучения была установлена равной 12 часам.

В процессе обработки экспериментальных данных возникает необходимость сравнения измеренных в процессе эксперимента характеристик однотипных транзисторов. Как известно, одинаковые по топологическим

параметрам транзисторы даже с одной подложки часто имеют значительный разброс начальных характеристик. Очевидно, что такие разбросы могут привести к искажению конечного результата. Следовательно, необходимо исключить влияние разброса начальных характеристик. Вследствие этого, в процессе обработки экспериментальных данных рассматриваются приращения характеристик, а не их абсолютные значения.

В данной главе каждый эксперимент повторялся три раза на разных образцах. При этом разброс экспериментальных данных, полученных от разных образцов, мал по сравнению с зафиксированным изменением характеристик, вследствие чего он не показан на зависимостях.

2.2. Источник инфракрасного излучения

Рассматривались различные варианты, в том числе инфракрасный лазер, излучение которого подводилось бы посредством световода к кристаллу ИМС. Наиболее простым, но в то же время отвечающим всем требованиям решением оказалось применение полупроводниковых инфракрасных светодиодов. Проведённые ранее экспериментальные исследования [56, 57, 58] показали, что условиям диссертации удовлетворяют свето-диоды с мощностью излучения приблизительно 40 мВт/см². Кроме того, светодиодьг должны работать в непрерывном режиме, иметь малые габаритные размеры и низкую потребляемую мощность. Так же, желательно, чтобы светодиоды, используемые в работе, выпускались отечественными предприятиями, и имели достаточно широкое распространение. Коротко, ряд требований, предъявляемых к светодиодам, можно сформулировать следующим образом:

1. Мощность излучения порядка 20-40 мВт.

2. Возможность непрерывной работы.

3. Низкая потребляемая мощность.

4. Малые габаритные размеры.

5. Диод должен производиться одним из отечественных предприятий.

Данным требованиям удовлетворял арсенид-галиевый светодиод марки АЛ 119, имеющий следующие характеристики:

1. Мощность излучения 40 мВт/см².

2. Непрерывный режим работы.

3. Потребляемый ток-300 мА при напряжении питания 3 В.

4. Длина волны излучения 930-980 нанометров.

5. Габаритные размеры 5мм х 3 мм.

Для охлаждения светодиода в процессе работы был создан теплоот-вод, обеспечивающий работу в номинальном режиме при температуре корпуса, не превышающей 40 °С.

2.3. Технические средства проведения экспериментов

Ионизирующее излучения создавалось рентгеновским источником с Cu-анодом и энергией 40 кВ, интенсивность излучения составляла 2 Kpafl(SiO₂)/c. Так же, в ряде экспериментов для моделирования излучения космического пространства использовалась установка «Сириус» с итрий -стронциевым источником. Интенсивность излучения в этом случае составляла ОД pafl(SiO₂)/c, энергия электронов порядка 1 мэВ.

Характеристики биполярных ИМС измерялись с помощью системы МЕРА, управляемой компьютером (изготовлена сотрудниками кафедры 27).

Так же для проведения исследований было изготовлено устройство, состоящее из четырёх светодиодов марки АЛ 119, медных теплоотводов, контактного кольца и изолирующих пластин. Данное устройство было конструктивно согласовано с источником рентгеновского излучения.

Для биполярных ИМС важна стабильность температуры во время проведения замеров их характеристик. Поэтому во время измерений характеристик температура ИМС стабилизировалась с точностью ±1 °С. В течение всех экспериментов, проведенных в данной диссертации, температура ИМС была одинаковой, и равной (32±1)°С.

Во время воздействия ионизирующего излучения все выводы ИМС заземлялись. В данной главе, как и во всей диссертации, использовались следующие биполярные ИМС:

1. 198НТ1А-матрица NPN транзисторов серийного производства, с изоля
цией типа ЭПИК и глубиной залегания р-п перехода эмиттер-база около
0,15 мкм.

2. 198НТ5А-матрица PNP транзисторов серийного производства, так же
имеющая изоляцию типа ЭПИК и глубину залегания р-п перехода эмит
тер-база 0,15 мкм.

2.4. Исследование характеристик биполярных PNP транзисторов после воздействия инфракрасного излучения

Во время экспериментов, проведённых в данном параграфе, биполярные PNP транзисторы находились в двух различных электрических режимах.

В первом случае, воздействие инфракрасного излучения проводилось в режиме «холостого хода», когда на выводы транзисторов не подавалось внешних смещений и в окисле над переходом эмиттер-база присутствовало электрическое поле слабой напряженности (рис. 2.24). Снимались как исходные вольт-амперные характеристики, так и характеристики после воздействия инфракрасного излучения, в частности, зависимости тока базы от напряжения эмиттер-база и тока коллектора от напряжения эмиттер-база. В данном случае речь идёт именно о самих значениях токов, а не об их приращениях, так как сравниваются характеристики одного и того же транзистора, и разброс начальных параметров отсутствует. Зависимость тока коллектора от напряжения эмиттер-база позволяет сделать вывод о качестве выбранной методики термостабилизации образцов во время измерения. Как известно, в случае биполярных транзисторов даже незначительное изменение температуры в процессе измерения характеристик может привести к изменению тока коллектора, а это в свою очередь ведёт к сильному изменению тока базы. Результаты экспериментов для режима «холостого хода» приведены на рис. 2.1, 2.2.

Во втором случае, условия проведения экспериментов изменились: во время воздействия инфракрасного излучения на переход эмиттер-база биполярных транзисторов подавались различные смещения. Таким образом, в окисле над переходом эмиттер-база создавалось краевое электрическое поле различной напряженности (роль краевого поля будет рассмотрена ниже).

Подавались четыре смещения, соответствующие случаю слабой, средней, сильной, и очень сильной напряженности краевого поля в окисле над переходом эмиттер-база [59]. Соответственно подавались прямое, нулевое, и обратное смещение, а так же обратное смещение, близкое к напряжению пробоя перехода эмиттер-база, которое определялось экспериментально. Для данного типа транзисторов применялись напряжения, равные -0,8 В, 0 В, 1 В, 3,5 В. Зависимости тока базы от напряжения эмиттер-база для случая подачи напряжения 3,5 В приведены рис. 2.3, а тока коллектора от напряжения эмиттер-база на рис. 2.4.

Рис. 2.3. Зависимости тока базы от напряжения эмиттер-база биполярного PNP транзистора до и после воздействия инфракрасного излучения со смещением перехода эмиттер база 3,5 В во время этого воздействия

Рис. 2.4. Зависимости тока коллектора от напряжения эмиттер-база биполярного PNP транзистора до и после воздействия инфракрасного излучения со смещением перехода эмиттер база 3,5 В во время этого воздействия

Как видно из приведённых данных, вольт - амперные характеристики биполярных PNP транзисторов до воздействия инфракрасного излучения и после воздействия абсолютно идентичны. То есть воздействие инфракрасного излучения, в отличие от предварительной высокотемпературной выдержки, никак не изменяет характеристики биполярного транзистора. Так же важный вывод можно сделать, основываясь на данных, показанных на рис. 2.4. Видно, что токи коллекторов остаются неизменными в течение нескольких серий измерений. Это означает, что выбранный метод стабилизации температуры в процессе измерения вольт-амперных характеристик биполярных транзисторов (в данном случае, биполярных PNP транзисторов), позволяет избежать тепловых изменений токов.

2.5. Исследование характеристик биполярных NPN транзисторов после воздействия инфракрасного излучения

Методика проведения эксперимента в данном разделе аналогична представленной в параграфе 2.4. Исследовались транзисторы с ЭПИК и с SiO2 изоляцией.

В первом случае проводилось сравнение характеристик биполярных NPN транзисторов с ЭПИК изоляцией до воздействия инфракрасного излучения и после воздействия, во время которого на выводы транзисторов не подавались напряжения смещения (режим «холостого хода»).

Зависимости тока базы от напряжения эмиттер-база до и после воздействия инфракрасного излучения показаны на рис. 2.5, зависимости тока коллектора от напряжения эмиттер-база приведены на рис. 2.6.

Рис. 2.5. Зависимости тока базы от напряжения эмиттер-база биполярного NPN транзистора с ЭПИК изоляцией до воздействия инфракрасного излучения и после воздействия инфракрасного излучения

Рис. 2.6. Зависимости тока коллектора от напряжения эмиттер-база биполярного NPN транзистора с ЭПИК изоляцией до и после воздействия инфракрасного излучения

После рассмотрения зависимостей, представленных на рис. 2.5, 2.6, можно сделать вывод, что инфракрасное излучение не оказывает влияния на характеристики биполярных NPN транзисторов. Этот вывод аналогичен полученному ранее для биполярных PNP транзисторов.

Далее, во время воздействия инфракрасного излучения на переход эмиттер-база биполярных NPN транзисторов с ЭПИК изоляцией подавались различные смещения. Смещения были подобраны таким образом, чтобы охватить весь диапазон возможных рабочих напряжений транзистора (от прямого смещения до обратного, близкого к напряжению пробоя перехода эмиттер-база). Напряжения смещений были выбраны равными 0,8 В, О В, -1 В, -3,5 В. Результаты сравнения вольт-амперных характеристик транзистора до и после воздействия инфракрасного излучения оказались совершенно идентичными результатам, полученным для случая воздействия инфракрасного излучения без смещения перехода эмиттер-база. Ины-

ми словами, характеристики полностью совпадают до и после воздействия инфракрасного излучения.

Характеристики биполярных NPN транзисторов с SiO₂ изоляцией так же исследовались в два этапа. В первом случае, во время воздействия инфракрасного излучения на переход эмиттер-база транзисторов не подавалось никаких смещений. Зависимости тока базы от напряжения эмиттер-база для этого случая приведены на рис. 2.7, а тока коллектора от напряжения эмиттер-база на рис. 2.8.

5е-5

Рис. 2.7. Зависимости тока базы от напряжения смещения перехода эмиттер-база биполярного NPN транзистора с изоляцией SiO2 до и после воздействия инфракрасного излучения

Рис. 2.8. Зависимости тока коллектора от напряжения смещения перехода эмиттер-база биполярного NPN транзистора с изоляцией SiC>2 до и после воздействия на него инфракрасного излучения

Очевидно, что и в случае биполярных NPN транзисторов с изоляцией SiO₂ воздействие инфракрасного излучения не приводит к изменениям характеристик транзисторов.

Во втором случае, во время воздействия инфракрасного излучения переход эмиттер-база транзисторов смещался прямо или обратно. Напряжения смещения выбирались таким образом, чтобы охватить весь диапазон возможных рабочих напряжений транзисторов, и для данного типа транзисторов составляли соответственно 0,8 В, 0 В, -4 В, -8 В. Установлено, что в случае, когда во время воздействия инфракрасного излучения переход эмиттер-база биполярных NPN транзисторов смещён в прямом или обратном направлении, характеристики остаются неизменными. Соответствующие зависимости не приведены в данном разделе, так как они не несут никакой новой информации.

2.6. Исследование зависимости радиационной деградации биполярных

PNP транзисторов с ЭПИК изоляцией от режима

инфракрасного предоблучения

Зависимости токов базы от напряжения эмиттер-база транзисторов до и после воздействия инфракрасного излучения, а так же зависимости токов коллекторов этих транзисторов от напряжения эмиттер-база приведены в параграфе 2.5, и приводить и в данном разделе не имеет смысла.

