СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №9/2015

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 15 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2015 ● B 4 C (карбид бора); ● B 2 O 3 (оксид бора); ● BN – нитрид бора (широкозонный полупроводник); ● B/Ni – гальванический боро-никель (нанесённый на омические субми- кронные ≈ 0,08–0,1 мкм контакты AuGe/Ni) с толщинами 4–10 мкм). B 4 C наиболее предпочтителен, поскольку насыщен изотопом 10 5 В, а также благодаря наличию углерод- ного замедлителя быстрых нейтронов. Использование B 2 O 3 в комбинации с ZnS(Ag) широко известно в научном мире. Полупроводник BN создан ALD-ме- тодом на углеродных или на ситал- ловых/сапфировых подложках, что позволяет ожидать ALD-осаждение через активатор (AlN) на GaAs. Боро-никель – отработанный в про- шлом (в советский период) техноло- гический приём антикоррозийного, термостойкого к окислению покры- тия составом B/Ni, устойчивого до +400 ° С (по показателю паяемость ПСР- припоями). Далее рассмотрим конструкции спе- циальных нейтронных датчиков диод- ного и транзисторного типа и специ- фику их отличия. Диодные датчики Высокоэнергетичные протоны, попа- дая в p–i–n GaAs область физического p–n-перехода (ширина физического p–n-перехода может достичь значи- тельно бо ′ льших размеров, чем даже длина пробега протонов в GaAs с энер- гиями в 3–5 МэВ) с размерами в десятки микрометров (от 50 мкм и выше), иони- зируют кристаллическую решётку GaAs. Протоны в области равновесного физического p–n-перехода (протоно- вольтаика) выполняют в основном две функции: ● генерацию электронно-дырочных пар, описанную в разделе «Билли- ардные датчики»; ● генерацию точечных радиационных дефектов. Значение протоно-вольтаической ЭДС через, допустим, МЭМС-ком- мутатор – операционный усилитель можно вывести на АЦП и фиксиро- вать уровни приёмной радиационной микромощности. В обратносмещённом p–n-переходе будут наблюдаться два механизма лави- низации носителей: ● лавинизация стандартного типа за счёт биполярной генерации двух пар одновременно – электрон/дыр- ка и дырка/электрон с глубокими амфотерными центрами на атомах кремния. ● лавинно-доменная генерация, кото- рая описана в разделе «Биллиардные датчики» и в [7]. С ростом количества радиацион- ных воздействий будет нарастать «усталость» кристаллической решёт- ки к энергетике протонов, и здесь не помогут никакие отжиги (при 400– 500 ° С), которые также будут неэффек- тивны из-за контактной металлизации и специфики атомов As (летучесть). Следовательно, необходимо искать новые варианты «долгоиграющих» (радиационно-стойких) p–i–n GaAs- приёмников эмиссионных заряжен- ных частиц больших энергий: α -частиц, протонов, γ -квантов и Комптоновских (вторичных) электронов, энергии кото- рых будут превышать порог дефекто- образования в LPE i-GaAs (от 250 кэВ на электронах и упругих столкновений в десятки эВ на протонах и α -частицах). По этой причине необходимы новые решения, которые приведены далее. Датчики на нейтронных полевых транзисторах с радиационным затвором, а также полевые транзисторы с инжекционным радиационным истоком Полевой p–i–n GaAs-транзистор с радиоактивным затвором показан на рисунке 3. Радиационная обработка мише- ни нейтронами приведёт к бомбар- дировке одной из сторон p–i–n GaAs- структуры α -частицами, протонами или облучению γ -квантами и, в резуль- тате, будет происходить ионизация i-области GaAs посредством Компто- новских или ионизированных элек- тронов с последующей генерацией зона/зона, глубокие Si-центры / E C / E V зоны электронно-дырочных пар, что скажется на модуляции проводимо- сти на три–четыре порядка бездефект- ных (не радиационно-легированных) i n и i p внутренних слоёв физического p–n-перехода. Очевидно, что проводимость скры- тых от радиации слоёв i n и i p будет зави- сеть от энергии и флюенса/дозы радиа- ционного энергозатвора и, с качествен- ной точки зрения, будет выглядеть так, как показано на рисунке 4. Полевые транзисторы с радиаци- онным истоком были описаны в пуб- ликации [4]. Модель полевого двух- электродного транзистора с ин- жекционным истоком показана на рисунке 5. Датчики медленных нейтронов на основе LPE i-GaAs Диодные и нейтронно-транзистор- ные датчики на основе LPE i-GaAs струк- Рис. 3. Структура полевого p–i–n GaAs-транзистора с радиационным затвором Рис. 4. Выходные ВАХ «нейтронного» двухэлектродного транзистора на базе конверторов (H 2 C) n или 10 5 В в комбинации с i-GaAs-приёмником