Во время инфракрасного предоблучения в режиме «холостого хода» к выводам транзисторов не подводилось никаких напряжений смещений. Зависимость приращения тока базы от суммарной поглощённой дозы для случая, когда инфракрасное предоблучение проводилось без подачи напряжения смещения на соответствующие переходы, приведена на рис. 2.9. На этом же рисунке показана соответствующая зависимость для контрольного образца. В данном случае и далее по оси ординат отложено приращение тока базы, а не само абсолютное значение тока базы.

РОССИЙСКАЯ

ГОСУДАРСТВЕННАЯ

БИБЛИОТЕК!

Очевидно, что инфракрасное предоблучение приводит к уменьшению радиационной деградации транзисторов. Из рис. 2.9 следует, что радиационная деградация биполярных PNP транзисторов, подвергшихся воздействию инфракрасного излучения без подачи напряжения смещения на переход эмиттер-база, снижается приблизительно в 1,3-1,5 раз.

С целью более подробного исследования влияния инфракрасного предоблучения на радиационную деградацию транзисторов, режим их работы во время инфракрасного предоблучения был изменён. Для этого во время воздействия инфракрасного излучения на переходы эмиттер-база транзисторов подавались различные напряжения смещения: -1 В; О В; 1 В; 3,5 В; выбор этих смещений обсуждался выше. Зависимости приращения тока базы от суммарной поглощённой дозы для данного случая приведены на рис. 2.10.

Смещение перехода эмиттер-база биполярного PNP транзистора во время воздействия инфракрасного излучения оказывает сильное влияние на его последующую радиационную деградацию. Как видно из рисунка, возможно не только ослабление деградации, но и её усиление. Ослабление происходит в случае, когда во время инфракрасного предоблучения биполярных PNP транзисторов на переход эмиттер-база подаётся напряжение прямого смещения (иными словами, напряженность краевого электрического поля в окисле над переходом эмиттер-база слабая). Усиление деградации имеет место в случае, когда на переход эмиттер-база во время инфракрасного предоблучения подаётся напряжение обратного смещения (то есть напряженность краевого электрического поля в окисле над переходом эмиттер-база была сильная). Причём, как видно из приведённых выше зависимостей, каждому напряжению смещения соответствует определённое увеличение (или ослабление) радиационной деградации биполярных PNP транзисторов. Уменьшить деградацию для данных транзисторов возможно в 1,7-1,9 раз, в то время как усилить её возможно в 1,7-2,2 раза. Зависимость изменения радиационной деградации биполярных PNP транзисторов от величины напряжения смещения перехода эмиттер-база, приложенного во время инфракрасного предоблучения, показана на рис. 2.11.

S3 -50

I -1Ш

-150

Рис. 2.11. Зависимость относительного изменения радиационной деградации биполярных PNP транзисторов относительно контрольного образца от напряжения смещения перехода эмиттер-база, приложенного во время воздействия инфракрасного излучения

Таким образом, изменяя напряжение смещения перехода эмиттер-баз биполярных PNP транзисторов в процессе инфракрасного предоблучения, можно плавно изменять их радиационную деградацию.

2.7. Исследование зависимости радиационной деградации биполярных NPN транзисторов от режима инфракрасного предоблучения

В данном параграфе исследовались NPN транзисторы с ЭПИК и с SiO₂ изоляцией. Зависимости приращения тока базы от суммарной поглощённой дозы для режима «холостого хода» транзистора с ЭПИК изоляцией, когда во время инфракрасного предоблучения на выводы не подавались напряжения смещения, приведены на рис. 2.12.

2,0е-7

2,4 3,6

Суммарная поглощённая доза, мрад(8Ю₂)

Рис. 2.12. Зависимости приращения тока базы биполярных NPN транзисторов с ЭПИК изоляцией от суммарной поглощённой дозы. Один из них подвергся воздействию инфракрасного излучения при не подсоединенных выводах, а другой не подвергался такому воздействию

Очевидно, что воздействие инфракрасного излучения на NPN транзисторы с ЭПИК изоляцией значительно изменяет их радиационную деградацию. Как и в случае с PNP транзисторами, инфракрасное предоблу-чение при работе транзистора в режиме «холостого хода» ослабляет радиационную деградацию приблизительно в 1,5-1,8 раз.

В следующем эксперименте во время воздействия инфракрасного излучения на переход эмиттер-база ЭПИК NPN транзисторов подавались

2,4 3,6

Суммарная поглощенная доза, Mps«(SiO₂)

Рис. 2.13. Зависимости приращения тока базы биполярных NPN транзисторов с ЭПИК изоляцией от суммарной поглощённой дозы. Приведены данные для случаев различного смещения перехода эмиттер-база во время инфракрасного предоблучения

Изменяя напряжение смещения перехода эмиттер-баз во время воздействия инфракрасного излучения можно как ослабить радиационную деградацию, так и усилить её. Причём, чем большее напряжение обратного смещения перехода эмиттер-база (то есть чем выше напряжённость краевого электрического поля в окисле над переходом эмиттер-база) приложено во время инфракрасного предоблучения, тем сильнее радиационная деградация транзистора. В то же время, увеличение напряжения прямого смещения, поданного на переход эмиттер-база (то есть ослабление напряжённости краевого электрического поля в окисле над переходом эмиттер-база) во время инфракрасного предоблучения, ведёт к ослаблению дегра-

дации. Воздействие инфракрасного излучения при отсутствие напряжения смещения перехода эмиттер-база, даёт результат, схожий со случаем пря-мосмещенного во время инфракрасного предоблучения перехода эмиттер-база. Это легко объяснимо, если учесть, что в таком режиме напряженность электрического краевого поля в окисле над переходом эмиттер-база достаточно слабая (рис. 2.24). Данный результат качественно совпадает с результатом, полученным для PNP транзисторов. Зависимость относительного изменения радиационной деградации биполярных NPN транзисторов с ЭПИК изоляцией от напряжения смещения, приложенного к переходу эмиттер-база во время инфракрасного предоблучения, показана на рис. 2.14.

эмиттер база во время воздействия инфракрасного излучения. Данные результаты аналогичны результатам, полученным для PNP транзисторов.

Зависимости приращения тока базы от суммарной поглощённой дозы для режима «холостого хода» биполярных NPN транзисторов с SiO₂ изоляцией, когда на выводы во время инфракрасного предоблучения не подавалось напряжение смещения, приведены на рис. 2.15.

8е-7 7е-7

2,4 3.6

Суммарная поглощенная доза, мрадфО»)

Рис. 2.15. Зависимости приращения тока базы от суммарной поглощённой дозы для биполярных NPN транзисторов изоляцией SiO₂, один из которых подвергся предварительному воздействию инфракрасного излучения, а другой не подвергался подобному воздействию

Как и во всех предыдущих случаях, инфракрасное предоблучение оказывает влияние на радиационную деградацию биполярных транзисторов. Как можно увидеть из рисунка, радиационная деградация ослабляется приблизительно в 1,7 - 1,8 раз. Этот результат так же полностью совпадает с результатами, которые были получены ранее.

По аналогии с предыдущими параграфами, во время следующего инфракрасного предоблучения на переход эмиттер-база биполярных NPN

2,4 3,6 4,8

Суммарная поглощённая доза, Mpsw(SiO.)

Рис. 2.16. Зависимости приращения тока базы биполярных NPN транзисторов с изоляцией SiO₂ от суммарной поглощённой дозы. Приведены графики для различных напряжений смещения перехода эмиттер-база, приложенных во время воздействия инфракрасного излучения

Очевидно, что смещение перехода эмиттер-база транзистора оказывает сильное влияние на последующую радиационную деградацию биполярных транзисторов, причём возможно не только ослабление деградации, как это было в предыдущем случае, но и её усиление. Ослабление деградации происходит примерно в 1,8-2 раза, а её усиление в 5 - 6 раза, причём прямое смещение приводит к ослаблению деградации, а обратное к её усилению. Можно сделать вывод, что ослабление напряжённости краевого

электрического поля в окисле над переходом эмиттер-база транзисторов во время инфракрасного предоблучения приводит к уменьшению радиационной деградации, а усиление напряжённости - к росту деградации. Этот факт уже неоднократно наблюдался ранее для различных типов транзисторов с различной изоляцией.

Более наглядно результаты представлены на рис. 2.17.

600 500

Рис. 2.17. Зависимость относительного изменения деградации биполярных NPN транзисторов с изоляцией SiCb от напряжения смещения перехода эмиттер-база во время воздействия инфракрасного излучения относительно контрольного образца

Как видно из рис. 2.17, возможно в широких пределах изменять радиационную деградацию биполярных NPN транзисторов с изоляцией SiO₂ путём изменения напряжений смещения перехода эмиттер-база во время инфракрасного предоблучения. Результаты полностью аналогичны полученным ранее для транзисторов других типов проводимости.

2.8. Моделирование эффекта низкой интенсивности в биполярных ИМС при помощи инфракрасного излучения

Основываясь на данных, приведённых на рис. 2.14 , 2.17, можно сделать вывод, что в биполярных ИМС возможно моделирование эффекта низкой интенсивности при помощи инфракрасного излучения. Увеличение радиационной деградации происходит в тех же пределах, что и при моделировании, основанном на воздействии повышенной температуры (2 - 2,5 раза). Так же, применение инфракрасного излучения совместно с напряжением смещения перехода эмиттер-база даёт возможность по-разному изменять радиационную стойкость биполярных транзисторов с одной подложки. Для того, чтобы экспериментально проверить высказанное выше утверждение, были проведены дополнительные эксперименты. Биполярные ИМС обоих типов проводимости подверглись воздействию ионизирующего излучения с интенсивностью 0,1 рад/с (SiCb) и энергией электронов порядка 1 мэВ, производимого итрий-стронциевым источником. Суммарная поглощённая доза составила 100 крад. Ионизирующее излучение с данными характеристиками широко используется в настоящее время для моделирования излучения космического пространства. Помимо этого, аналогичные ИМС подверглись воздействию ионизирующего излучения интенсивностью 200 pafl/c(SiO₂), создаваемого обычным рентгеновским источником, неоднократно использовавшимся ранее в данной работе. Кроме того, ещё одна группа подобных ИМС перед воздействием ионизирующего рентгеновского излучения интенсивностью 200 pajjJc(SiO₂) подверглась комбинированному воздействию инфракрасного излучения и напряжения обратного смещения перехода эмиттер-база, равного в данном случае 3,5 В. Зависимости приращения тока базы от суммарной поглощённой дозы для ИМС PNP типа приведены на рис. 2.18, а для ИМС NPN типа -на рис. 2.19.

Из приведённых рисунков видно, что радиационная деградация исследованных в данном разделе биполярных ИМС, подвергшихся воздействию ионизирующего излучения низкой интенсивности (или, с некоторыми приближениями, излучению космического пространства), соответствует деградации ИМС, подвергшихся воздействию высокоинтенсивного рентгеновского излучения и предварительному инфракрасному предоблучению при напряжении обратного смещения перехода эмиттер-база.

Дополнительные эксперименты по исследованию моделирования эффекта низкой интенсивности при помощи комбинированного воздействия инфракрасного излучения и напряжения обратного смещения были проведены для операционных усилителей напряжения марки 140УД1Б. При этом, все условия эксперимента были аналогичны описанным выше, за исключением напряжения обратного смещения, которое в данном случае было равным -10 В. Под напряжением обратного смещения понимается отрицательное напряжение, поданное на входы усилителя, так как ими являются базы NPN транзисторов входного дифференциального каскада. Наиболее важными являются два параметра, изменяющиеся вследствие воздействия ионизирующего излучения на операционный усилитель: смещение входного тока (1_смещ), и напряжение смещения нуля (и_сМещ). Зависимости приращения смещения входного тока от суммарной поглощённой дозы для различных условий радиационного воздействия показаны на рис. 2.20, а напряжения смещения нуля от суммарной поглощённой дозы -на рис. 2.21.

Из экспериментальных данных, представленных на рис. 2.20, 2.21, видно, что радиационная деградация характеристик операционных усилителей, вызванная воздействием низкоинтенсивного ионизирующего излучения (или излучения космического пространства), может быть смоделирована путём комбинированного воздействия напряжения обратного смещения и инфракрасного излучения с последующим воздействием излучения высокой интенсивности.

Таким образом, экспериментальные данные подтвердили возможность моделирования эффекта низкой интенсивности в биполярных ИМС обоих типов проводимости при помощи инфракрасного излучения.

При этом, необходимо отметить, что результаты, представленные на рис. 2.18-2.21, относятся к конкретным биполярным ИМС и транзисторам, построенным по определённой технологии, при воздействии на них излучения заданной интенсивности, равной 0,1 рад/с. Для того, чтобы более подробно исследовать процесс моделирования эффекта низкой интенсивности в биполярных ИМС при помощи инфракрасного излучения, необходимо провести большое количества дополнительных экспериментов, используя другие типы ИМС, изменяя интенсивность излучения, напряжения смещений, и.т.д. Такая работа выходит за рамки представленной диссертации.

2.9. Физическая модель изменения радиационной деградации биполярных транзисторов вследствие инфракрасного предоблучения

Как известно, процесс старения изменяет внутренние свойства ИМС, вследствие чего радиационная деградация так же изменяется, при этом он не влияет на электрические характеристики ИМС [42, 47]. Старение представляет собой переход изначально энергетически неравновесной структуры (количество бистабильных дефектов с большей энергией превышает количество дефектов с меньшей энергией) окисла кремния в равновесное состояние в течение продолжительного времени вследствие термически активируемых процессов [42]. Для моделирования эффекта старения используется воздействие повышенной температуры, которое ускоряет процесс перехода в равновесное состояние. На основании экспериментальных данных, полученных в данной главе, можно сделать вывод, что использование инфракрасного излучения вместо повышенной температуры так же приводит к значительному ускорению процессов, ответственных за установление равновесного соотношения количества бистабильных дефектов с разными энергиями, при этом электрические характеристики биполярных ИМС не изменяются.

Существует большое сходство между неупорядоченной поверхностью Si/SiO2 и аморфным кремнием [60]. В частности, очень близки плотность и природа преобладающих дефектов, существование зонных хвостов, и специфическая роль водородной пассивации [61,62]. Вследствие этого, один из возможных механизмов, описывающих изменение радиационной деградации биполярных ИМС, подвергшихся комбинированному воздействию инфракрасного излучения и напряжения смещения перехода эмиттер-база заключается в том, что фотон инфракрасного излучения разрывает связь =Si-H с образованием свободной связи и высвобождением нейтрального атома водорода:

Недостатком данного механизма является то, что он не объясняет сильного влияния электрического поля в окисле над переходом эмиттер-база, присутствующего во время воздействия инфракрасного излучения, на последующую радиационную деградацию биполярных ИМС.

Предложенный ниже механизм перехода Е' центра вида ₃O=Si Si=C«3 из нейтральной конфигурации в дипольную наиболее точно объясняет изменение радиационной деградации биполярных ИМС вследствие совместного воздействия инфракрасного излучения и краевого электрического поля.

Согласно ему, изменение радиационной деградации биполярных ИМС вследствие комбинированного воздействия инфракрасного излучения и краевого электрического поля связано с переходом части нейтральных Е' центров вида, находящихся в толстом пассивирующем окисле биполярных транзисторов, к дипольной конфигурации, имеющей вид

Сечения захвата радиационно-индуцированного заряда в окисле для различных конфигураций Е' центра приведены в [63,64], и составляют 10'¹⁵ - 10"¹⁶ см² для нейтральной конфигурации и 10'¹³ - 10"¹⁴ см² для дипольной конфигурации. Очевидно, что дипольные Е' центры имеют существенно большее, по сравнению с нейтральными Е' центрами, сечение захвата радиационно-индуцированного заряда в окисле. Следовательно, в случае перехода под действием инфракрасного излучения части Е' центров, имеющих дипольную конфигурацию, к нейтральной конфигурациипроисходит снижение радиационной деградации биполярных транзисторов.

Направление перехода Е' центров (от нейтральной конфигурации к дипольной, или от дипольной к нейтральной) определяется значением на-

пряжения смещения, приложенного к переходу эмиттер-база во время воздействия инфракрасного излучения, или, иными словами, напряжённостью краевого электрического поля в окисле над переходом эмиттер-база. В частности, присутствие в окисле краевого электрического поля, имеющего высокую напряжённость, приводит к оптически стимулированному переходу части Е' центров от нейтральной конфигурации к дипольной, и, как следствие, к увеличению радиационной деградации биполярных транзисторов, в то время как краевое электрическое поле слабой напряжённости вызывает оптически стимулированный переход части Е' центров от дипольной конфигурации к нейтральной, и снижению радиационной деградации транзисторов. Более детально влияние электрического поля будет рассмотрено ниже.

Более наглядно, эффект можно представить следующим образом:

• Инфракрасное излучение + сильное электрическое поле —> оптически
стимулированный переход части Е' центров от нейтральной конфигу
рации к дипольной.

• Инфракрасное излучение + слабое электрическое поле —>■ оптически
стимулированный переход части Е' центров от дипольной конфигура
ции к нейтральной.

При этом, суммарный электрический заряд остаётся постоянным:

(2.1)

Электрическое поле смещает равновесие реакции (2.1) вправо, что приводит к увеличению количества Е' центров, имеющих дипольную конфигурацию. При уменьшении электрического поля равновесие реакции смещается влево, что означает переход части Е' центров, имеющих дипольную конфигурацию, к нейтральной конфигурации.

Известно, что энергияцентра описывается выражением вида

(2.2)

где С_м = 10-15 эВ/А² -постоянная упругости решетки; х-изменение расстояния между атомами кремния [65]. Каждый из атомов кремния совершает фононные колебания, вследствие чего расстояние между ними изменяется, при этом среднее расстояние между атомами в случае дипольной конфигурации дефекта меньше, чем в случае нейтральной конфигурации, так как противоположно заряженные атомы кремния испытывают куло-новское притяжение. В основе данного утверждения лежит энергетическое представление о структуре SiO2, так как в условиях данной работы не имеет смысла прибегать к квантомеханическим расчётам. Кроме того, в подавляющем большинстве случаев результаты расчётов, основанных на энергетической модели, и на квантомеханической модели, совпадают с высокой точностью [65]. Исходя из выражения (2), можно заключить, что энергия Е' центра составляет единицы эВ.

Зависимости энергии Е' центра от относительного расстояния между атомами кремния для дипольной и нейтральной конфигурации показаны на рис. 2.22.

Рис. 2.22. Зависимости энергии Е' центра от относительного расстояния между атомами кремния для случаев сильного (а) и слабого (б) краевого поля в окисле. Показаны зависимости для дипольной конфигурации и для нейтральной конфигурации Е' центра

При фиксированном электрическом поле в окисле существует равновесное количество дипольных и нейтральных Е' центров. Количество центров с дипольной конфигурацией при этом постоянно, как и количество центров с нейтральной конфигурацией. Изменение напряжённости электрического поля выводит систему из состояния термодинамического равновесия, вследствие чего часть Е' центров стремятся перейти к противоположной конфигурации, и фотоны инфракрасного излучения способны стимулировать переход части дипольных центров в нейтральное состояние, или, в зависимости от изменения напряженности электрического поля, части нейтральных в дипольные.

Система кинетических уравнений, описывающих переходы между двумя конфигурациями с разными энергиями, записывается в виде [66]:

(2.3)

где полное количество дефектоввремя

термически активированного перехода из неравновесного состояния в равновесное;-частота фононного колебания решетки.

В состоянии термодинамического равновесия выполняется равенство

(2.4) (2.5)

где• количество Е' центров, имеющих дипольную конфигурацию;

- количество нейтральных Е' центров. Очевидно, что в равновесном

состоянии доминирует конфигурация с меньшей энергией.

Время перехода из неравновесного состояния в равновесное для случая воздействия инфракрасного излучения определяется выражением

(2.6)

где⁵ - характерная частота оптоэлектронных переходов.

Увеличение скорости перехода системы в равновесное состояние при воздействии инфракрасного излучения обусловлено тем, что величина £о значительно меньше, чем То , используемая в аналогичном выражении для

термически активированных переходов между энергетическими состояниями, что, согласно (2.6), приводит к уменьшению времени установления равновесного состояния.

Влияние напряжённости краевого электрического поля в окисле на количество нейтральных и дипольных Е' центров объясняется исходя из следующих соображений. В ряде работ было установлено, что после процесса термического окисления кремния в пассивирующем окисле биполярного транзистора находятся дефекты, имеющие как нейтральную, так и дипольную конфигурацию [50, 51]. Как и у любого диполя, у Е' центра, имеющего дипольную конфигурацию видасуществует ди-

польный момент, направленный от отрицательно заряженного атома кремния к положительно заряженному.

Ключевую роль в переходах Е' центра между двумя различными энергетическими конфигурациями играет направление дипольного момента, рассматриваемое относительно направления внешнего электрического поля в окисле. Необходимо отметить, что после термического окисления расположение дипольных Е' центров в окисле произвольно, однако в условиях данной работы можно ограничиться простейшей моделью, показанной на рис. 2.23.

Рис. 2.23. Расположение Е' центров, имеющих дипольную конфигурацию, в области воздействия краевого электрического поля. Изображен случай расположения «по полю» (а), и «против поля» (б)

Как известно, дипольный момент равен

(2.7) где q-электрический заряд, d- расстояние между заряженными атомами.

Энергия диполя связана с дипольным моментом следующим соотношением:

(2.8)

гд(■ напряжённость внешнего электрического поля.

В случае, когда к переходу эмиттер-база приложено напряжение обратного смещения (в окисле над переходом эмиттер-база присутствует электрическое поле высокой напряженности), и дипольный момент Е' центра р направлен «по полю», произведениепринимает положительный знак, что, согласно (2.8), приводит к отрицательному изменению энергии диполя, и к увеличению энергетического барьера Е_А , который необходимо преодолеть Е' центру для перехода от нейтральной конфигурации к ди-польной. Графически данный процесс можно описать сдвигом вниз по оси

ординат кривой, отображающей зависимость относительного расстояния от энергии для дипольного Е' центра, и, соответственно, подъёмом точки пересечения кривых, что означает увеличение энергетического барьера Е_А (рис. 2.22, а). Согласно (2.6), увеличение Ед приводит к значительному замедлению процесса перехода нейтральных Е' центров в дипольное состояние. Если же дипольный момент направлен «против поля», изменение энергии дипольной конфигурации согласно (2.8) положительно, что приводит к уменьшению энергетического барьера Е_А между дипольной и нейтральной конфигурациями, и согласно (2.6), к ускорению оптически стимулированного перехода нейтральных Е' центров в дипольное состояние. Данному случаю соответствует подъём кривой дипольного Е' центра, и снижением точки пересечения двух кривых (рис. 2.22, а). Вследствие этого под действием фотонов инфракрасного излучения часть Е' центров переходит из нейтральной конфигурации в дипольную, обладающую большим сечением захвата радиационно-индуцированного заряда. Это, в свою очередь, вызывает усиление радиационной деградации биполярных транзисторов.

Значительное снижение напряженности краевого электрического поля в окисле над переходом эмиттер-база, обусловленное приложением напряжения прямого смещения, приводит, согласно выражениям (2.7, 2.8), к положительному приращению энергии дипольных Е' центров, ориентированных «по полю» (и к снижению Еа), и к отрицательному приращению энергии дипольных Е' центров «против поля» (Е_А возрастает). Данный процесс показан на рис. 2.22, б. Очевидно, что разность энергий между нейтральной и дипольной конфигурациями (Ев) в этом случае меняет свой знак на противоположный. Согласно выражениям (2.3, 2.4, 2.5), в случае присутствия в окисле над переходом эмиттер-база электрического поля слабой напряжённости, происходит оптически стимулированный переход части дипольных Е' центров в нейтральное состояние, причём, принимая

во внимание выражение (2.6), можно сделать вывод, что в нейтральное состояние переходят дипольные Е' центры, ориентированные «по полю». Вследствие этого, радиационная деградация биполярных транзисторов, подвергшихся комбинированному воздействию инфракрасного излучения и напряжения прямого смещения перехода эмиттер-база, снижается.

Структура перехода эмиттер-база биполярного NPN транзистора показана на рис. 2.24, а.

Рис. 2.24. Линии напряжённости краевого электрического поля в окисле (2.24, а) над переходом эмиттер база в случае подачи на переход напряжения прямого (2.24, б) нулевого (2.24, в) и обратного (2.24, г) смещения. Знаки (хх) показывают границу р - п перехода в процессе измерения

Из рисунка видно, что линии напряжённости краевого электрического поля в окисле над переходом эмиттер-база начинаются на атомах доноров п⁺ эмиттера и заканчиваются на атомах акцепторов р базы.

Напряжённость электрического поля в окисле над переходом эмиттер-база минимальна в случае, если к переходу приложено напряжение прямого смещения, и максимальна, если переход обратно смещён. Чем выше напряжение обратного смещения, тем сильнее напряжённость краевого электрического поля. Рис 2.24, б, в, г иллюстрирует изменение на-

пряжённости электрического поля для случаев различных напряжений смещения. Область воздействия электрического поля в окисле увеличивается в случае приложения к переходу напряжения обратного смещения и уменьшается в случае подачи напряжения прямого смещения. Границы области пространственного заряда перехода эмиттер-база при приложении напряжения смещения, равного 0,5 - 0,75 В, показаны на рисунке символами (х).

В случае, если к переходу эмиттер-база во время инфракрасного предоблучения подводится напряжение обратного или нулевого смещения, краевое электрическое поле распространяется в окисле на значительное расстояние. Вследствие этого, при измерении тока базы граница области пространственного заряда перехода эмиттер-база оказывается в районе действия краевого электрического поля и, следовательно, в районе повышенного количества Е' центров с дипольной конфигурацией, захвативших радиационно-индуцированный положительный заряд (рис 2.24, в, г), что приводит к росту радиационной деградации транзисторов. Если же на переход во время инфракрасного предоблучения подается напряжение прямого смещения, то электрическое поле распространяется на малое расстояние, и во время измерения тока базы граница области пространственного заряда располагается в области, которая подверглась ранее воздействию только инфракрасного излучения, без влияния электрического поля. Это означает, что на данном участке число Е' центров, имеющих диполь-ную конфигурацию, мало по сравнению с первоначальным значением вследствие их отжига инфракрасным излучением (рис. 2.24, б), что обуславливает уменьшение приращения тока базы, вызванного воздействием ионизирующего излучения.

Выводы

По результатам, полученным в данной главе, можно сделать следующие выводы:

1. В биполярных PNP и NPN транзисторах возможно моделирование эф
фекта низкой интенсивности при помощи воздействия на них инфра
красного излучения.

2. Моделирование эффекта низкой интенсивности при помощи инфра
красного излучения позволяет исключить воздействие повышенной
температуры на ИМС.

3. Воздействие инфракрасного излучения на биполярные транзисторы не
изменяет их начальных вольт — амперных характеристик (как токи базы,
так и токи коллекторов остаются неизменными до и после воздействия
инфракрасного излучения). Это справедливо как для случая, когда во
время воздействия инфракрасного излучения на переходы транзисторов
не подаётся напряжение смещения, так и для случая, когда предоблуче-
ние проводится при смещённом переходе эмиттер-база.

4.          Инфракрасное    предо блучение    позволяет    изменять    радиационную
деградацию   биполярных   PNP   и   NPN   транзисторов   в   широких
диапазонах. В частности, воздействие инфракрасного излучения на
биполярные транзисторы обоих типов проводимости в режиме «хо
лостого хода», когда на выводы транзисторов не подаются напряжения
смещения,    приводит    к    уменьшению    радиационной    деградации
транзисторов   в   1,7-1,9   раз.   Если   же   во   время   инфракрасного
предоблучения   на   переход эмиттер-база биполярных транзисторов
подаётся напряжение обратного смещения, деградация усиливается в
1,8-2 раза, а для некоторых типов изоляции и более.

5. Для одного типа транзистора наблюдается твёрдое соответствие изме
нения радиационной деградации и напряжения смещения, поданного на

ГЛАВА 3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

ВМЕСТО ПОВЫШЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭФФЕКТА СТАРЕНИЯ В БИПОЛЯРНЫХ

ИМС

3.1. Сравнение моделирования эффекта старения при термическом

воздействие и инфракрасном предоблучении для биполярных PNP

транзисторов с ЭПИК изоляцией

В ряде работ, в частности в [44-46], было высказано предположение, что энергия активации процессов, вызывающих эффект старения, примерно соответствует энергии активации процессов, происходящих вследствие высокотемпературного воздействия. Данная энергия была оценена посредством метода Михана - Бринкмана, и оказалась равной 0,38 эВ. Таким образом, процессы, приводящие к изменению радиационной стойкости ИМС после длительного хранения, могут быть стимулированы (ускорены) посредством воздействия повышенной температуры, и радиационная стойкость ИМС после нескольких лет хранения может быть оценена в лабораторных условиях. Под изменением в данном случае понимается ослабление (относительно контрольного образца) радиационной деградации базового тока биполярных ИМС и увеличение сдвига порогового напряжения в МОП структурах.

В работах [45, 46] высказано предположение, согласно которому вследствие высокотемпературного воздействия уменьшается количество центров, играющих во время радиационного воздействия роль ловушек на границе раздела Si - SiO₂, и, в некоторых случаях, уменьшается количество центров, являющихся во время радиационного воздействия ловушками в окисле. Необходимо отметить, что эксперименты во всех опубликованных на сегодняшний день работах [42-46], посвященных моделированию

эффекта старения в биполярных ИМС при помощи повышенной температуры, построены по одинаковой схеме-во время воздействия повышенной температуры выводы биполярных ИМС ни к чему не подсоединены, либо на них подаётся напряжение прямого смещения переходов эмиттер-база входных транзисторов. Из этого следует, что краевое электрическое поле в окисле над переходом эмиттер-база во время воздействия повышенной температуры было слабым, что, согласно механизму, представленному в главе 2, приводит к снижению радиационной деградации ИМС. Таким образом, полученные в данных работах экспериментальные результаты, демонстрирующие снижение радиационной деградации биполярных ИМС, хорошо согласуются с физическим механизмом, предложенным в главе 2, если предположить, что в результате высокотемпературного воздействия совместно с напряжением прямого смещения перехода эмиттер-база часть Е' центров, имеющих дипольную конфигурацию видапере-

ходят в нейтральную конфигурацию, что и приводит к сни-

жению деградации.

Для осуществления реакции центру необходимо сообщить энергию Ед (энергию активации, см. главу 2); доля центров, обладающих данной энергией, определяется экспоненциальным множителем Больцмана Скорость отжига свойства Р (под свойством понимается в

данном случае сдвиг порогового напряжения МОП ИМС, или уменьшение базового тока биполярных ИМС) в этом случае описывается следующим выражением [67]:

(3.1) гдеэнергия активации; к - константа Больцмана; изменение

свойства, остающееся после отжига при температуре Т в течение времени t; А - «частотный» фактор; п - порядок реакции.

В случае, когда два одинаковых транзистора выдерживаются при температурах 7J и Т₂, скорости отжига равны

(3.2)

Так как в данном случае речь идёт об отжиге только одного типа центров в обоих транзисторах, систему (3.2) можно преобразовать следующим образом:

(3.3) или в более удобном для расчетов виде:

(3.4)

гдеи- соответственно температура хранения и время хранения ИМС; Т₂ и- соответственно температура и время моделирования. Именно выражение (3.4) используется в настоящее время для прогнозирования изменения радиационной стойкости ИМС по истечении некоторого времени хранения. Как следует из (3.4), для моделирования изменения радиационной стойкости на 30% вследствие хранения ИМС в течение 1,5 года при комнатной температуре, необходимо воздействие температуры 150 °С в течение 168 часов.

Согласно физическому механизму, предложенному в главе 2, инфракрасное излучение способно ускорить термически активированные процессы, к которым относится и эффект старения. Для того, чтобы уменьшить продолжительность моделирования, исключить воздействие повышенной температуры на биполярные ИМС, а так же повысить точность экспериментов, для моделирования эффекта старения в биполярных ИМС вместо повышенной температуры используется комбинированное воздействие инфракрасного излучения и напряжения смещения перехода эмиттер-база [68, 69] (инфракрасное предоблучение).

Как было показано выше, напряжение смещения, поданное на переход эмиттер-база биполярных PNP транзисторов во время инфракрасного предоблучения, оказывает сильное влияние на их радиационную деградацию. В частности, напряжение прямого смещения приводит к ослаблению деградации, а напряжение обратного смещения-к её увеличению. Зависимости приращения тока баз от суммарной поглощённой дозы для случаев различных напряжений смещения, поданных на переход эмиттер-база биполярных PNP транзисторов во время инфракрасного предоблучения, приведены на рис. 3.1

Рис. 3.1. Зависимости приращения тока базы биполярных PNP транзисторов от суммарной поглощённой дозы для различных режимов работы транзисторов во время инфракрасного предоблучения

Для моделирования эффекта старения в транзисторах данного типа так же было применено воздействие температуры, равной 200 °С, в течение 168 часов. Зависимости приращения тока базы от суммарной поглощённой дозы для этого случая приведены на рис. 3.2.

2,4 3,6

Суммарная поглощенная доза, мрадфС^)

Рис. 3.2. Зависимости приращения тока базы биполярных PNP транзисторов от суммарной поглощённой дозы. Транзисторы подверглись воздействию температуры, равной 200 °С, в течение 168 часов

Очевидно, что после воздействия повышенной температуры радиационная деградация биполярных PNP транзисторов снижается приблизительно в 2 - 2,2 раза. Однако, как видно из данных, приведённых на рис. 3.1, такой же результат достигается в случае воздействия инфракрасного излучения в течение 12 часов, если на переход эмиттер-база подано напряжение прямого смещения. Более того, в работе [44] снижение в 2 раза радиационной деградации биполярных PNP транзисторов, применённых во входных цепях операционных усилителей LM Ills, достигается посредством воздействия температуры, равной 125 °С, в течение 180 часов.

3.2. Сравнение методов моделирования эффекта старения в биполярных NPN транзисторах с SiO₂ изоляцией

Зависимости приращения тока базы от суммарной поглощённой дозы для случаев различных напряжений смещения, поданных на переход эмиттер-база во время инфракрасного предоблучения, приведены на рис.

3.3.

Рис. 3.3. Зависимости приращения тока базы биполярных NPN транзисторов от суммарной поглощённой дозы

Видно, что подавая во время инфракрасного предоблучения напряжение прямого смещения, равное 0,8 В, можно ослабить радиационную деградацию в 2-2,5 раза.

Для того, чтобы смоделировать эффект старения, аналогичные биполярные NPN транзисторы подверглись воздействию температуры, равной 200 °С в течение 168 часов. Зависимости приращения тока базы от суммарной поглощённой дозы для этих транзисторов приведены на рис. 3.4.

Рис. 3.4. Зависимости приращения тока базы биполярных NPN транзисторов от суммарной поглощённой дозы. Транзисторы подверглись воздействию температуры равной 200 °С в течение 168 часов

После сравнения данных, приведённых на рис. 3.3 и рис. 3.4 можно сделать вывод о том, что для моделирования эффекта старения в биполярных NPN транзисторах вместо повышенной температуры возможно использование инфракрасного излучения. Как видно из рис. 3.4, воздействие на биполярные NPN транзисторы повышенной температуры, равной 200 °С, в течение 168 часов, приводит к снижению их радиационной деградации приблизительно в 2,3 раза. Аналогичные результаты могут быть достигнуты при помощи воздействия инфракрасного излучения в течение 12 часов.

Выводы

Результаты, полученные в данной главе, позволяют сделать следующие выводы:

1. Применение инфракрасного излучения вместо повышенной температу
ры позволяет значительно (10-15 раз) сократить время, необходимое
для проведения эксперимента по моделированию эффекта старения.
Кроме того, биполярные ИМС не подвергаются воздействию повышен
ной температуры. По эффективности моделирования инфракрасному
предоблучению длительностью 12 часов приблизительно эквивалентно
воздействие температуры, равной 200 °С, в течение 168 часов, или бо
лее продолжительное воздействие низкой температуры.

2. При производстве ИМС военного и космического применения для ис
пытания их надёжности проводится воздействие повышенной темпера
туры 150 °С в течении 168 часов. Исходя из результатов, полученных в
данной главе, можно сделать вывод, что вместо повышенной темпера
туры для такого тестирования возможно использовать инфракрасное
излучение, при этом значительно сократив время воздействия.

3. Учитывая тот факт, что для моделирования эффекта старения в бипо
лярных ИМС используется та же методика, которая была применена
ранее для моделирования эффекта низкой интенсивности, возможно
создание единого процесса моделирования эффектов низкой интенсив
ности и старения в биполярных ИМС.

ГЛАВА 4. ИНФРАКРАСНЫЙ ОТЖИГ РАДИАЦИОННЫХ ДЕФЕКТОВ В БИПОЛЯРНЫХ ИМС

4.1. Методика проведения экспериментов

Для отжига радиационных дефектов в биполярных ИМС обычно применяется воздействие повышенной температуры [70,71]. Однако такой метод имеет недостатки, которые были перечислены выше. С целью создания метода отжига радиационных дефектов в биполярных транзисторах, лишённого данных недостатков, было предложено вместо воздействия повышенной температуры использовать воздействие инфракрасного излучения [72, 73].

В процессе проведения экспериментов, осуществлённых в данной главе, были использованы два типа транзисторов - PNP транзисторы с EPIC изоляцией и NPN транзисторы с SiO2 изоляцией. Интенсивность рентгеновского излучения равнялась 2 крад(8Ю2)/с, время воздействия было равным 40 минутам, суммарная поглощённая доза составляла 4,8 мрад. Термический отжиг радиационных дефектов проводился на нагревательной установке с точностью задания температуры +1° С при температуре 120° С. Для инфракрасного отжига радиационных дефектов использовалось оборудование, подробно рассмотренное ранее. Время инфракрасного отжига составляло 40 минут, однако, в экспериментах по исследованию «насыщения» инфракрасного отжига время было увеличено до 300 минут.

В данной главе каждый эксперимент повторялся трижды на разных образцах. При этом разброс экспериментальных данных, полученных от разных образцов, мал по сравнению с зафиксированным изменением характеристик, вследствие чего он не показан на зависимостях.

4.2. Инфракрасный отжиг радиационных дефектов в биполярных PNP

транзисторах

В данном параграфе исследовался инфракрасный отжиг радиационных дефектов в биполярных PNP транзисторах с EPIC изоляцией. В предыдущих главах было обнаружено сильное влияние напряжения смещения, приложенного к переходу эмиттер-база во время воздействия инфракрасного излучения, на радиационную стойкость транзисторов. Вследствие этого, во время инфракрасного отжига на переход эмиттер-база транзисторов подавалось как прямое, так и обратное смещение. Зависимости приращения тока базы транзисторов от времени облучения и инфракрасного отжига приведены на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Зависимости приращения тока базы от времени для PNP транзисторов в случае прямого и обратного смещения перехода эмиттер-база во время инфракрасного отжига, и в случае выдержки при обратном смещении перехода эмиттер-база. До момента 40 минут производится воздействие ионизирующего излучения, начиная с 40 минут до 80 идёт инфракрасный отжиг

Очевидно, что воздействие инфракрасного излучения приводит к отжигу радиационных дефектов в биполярных PNP транзисторах, в то

время как выдержка при обратном смещении перехода эмиттер-база практически не оказывает влияния на приращение тока базы. Как видно из полученных зависимостей, отжиг дефектов происходит только если на переход эмиттер-база подаётся напряжения прямого смещении, а в случае, если на переход подано напряжение обратного смещения, отжиг гораздо слабее. Так же из рисунка видно, что уже после 40 минут инфракрасного отжига устраняется 40-50 % радиационных дефектов.

Для того чтобы более подробно исследовать влияние напряжения смещения перехода эмиттер-база на инфракрасный отжиг, одновременно с инфракрасным излучением подавались четыре разных напряжения смещения. Значения напряжений были выбраны такие же, как и в предыдущих главах для этого типа транзисторов, и составляли соответственно -1 В, 0 В, 1,5 В, 3,5 В. Зависимости приращения тока базы от времени облучения и отжига приведены на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Зависимости приращения тока базы биполярных PNP транзисторов от времени воздействия. До момента 40 минут проводилось радиационное воздействие, а начиная с 40 минут до 80 минут - инфракрасный отжиг

Видно, что увеличение напряжения обратного смещения перехода эмиттер-база во время инфракрасного отжига ведёт к снижению его эффективности. В случае, когда на переход подано высокое напряжение обратного смещения, отжиг практически прекращается. При подаче напряжения прямого смещения отжиг идёт наиболее эффективно. Таким образом, изменяя напряжение смещения перехода эмиттер-база транзисторов во время инфракрасного отжига, можно изменять его эффективность. Так же, из рисунка можно увидеть, что в случае, когда на переход эмиттер-база подаётся напряжение прямого смещения, эффективность инфракрасного отжига сравнима с эффективностью термического, однако данный вопрос будет подробно рассмотрен ниже.

4.3. Инфракрасный отжиг радиационных дефектов в биполярных NPN

транзисторах

Проведено два цикла исследований. В первом случае исследовался инфракрасный отжиг радиационных дефектов в биполярных NPN транзисторах с SiO₂ изоляцией при двух различных напряжениях смещения перехода эмиттер-база: прямом и обратном. Зависимости приращения тока базы от времени воздействия приведены на рис. 4.3.

Рис. 4.3. Зависимости приращения тока базы от времени воздействия. До момента 40 минут проводилось радиационное воздействие, а начиная с 40 минут до 80 проводился инфракрасный отжиг или выдержка при обратном смещении перехода эмиттер-база

По результатам, показанным на рис. 4.3, можно сделать вывод, что инфракрасный отжиг радиационных дефектов в биполярных NPN транзисторах наиболее эффективен при прямосмещённом переходе эмиттер-база. После 40 минут отжигается приблизительно 50% процентов радиационных дефектов. Если же во время инфракрасного отжига подать на переход эмиттер-база напряжение обратного смещения, эффективность отжига резко снижается. В этом случае за 40 минут отжигается не более 7 - 10 % ра-

диационных дефектов. Данные, показанные на рис. 4.3, качественно совпадают с результатами, полученными для инфракрасного отжига радиационных дефектов в PNP транзисторах.

Во втором случае, с целью более детального исследования влияния напряжения смещения перехода эмиттер-база на инфракрасный отжиг радиационных дефектов в биполярных NPN транзисторах, условия эксперимента изменились. Во время отжига на переход эмиттер-база подавались различные напряжения смещения, равные соответственно 0,8 В, 0 В, -1 В, -3,5 В. Зависимости приращения тока базы от времени воздействия приведены на рис. 4.4.

Рис. 4.4. Зависимости приращения тока базы биполярных NPN транзисторов от времени воздействия. До 40 минут проводилось радиационное воздействие, а начиная с 40 минут до 80 минут проводился инфракрасный отжиг

Результаты, приведённые на рис. 4.4, позволяют сделать вывод, что напряжение смещения, поданное на переход эмиттер-база транзисторов во время инфракрасного отжига, оказывают сильное влияние на его эффективность. Так, в случае, когда на переход подано напряжение прямого смещения, отжиг идёт наиболее эффективно, и в течении 40 минут отжи-

4.4. Исследование «насыщения» инфракрасного отжига

Для более полного исследования эффекта инфракрасного отжига радиационных дефектов в биполярных транзисторах, было решено увеличить время отжига с 40 минут до 300 минут с целью изучения кинетики отжига в области больших времён. Во время отжига на переход эмиттер-база двух транзисторов были поданы напряжения прямого смещения, а на переходы двух других-напряжения обратного смещения.

Для проведения эксперимента были использованы только PNP транзисторы с ЭПИК изоляцией, так как предыдущие опыты показали, что как для NPN, так и для PNP транзисторов получаются идентичные результаты, вследствие чего применение обоих типов транзисторов в данном разделе нецелесообразно.

Зависимости приращения тока базы от времени воздействия приведены на рис. 4.5.

Рис. 4.5. Зависимости приращения базового тока от времени. До 40 минут производилось радиационное воздействие, начиная с 40 минут до 340-инфракрасный отжиг. На переходы база-эмиттер во время отжига подавались два типа напряжений смещения - прямое и обратное

4.5. Сравнение инфракрасного и термического отжига радиационных дефектов в биполярных транзисторах

Несмотря на то, что, инфракрасный отжиг радиационных дефектов имеет ряд преимуществ по сравнению с термическим отжигом, существует необходимость сравнения эффективности обоих типов отжига. В данном разделе представлены результаты только для PNP транзисторов с ЭПИК изоляцией, так как для NPN транзисторов были получены аналогичные результаты, вследствие чего приводить их нецелесообразно.

На первом этапе, шесть NPN транзисторов подверглись радиационному воздействию, после чего четыре из шести транзисторов подверглись воздействию повышенной температуры (120° С). Зависимости приращения тока базы от времени воздействия приведены на рис. 4.6. Видно, что термический отжиг радиационных дефектов во всех четырёх транзисторах происходит одинаково.

Один из транзисторов подвергся термическому отжигу при температуре 150° С, что позволило изучить зависимость эффективности термического отжига радиационных дефектов в транзисторах данного типа от температуры отжига. Последний из транзисторов подвергся инфракрасному отжигу, во время которого на переход эмиттер-база подавалось напряжение прямого смещения (при таком напряжении инфракрасный отжиг максимально эффективен). Зависимости приращения тока базы от времени воздействия для последних двух транзисторов приведены на рис. 4.7.

Из приведённых выше рисунков можно сделать следующие выводы. Для данного типа транзисторов, инфракрасный отжиг радиационных дефектов в интервале времени 420 минут проходит быстрее и эффективнее, чем термический, тем не менее, общая форма зависимостей качественно схожа. Кроме того, видно, что приращение тока базы становится сопоставимым для обоих типов отжига только на 420 минуте отжига. Следовательно, инфракрасный отжиг радиационных дефектов в данном случае быстрее термического приблизительно в 10 раз. Таким.образом, в случае биполярных транзисторов данного типа инфракрасный отжиг быстрее и эффективнее термического.

Выводы

1. Воздействие инфракрасного излучения приводит к отжигу поверхност
ных радиационных дефектов в биполярных ИМС. Эффект качественно
одинаков как для PNP так и для NPN транзисторов.

2. На эффективность инфракрасного отжига радиационных дефектов в
биполярных транзисторах сильное влияние оказывает напряжение сме
щения, приложенное во время отжига к переходу эмиттер-база. Увели
чение напряжения обратного смещения приводит к снижению его эф
фективности, а уменьшение приводит к росту эффективности. В слу
чае, если во время инфракрасного отжига на переход эмиттер-база по
дано напряжение прямого смещения, он максимально эффективен.

3. Инфракрасный отжиг основного количества поверхностных радиацион
ных дефектов происходит в первые несколько десятков минут, после
чего замедляется. Таким образом, можно говорить о «насыщении» ин
фракрасного отжига радиационных дефектов в биполярных транзисто
рах.

4. Для некоторых типов транзисторов, в частности, биполярных PNP тран
зисторов с ЭПИК изоляцией, инфракрасный отжиг радиационных де
фектов более эффективен, чем термический. Кроме того, для данного
типа транзисторов инфракрасный отжиг происходит в 10 раз быстрее
термического.

5. В промышленном производстве возможна как полная замена термиче
ского отжига на инфракрасный, так и совместное их использование для
быстрого прогнозирования результатов термического отжига радиаци
онных дефектов в биполярных транзисторах.

ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОЙ СТАБИЛЬНОСТИ

СИСТЕМЫ НЕЙТРАЛЬНЫХ И ДИПОЛЬНЫХ Е' ЦЕНТРОВ,

ВОЗНИКШЕЙ В БИПОЛЯРНЫХ ИМС ВСЛЕДСТВИЕ

ИНФРАКРАСНОГО ПРЕДОБЛУЧЕНИЯ

5.1. Выбор методики проведения эксперимента

Как было показано выше, инфракрасное предоблучение оказывает сильное влияние на радиационную деградацию биполярных транзисторов. Физическая модель, предложенная в главе 2, объясняет данный факт изменением количества нейтральных и дипольных Е' центров в окисле и возле границы раздела окисел-кремний, стимулированным инфракрасным излучением.

Основываясь на физических механизмах, изложенных в главе 2, можно предположить, что в случае воздействия повышенной температуры на биполярные ИМС соотношение между количеством дипольных и нейтральных Е' центров будет стремиться к равновесному значению, вследствие чего эффект от воздействия инфракрасного излучения будет ослабевать (в данном случае речь идёт о ИМС, подвергшихся ранее комбинированному воздействию инфракрасного излучения и краевого электрического поля). Таким образом, экспериментально определив температуру отжига, становится возможным оценить энергию активации перехода Е' центра из одной энергетической конфигурации в другую.

Несмотря на то, что в результате всех предыдущих экспериментов биполярные ИМС обоих типов проводимости продемонстрировали качественно одинаковые изменения радиационной деградации, возникшие вследствие воздействия инфракрасного излучения, в данной главе, учитывая важность вопроса, были исследованы как PNP, так и NPN биполярные ИМС.

В данной главе был использован изохронный отжиг, иными словами, время, в течение которого транзисторы подвергались воздействию повышенной температуры, было неизменным во всех проведённых экспериментах, изменялась только температура. Время воздействия повышенной температуры составило 30 минут. Температура воздействия равнялась 60 °С, 80 °С, 100 °С, 120 °С и 150 °С. Эксперименты проводились по следующей схеме: инфракрасное предоблучение в течении 10 часов - воздействие повышенной температуры в течение 30 минут - радиационное воздействие. Суммарная поглощённая доза составляла в каждом случае 4,8 мрад(8Ю2) при интенсивности 2 крад(ЗЮ₂)/с. Кроме того, радиационному воздействию подверглись транзисторы, не прошедшие ни инфракрасного предоб-лучения, ни воздействия повышенной температуры. Зависимость приращения тока базы от суммарной поглощённой дозы этих транзисторов рассматривалась в качестве «контрольной», то есть относительно неё отсчи-тывался сдвиг соответствующих зависимостей других транзисторов. С целью исключения ошибки каждый из экспериментов повторялся три раза. Таким образом, при проведении экспериментов, представленных в этой главе, было использовано 36 образцов. При этом разброс экспериментальных данных, полученных от разных образцов, мал по сравнению с зафиксированным изменением характеристик, вследствие чего он не показан на зависимостях.

5.2. Исследование воздействия повышенной температуры на

радиационную деградацию биполярных PNP транзисторов с ЭПИК

изоляцией, подвергшихся инфракрасному предоблучению

Основываясь на методике, изложенной в параграфе 5.2, были получены зависимости приращения тока базы от суммарной поглощённой дозы для различных транзисторов, которые подверглись воздействию повышенной температуры после инфракрасного предоблучения. Оценка влияния повышенной температуры на радиационную деградацию транзисторов, подвергшихся инфракрасному предоблучению, производилась путём сравнения зависимостей приращения тока базы от суммарной поглощённой дозы транзисторов, прошедших инфракрасное предоблучение и воздействие повышенной температуры, и контрольных транзисторов (которые не подвергались инфракрасному предоблучению). Зависимости приращения тока базы от суммарной поглощённой дозы приведены на рис. 5.1-5.4.

Рис. 5.1. Зависимости приращения тока базы биполярных PNP транзисторов от суммарной поглощённой дозы. Воздействие повышенной температуры не проводилось

Рис. 5.2. Зависимости приращения тока базы от суммарной поглощённой дозы. Транзисторы подвергались воздействию температуры, равной 60 °С в течение 30 минут

Когда после инфракрасного предоблучения транзисторы подверглись выдержке при температуре 80 °С в течении 30 минут, зависимости приращения тока базы транзисторов от суммарной поглощённой дозы сместились в сторону аналогичных зависимостей для контрольных (не подвергавшихся инфракрасному предоблучению) транзисторов на 10 процентов от первоначальных значений. Кроме того, как видно из рисунков, напряжение смещения перехода эмиттер-база транзисторов, приложенное во время инфракрасного предоблучения, не влияет на величину сдвига зависимости приращения тока базы от суммарной поглощённой дозы после воздействия повышенной температуры.

Видно, что при увеличении температуры происходит дальнейший сдвиг зависимости приращения тока базы от суммарной поглощённой дозы в сторону аналогичной зависимости для транзисторов, не подвергавшихся инфракрасному предоблучению. При 150 °С зависимости сдвигаются приблизительно на 95 % от первоначальных значений, то есть соотношение между количеством нейтральных и дипольных Е' центров становится практически равновесным.

Зависимость сдвига приращений тока базы от температуры показана на рис. 5.5.

Рис. 5.5. Зависимость сдвига характеристик биполярных PNP транзисторов, подвергшихся инфракрасному предоблучению, от последующей температуры хранения в течение 30 минут

Как видно из рисунка, при температуре воздействия равной 80 °С сдвиг зависимости приращения тока базы от суммарной поглощённой дозы биполярных PNP транзисторов составляет не более 10 %. В то же время, при температурах, равных 85 °С - 95 °С, происходит резкое изменение зависимости приращения тока базы от суммарной поглощённой дозы в сто-

5.3. Исследование температурной стабильности системы нейтральных и дипольных Е' центров в биполярных NPN транзисторах с SiO₂

изоляцией

Эксперименты, проведённые в данном разделе, аналогичны экспериментам параграфа 5.3.

Зависимости приращения тока базы от суммарной поглощённой дозы для транзисторов, подвергшихся инфракрасному предоблучению и воздействию повышенной температуры, приведены на рис. 5.6 — 5.10.

Рис. 5.6. Зависимости приращения тока базы биполярных NPN транзисторов от суммарной поглощённой дозы. Воздействие повышенной температуры не проводилось

Приведённые на рис. 5.6 зависимости приращения тока базы от суммарной поглощённой дозы можно рассматривать как «контрольные», так как они получены для биполярных транзисторов, которые не были подвергнуты воздействию повышенной температуры после инфракрасного предоблучения.

Из рисунков видно, что если транзисторы, подвергшиеся инфракрасному предоблучению, выдержать при температуре, не превышающей 80 °С, то зависимости приращения тока базы от суммарной поглощённой дозы сдвинутся от первоначальных значений не более чем на 10 процентов

Рис. 5.9. Зависимости приращения тока базы от суммарной поглощённой дозы. Транзисторы подвергались воздействию температуры, равной 120 °С в течение 30 минут

Рис. 5.10. Зависимости приращения тока базы от суммарной поглощённой дозы. Транзисторы подвергались воздействию температуры, равной 150 °С в течение 30 минут

⁹⁸

При температуре воздействия, равной 150 °С, сдвиг зависимостей приращения тока базы от суммарной поглощённой дозы относительно первоначальных составляет 90-95 процентов.

Более наглядно данные, приведённые на рис. 5.6-5.10, можно представить одной зависимостью приращений тока базы от температуры, показанной на рис. 5.11.

Рис. 5.11. Зависимость сдвига характеристик биполярных NPN транзисторов, подвергшихся инфракрасному предоблучению, от последующей температуры хранения в течение 30 минут

Очевидно, что зависимость, показанная на рис.5.11 для биполярных NPN транзисторов, качественно совпадает с аналогичной зависимостью для биполярных PNP транзисторов, приведённой на Рис. 5.5. Резкое изменение зависимости приращения тока базы от суммарной поглощённой дозы относительно первоначального значения происходит в диапазоне температур 70-85 °С, что на 10 °С меньше соответствующего значения для биполярных PNP транзисторов.

5.4. Оценка энергии перехода Е' центров между разными

энергетическими конфигурациями при отсутствии напряжения

смещения перехода эмиттер-база

Как следует из физической модели, предложенной в главе 2, диполь-ные Е' центры представляют собой дефект видав то время

как нейтральные Е' центры имеют конфигурациюОчевидно,

что для перехода из одной энергетической конфигурации в другую необходимо преодолеть некий энергетический барьер (глава 2). Энергию активации данного процесса можно оценить с помощью следующего выражения [42]:

(5.1)

где к -константа Больцмана;-время изохронного отжига (в данной

главе оно равняется 30 минут); 7j - температура резкого изменения приращения тока базы от суммарной поглощённой дозы относительно первоначального значения;-частота фононного колебания решетки. Основываясь на результатах, полученных в предыдущих разделах данной главы, можно сделать вывод, что в зависимости от типа проводимости и технологии транзистора, Т_х составляет 75 - 85 °С, следовательно, согласно выражению (5.1), энергия активации процесса приблизительно равняется 1,08 - 1,1 эВ.

100

Выводы

1. При температурах воздействия, равных 80-95 °С, происходит резкое
приближение количества дипольных и нейтральных Е' центров к пер
воначальным значениям, или иными словами, к значениям, имевшим
место до инфракрасного предоблучения. Данный процесс не может
иметь какого-либо практического применения.

2. Энергия перехода Е' центров между противоположными энергетиче
скими конфигурациями (дипольной и нейтральной) при отсутствии на
пряжения смещения перехода эмиттер-база в биполярных транзисторах
составляет приблизительно 1,1 эВ.

3. Значение энергии активации, полученное в данной главе, подтверждает
утверждение, высказанное в главах 2, 3, согласно которому инфракрас
ное излучение способно стимулировать переход Е' центров из одной
энергетической конфигурации в другую.

101

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Главная задача диссертации заключалась в разработке новых научно-технических основ применения инфракрасного излучения, которые могли бы быть использованы при создании методов прогнозирования радиационной деградации биполярных ИМС, работающих в условиях воздействия излучения космического пространства, или иными словами, в условиях воздействия ионизирующего излучения низкой интенсивности, а так же биполярных ИМС, которые длительное время не эксплуатировались. Причём, эти методы должны были быть лишены тех недостатков, которые присущи существующим на сегодняшний день и широко используемым методам. С этой целью необходимо было исследовать воздействие инфракрасного излучения на радиационную деградацию биполярных ИМС, и установить связь изменения радиационной деградации вследствие воздействия инфракрасного излучения с различными режимами его воздействия. Кроме того, в диссертации исследовался отжиг радиационных дефектов в биполярных ИМС при помощи воздействия инфракрасного излучения. Основные результаты диссертации представляются следующими: 1. Проведено исследование влияния инфракрасного излучения на радиационную деградацию биполярных ИМС. Показано, что инфракрасное излучение оказывает сильное воздействие на радиационную деградацию биполярных ИМС, и при этом не оказывает влияния на их исходные характеристики, такие как зависимость тока базы от напряжения эмиттер-база и зависимость тока коллектора от напряжения эмиттер-база. Изменение радиационной деградации происходит качественно одинаково для биполярных ИМС обоих типов проводимости, причём возможно как усиление деградации, так и её ослабление, в зависимости от напряжения смещения перехода эмиттер-база, приложенного во время воздействия инфракрасного излучения. Так же, изменение радиационной деградации не зависит от типа изоляции биполярных ИМС. 06-

102

работку ИМС инфракрасным излучением возможно включить в уже существующие технологические циклы, например, на этапе корпусиро-вания кристалла.

2. Создано оборудование для проведения экспериментов по исследованию
влияния инфракрасного излучения на радиационную деградацию бипо
лярных ИМС. Кроме того, разработана методика проведения данных
экспериментов.

3. Подробно исследован эффект влияния напряжения смещения, поданно
го на переход эмиттер-база биполярных ИМС во время инфракрасного
предоблучения, на изменения радиационной деградации. Было установ
лено, что в случае, когда на переход во время инфракрасного предоблу
чения подаётся напряжение прямого смещения (или иными словами,
когда краевое электрическое поле в окисле над переходом эмиттер-база
имеет слабую напряжённость), радиационная деградация биполярных
ИМС обоих типов проводимости снижается в 1,8 - 2,2 раза. Если же во
время инфракрасного предоблучения на переход эмиттер-база подаётся
напряжение обратного смещения (напряжённость краевого электриче
ского поля в окисле над переходом высокая), происходит усиление ра
диационной деградации в 1,9 - 2,4 раз.

4. Предложены научно-технические принципы использования комбиниро
ванного воздействия инфракрасного излучения и различных напряже
ний смещения, которые могут быть положены в основу единого метода
моделирования эффекта низкой интенсивности и эффекта старения в
биполярных ИМС.

5. Проведено сравнение существующих методов моделирования эффекта
низкой интенсивности и эффекта старения с методами, основанными на
использовании инфракрасного излучения. Показано, что в случае ис
пользования инфракрасного излучения, значительно сокращается вре-

103

мя, требуемое для проведения экспериментов, и биполярные ИМС не подвергаются воздействию повышенной температуры.

6. Исследован отжиг поверхностных радиационных дефектов при помощи
воздействия инфракрасного излучения. Установлено, что напряжение
смещения, приложенное к переходу эмиттер-база, оказывает сильное
влияние на эффективность отжига. В частности, если во время инфра
красного отжига к переходу эмиттер-база приложено напряжения пря
мого смещения, он наиболее эффективен, а в случае, если приложено
напряжение обратного смещения, эффективность значительно снижает
ся. Сравнение инфракрасного и высокотемпературного отжига поверх
ностных радиационных дефектов в биполярных ИМС показало, что ин
фракрасный отжиг в случае прямосмещённого перехода эмиттер-база
происходит значительно быстрее, чем термический отжиг при 150 °С.

7. Основываясь на полученных результатах, была разработана физическая
модель воздействия инфракрасного излучения на биполярные ИМС

8. Экспериментальным путём была определена энергия активации перехо
да Е' центра из одного энергетического состояния в другое (имеется в
виду нейтральное и дипольное состояния). Исходя из полученного зна
чения, равного приблизительно 1 эВ, стало возможным сделать вывод о
правомерности физической модели, объясняющей влияние инфракрас
ного излучения на радиационную деградацию биполярных ИМС.

Таким образом, результаты настоящей работы с одной стороны могут быть использованы для усовершенствования существующих методов прогнозирования радиационной стойкости биполярных ИМС, и отжига радиационных дефектов, поскольку в диссертации предложен ряд значительно более эффективных методов. С другой стороны, результаты работы могут быть непосредственно использованы при разработке и проектировании новых методов тестирования биполярных ИМС и отдельных этапов производства ИМС.

104

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Radiation analysis of bipolar transistors and circuits / R. L. Pease, H. J.
Tausch, H. D. Barnaby, R. D. Schrimpf, D. M. Schmidt // MRC/ABQ final
report to NAVSURFWARCENDIV Crane -1995. - P. 1764.

2. Response of advanced bipolar process to ionizing radiation / E. W. Enlow, R.
L. Pease, W. E. Combs, R. D. Schrimpf, R, N. Nowlin // IEEE Trans. Nucl.
Sci. - 1991.-V. NS-38. - P.I342.

3. Trends in the Total-Dose Response of Modem Bipolar Transistors / R. N.
Nowlin, E. W. Enlow, R. D. Schrimpf, W. E. Combs // IEEE Trans. Nucl.
Sci. - 1992.-V. NS-39. - P.2026.

4. Hardness assurance and testing issues for bipolar/BiCMOS devices / R. N.
Nowlin, D. M. Fleetwood, R. D. Schrimpf, R. L. Pease, W. E. Combs //
IEEE Trans. Nucl. Sci. - 1993.-V. NS-40. - P. 1686.

5. Nowlin R. N., Fleetwood D. M., Schrimpf R. D. Saturation of the dose-rate
response of BJTs below 10 rad(SiO₂)/s : implication for hardness assurance //
IEEE Trans. Nucl. Sci. - 1994.-V. NS-41. - P.2637.

6. Башин А. Ю., Зебрев Г. И., Першенков В. С. Использование инфра
красного излучения для моделирования эффекта низкой интенсивности
в биполярных NPN транзисторах // Вопросы атомной науки и техники. -
2004. - №4. - С. 36-38.

7. Dose-rate effects on radiation-induced bipolar junction transistor gain
degradation / A. Wei, S. L. Rosier, R. D. Schrimpf, D. M. Fleetwood, W. E.
Combs // Applied Physic letter. - 1994. - V. 65. - P.1918.

8. Comparision of hot-carrier and radiation induced increases in base current in
bipolar transistors / R. L. Pease, S. L. Koiser, R. D. Schrimpf, W. E. Combs,
D. M. Fleetwood // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 1994.-V. NS-41. - P.2567.

105

9. Total dose effects on negative voltage regulator / J. Beaucour, T. Carriere, A. Gach, D. Laxague, P. Poirot // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 1994.-V. NS-41. -P.2420.

10.Использование инфракрасного излучения для моделирования эффекта низкой интенсивности в биполярных PNP транзисторах / А. Ю. Башин, Г. И. Зебрев, В. С. Першенков, Д. Ю. Павлов // сб. Радиационная стойкость электронных систем. - 2004. - №2. - С. 147-148.

11.Lee С. I., Rax В. G., Johnston A. H. Total ionizing dose effects on high resolution ( 12-/14-bit) analog-to-digital converter// IEEE Trans. Nucl. Sci. -1994.-V. NS-41.-P.2459.

12.Schrimpf R. D. Recent Advances in understanding total-dose dose effects in bipolar transistors // Proc. of the Second European Conference on Radiation and its Effects on Components and Systems RADECS-95. - P.9.

13.Johnston A. H., Swift G. M., Rax B. G. Total dose effects in conventional bipolar transistors and linear integrated circuits // IEEE Trans. Nucl. Sci. -1994.-V. NS-41.-P.2427.

H.Dependence of total dose response of bipolar linear microcircuits on applied dose rate / S. H. McClure, R. L. Pease, W. Will, G. Peny // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 1994.-V. NS-41. - P.2544.

15.IC's radiation effects modeling and estimation / V.V. Belyakov, A. I. Chumakov, A. Y. Nikiforof, V. S. Pershenkov, P. K. Skorobogatov, A. V. Sogoyan // Microelectronics Reliability. - 2000. - V. 40. - P. 1997.

16. Hardness Assurance Considerations for Long-Term Ionizing Radiation Effects on Bipolar Structures / R. M. Hart, J. B. Smyth, V. A. vanLint, D. P. Snowden, R. E. Leaden // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 1978.-V. NS-25. -P. 1502.

17.Першенков В. С, Кекух В. Б., Башин А. Ю. Эффект изменения составляющей объёмных рекомбинационных потерь в биполярном транзисторе под воздействием низкоэнергетического рентгеновского излучения //

106

сб. Радиационная стойкость электронных систем. - 2000. - №2. - С. 131-133.

18. Johnston А. Н., Plaag R. E. Models for total dose degradation of linear integrated circuits // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 1987.-V. NS-34. - P.1474.

19.Bounding the total-dose response of modern bipolar transistors / S. L. Kosier, W. E. Combs, A. Wei, R. D. Schrimpf, D. M. Fleetwood, M. DeLaus, R. L. Pease // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 1994.-V. NS-41. - P.I864.

2O.Pease R. L., Turfler R. M., Platteter D. G. Total dose effects in recessed field oxide digital bipolar microcircuits // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 1983.-V. NS-30.-P.4216.

21.Physical mechanisms contributing to enhanced bipolar gain degradation at low dose rates / D. M. Fleetwood, S. L. Kosier, R. N. Nowlin, R. D. Schrimpf, R. A. Reber, M. DeLaus, P. S. Winokur, A. Wei, W. E. Combs, R. L. Pease // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 1994.-V. NS-41. - P.1871.

22.Fleetwood D. M., Schwank J. R., Riewe L. C. Radiation effects at low electric fields in thermal, simox, and bipolar-base oxides // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 1996.-V. NS-43. - P.2537.

23.Modeling low-dose-rate effects in irradiated bipolar-base oxides / R. J. Graves, С R. Cibra, R. D. Schrimpf, R. J. Milanowski, D. M. Fleetwood // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 1998.-V. NS-45. - P.2352.

24.Use of MOS structures for the investigation of low-dose-rate effects in bipolar transistors / V. V. Belyakov, V. S. Pershenkov, A. V. Shalnov, I. N. Shvetzov-Shilovsky // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 1995.-V. NS-42. - P.1660.

25. Johnston A. H., Rax B. G., Lee C. I. Enhanced damage in linear bipolar integrated circuits at low dose rate // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 1995.-V. NS-42. -P. 1650.

26.The effect of emitter junction bias on the low-dose-rate radiation response of bipolar devices / V. S. Pershenkov, V. B. Maslov, S. V. Cherepko, I. N.

107

Shvetzov-Shilovsky, V. V. Belyakov, A. V. Sogoyan // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 1997.-V. NS-44. - P.I840.

27.Comparison of ionizing-radiation-induced gain degradation in lateral, substrate, and vertical PNP BJTs / D. M. Schmidt, D. M. Fleetwood, R.D. Schrimpf, R. L. Pease // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 1995.-V. NS-42. - P. 1541.

28.Hardness-assurance issues for lateral PNP bipolar junction transistors / R. D. Schrimpf, R.J. Graves, D.M. Schmidt, D. M. Fleetwood, R. L. Pease, W. E. Combs // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 1995.-V. NS-42. - P.1641.

29.Effect of emitter-base bias during pre-irradiation infrared illumination on radiation response of bipolar transistors / V. S. Pershenkov, A. Y. Bashin, G. I. Zebrev, S. V. Avdeev, V. V. Belyakov, V. N. Ulimov, V. V. Emelianov // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 2002.-V. NS-49. - P.2998-3001.

30. Accelerated tests for simulating low dose rate gain degradation of lateral and
substrate PNP bipolar junction transistors / S. С Witczak, R. D. Schrimpf,
K. F. Galloway, D. M. Fleetwood, R. L. Pease, W. E. Combs // IEEE Trans.
Nucl. Sci. - 1996.-V. NS-43. - P.3151.

31. Radiation-induced gain degradation in lateral PNP BJTs with lightly and
heavily doped emitters / A. Wu, R. D. Schrimpf, H. J. Barnaby, D. M. Fleet
wood, R. L. Pease, S. L. Koiser// IEEE Trans. Nucl. Sci. - 1997.-V. NS-44.
-P.1914.

32.Cazenave P., Fouillat P., Montagner X. Total dose effects on gain controlled lateral PNP bipolar junction transistors // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 1998.-V. NS-45.-P.2577.

33.Moderated degradation enhancement of lateral PNP transistors due to measurement bias / S. С Witczak, R. D. Schrimpf, H. J. Barnaby, R. C. Lacoe, D. C. Mayer, K. F. Galloway, D. M. Fleetwood // IEEE Trans. Nucl. Sci. -1998.-V. NS-45. - P.2644.

34.Pease R. L., Gehlhausen M. A. Elevated temperature irradiation of bipolar linear microcircuits // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 1996.-V. NS-43. - P.3161.

108

35.A proposed hardness assurance test methodology for bipolar linear circuits

and devices in space ionising radiation environment / R. L. Pease, L. M.

Cohn, D. M. Fleetwood, M. M. Gehlhausen, A. H. Johnston // IEEE Trans.

Nucl. Sci. - 1997.-V. NS-44. - P. 1981. 36.Witczak S. C, Schrimpf R. D., Fleetwood D. M. Hardness assurance testing

of bipolar junction transistors at elevated irradiation temperatures // IEEE

Trans. Nucl. Sci. - 1997.-V. NS-44. - P.1989. 37.Evaluation of proposed hardness assurance method for bipolar linear circuits

with enhanced low dose rate sensitivity / R. L. Pease, M. A. Gehlhausen, J.

D. Kreig, L. M. Cohn // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 1998.-V. NS-45. - P.2665. 38.Whorter P. J., Miller S. L., Miller W. M. Modeling the anneal of radiation-induced trapped holes in a varying thermal environment // IEEE Trans. Nucl.

Sci. - 1990.-V. NS-37. - P. 1682. 39.Fleetwood D. M., Winokur P. S., Meisenheimer T. L. Hardness assurance for

low-dose space applications // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 1991.-V. NS-38. -

P.1560. 40.Latent interface states buildup and its implications for hardness assurance / J.

R. Schwank, D. M. Fleetwood, M. R. Shaneyfelt, P. S. Winokur // IEEE

Trans. Nucl. Sci. - 1992.-V. NS-39. -P.1953. 41.Conley J. F., Lenahan P. M. Room temperature reactions involving silicon

dangling bond centers and molecular hydrogen in amorphous SiC»2 thick

films on silicon // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 1992.-V. NS-39. - P.2186. 42.1mpact of aging on radiation hardness / M. R. Shaneyfelt, P. S. Winokur, D.

M. Fleetwood, G. L. Hash, J. R. Schwank, F. W. Sexton // IEEE Trans. Nucl.

Sci. - 1997.-Y. NS-44. - P.2040.

43.Thermal-stress effects and enhanced low dose rate sensitivity in linear bipolar ICs / M. R. Shaneyfelt, J. R. Schwank, S. С Witzak, D. M. Fleetwood, P.

S. Winokur // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 2000.-V. NS-42. - P.988.

109

44.Mechanisms for total dose sensitivity to preirradiation thermal stress in bipolar linear microcircuits / R.L. Pease, M. R. Shaneyfelt, P. S. Winokur, D. M. Fleetwood, J. R. Gorelick // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 1996.-V. NS-45. -P.1425.

45.Effects of burn-in on radiation hardness / M. R. Shaneyfelt, D. M. Fleetwood, P. S. Winokur, J. R. Schwank, T. L. Meisenheimer // IEEE Trans. Nucl. Sci.

- 1994.-V. NS-41. -P.2550.

46.Effects of reliability screens on MOS charge trapping / M. R. Shaneyfelt, P.

S. Winokur, D. M. Fleetwood, J. R. Schwank // IEEE Trans. Nucl. Sci. -

1996.-V.NS-43.-P.865. 47.Effect of aging on radiation Response of Bipolar Transistors / V. S. Per-

shenkov, A. Y. Slesarev, A. V. Sogoyan, V. V. Belyakov, V. B. Kekukh, A.

Y. Bashin, D. V. Ivashin // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 2001.-V. NS-48. -

P.1550. 48.The simulation of the low dose rate radiation effect in bipolar transistors / V.

S. Pershenkov, S. V. Cherepko, V. V. Belyakov, V. V. Abramov, V. I. Rusa-

novsky // Proc. of the Fourth European Conference on Radiation and its Effects on Components and Systems RADECS-97. - P. 159-163. 49.Phillip H. R. The IR optical properties of SiO₂ and SiO₂ layers on Si // J.

Appl. Phys. - 1979.- V.50. - P. 1053: 50.Conley J. F., Lenahan P. M., Roitman P. S. Evidence for a deep electron trap

and charge compensation in separation by implanted oxygen oxides // IEEE

Trans. Nucl. Sci. - 1992.-V. NS-39. - P.2114. 51.Conley J. F., Lenahan P. M. Molecular hydrogen, E'-center, hole traps, and

radiation-induced interface traps in MOS devices // IEEE Trans. Nucl. Sci. -

1993.-V. NS-40.-P.1335. 52.Conley J. F., Lenahan P. M., Lelis A. J. Electron spin resonance evidence

that Ey centers can behave as switching oxide traps // IEEE Trans. Nucl. Sci.

- 1995.-V. NS-42. - P. 1744.

110

53.Использование предварительной обработки ультрафиолетовым и инфракрасным излучением для диагностики радиационного отклика биполярных и МОП-транзисторов / В. С. Першенков, СВ. Авдеев, В. В. Беляков, Д. В. Ивашин, А. Ю. Башин, Г. И. Зебрев // Вопросы атомной науки и техники. - 2002. - №4. - С. 107-108.

54.Башин А. Ю., Першенков В. С. Влияние комбинированного воздействия инфракрасного излучения и различных электрических режимов на радиационную стойкость биполярных транзисторов // сб. Радиационная стойкость электронных систем. - 2003. - №4. - С. 156-158.

55.Башин А. Ю., Першенков В. С. Влияние смещения перехода эмиттер-база в процессе облучения инфракрасным светом на радиационный отклик биполярного транзистора // Сборник трудов Научной сессии МИФИ-2003. - М. - 2003. - Т. 1. - С. 118-119.

56.Башин А. Ю., Першенков В. С. Влияние инфракрасного излучения на начальные характеристики биполярных ИМС // Сборник трудов Научной сессии МИФИ-2001.-М.-2001. - Т.1. - С.112-113.

57.Башин А. Ю., Першенков В. С. Влияние инфракрасного излучения на радиационный отклик биполярных и МОП транзисторов // Сборник трудов Научной сессии МИФИ-2003. - М. - 2003. - Т.1. - С.102-103.

58.Богомолов А. Ю., Сидоров С. М., Усольцев А. Н. Приёмные устройства ИК систем. - М.: Наука. 1988.- 120 с.

59.Зи С. Физика полупроводниковых приборов/ пер с англ. под ред. Р. А. Суриса.-тт.1-2. -М.: Мир, 1984.

бО.Джоунопулос Д., Люковски Д. Физика гидрогенизированного кремния. -М.: Мир, 1988.-447 с.

61.Singh J., Madhukar A. Appl. Phys. Lett. - 1981.-V.38.-P.884.

62. Johnson N. M., Biegelsen D. K., Moyer M. D. Physics of MOS insulators. -NY.: Pergamon, 1980. - 311 p.

Ill

63.Tzou J., Sun Т., Sah C. Field dependence of two large hole capture cross section in thermal oxide on silicon // Appl. Phys. Lett. - 1983.- V.43. - P.992.

64.Барабан А. П., Булавин В. В., Коноров П. П. Электроника слоев SiO₂ на кремнии- Л.: Изд. Ленинградского ун-та, 1988. -303 с.

65.Ланно М., Бургуэн Ж. Точечные дефекты в полупроводнике. - М.: Мир, 1984.-263 с.

бб.Зебрев Г. И. Моделирование работы и процессов деградации МОП транзисторов, обусловленых воздействием ионизирующего излучения // Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. -2003.

67.Першенков В. С, Попов В. Д., Шальнов А. В. Поверхностные радиационные эффекты в ИМС- М.: Мир, 1987. - 240 с.

68.Effect of aging on radiation Response of Bipolar Transistors / V. S. Per-shenkov, A. Y. Slesarev, A. V. Sogoyan, V. V. Belyakov, V. B. Kekukh, A. Y. Bashin, D. V. Ivashin // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 2001.-V. NS-48. -P.1550-1553.

69.Влияние старения на радиационный отклик биполярных транзисторов / В. С. Першенков, А. Ю. Слесарев, А. В. Согоян, В. В. Беляков, В. Б. Ке-кух, А. Ю. Башин, Д. В. Ивашин // Вопросы атомной науки и техники. — 2002. -№4.-С. 133-135.

7O.The nature of trapped hole annealing process / A. J. Lelis, H. E. Boesh, T. R. Oldham, F. B. McLean // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 1989-V. NS-36. -P.1808.

71.Pease R. L., Emily D. A., Boesh H. E. Total dose induced hole trapping and interface state generation in bipolar recessed field oxide // IEEE Trans. Nucl. Sci.-1991.-V.NS-42.-P.1612.

72.Башин А. Ю., Першенков В. С. Отжиг радиационно-индуцированных дефектов в биполярных NPN транзисторах при помощи инфракрасного

112

излучения // Сборник трудов Научной сессии МИФИ-2004. - М. - 2004. -Т.1.-С.100-101.

73.Башин А.Ю., Першенков B.C. Инфракрасный отжиг радиационно-индуцированных дефектов в биполярных PNP транзисторах // Сборник трудов Научной сессии МИФИ-2000. - М. - 2000. - Т. 1. - С. 118-119.


	На главную \| В открытую библиотеку

-Переход в полный каталог почтовой службы рассылки диссертаций-