Современная электроника №5/2022

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ 62 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022 ν кл – скорость удаления носителей кла- стерами РД. Там же показано, что скорость удале- ния носителей кластерами РД не зави- сит от дозы облучения, пока можно пренебречь изменением уровня Фер- ми в матрице кристалла по сравнению с величиной потенциального барьера на кластере. В это время скорость удале- ния носителей точечными дефектами падает, т.е. при различных потоках (в зависимости от концентрации носи- телей в исходном материале) ν т.д = 0, ν = ν кл . Этот процесс обусловлива- ет большую величину коэффициен- та изменения удельного сопротив- ления при воздействии нейтронов с Еn = 14 МэВ. Классическая методика определе- ния коэффициентов изменения вре- мени жизни и эффективности измене- ния параметров (Кэф) при облучении нейтронами с Еn = 14 МэВ и реактор- ными нейтронами биполярных транзи- сторов основана на линейности изме- нения тока базы (I б ), а следовательно, и времени жизни неосновных носите- лей заряда от потоков нейтронов с раз- личной энергией [28, 29]. Нелинейная зависимость коэффи- циента изменения удельного сопро- тивления (Кr) от потока как реак- торных нейтронов, так и нейтронов с Еn = 14 МэВ выявлена в [30]. Значе- ния отношений коэффициентов уда- ления носителей, представленные в [31], составляют 2,8+0,5, коэффициент генерации носителей 2,26. Результаты исследований изменения параметров различных транзисторов при облуче- нии реакторными нейтронами и ней- тронами с Еn = 14 МэВ приведены в [32]. Для полевых транзисторов отношение ρ 14 / ρ реакт ~ 1,45, Кr 14 /Кr реакт ~ 2, для бипо- лярных транзисторов I б14 / I б реакт ~ 2,7. Как упоминалось выше, протоны, будучи заряженными частицами, также вызывают ионизацию вещества. Физи- ческий механизм при ионизации – кулоновское взаимодействие быстрых заряженных частиц с электронами обо- лочек атома вещества. Возникающие под действием ионизирующих излуче- ний электроны и дырки в полупрово- дниках влияют на функционирование приборов. Важнейшие характери- стики ионизационных процессов – удельные потери энергии и средняя энергия ионизации систематизиро- ваны в ряде источников, например, [l, 9]. Ионизирующее излучение вызыва- ет в полупроводниковых приборах также кратковременные, обратимые эффекты, обусловленные генерацией электронно-дырочных пар в момент воздействия излучения, т.е. с прекра- щением воздействия радиации иониза- ционный ток исчезает. Работоспособ- ность приборов после прекращения ионизационных процессов восстанав- ливается, если ионизационные токи не привели к пробою аппаратуры. Относительная роль механизмов вза- имодействия излучений с веществом определяется характером радиаци- онного воздействия. Электроны теря- ют свою энергию в полупроводниках в основном за счёт ионизации, а так- же за счёт создания простых дефектов. Электронное излучение при взаимо- действии с материалами создаёт гене- рацию вторичных электронов по всему объёму прибора, что способствует воз- никновению дефектов типа френкелев- ских пар, а также дефектов, представ- ляющих собой комплексы основных и примесных атомов, взаимодейству- ющих с дефектами решётки [1]. В [33] установлено, что с ростом энер- гии электронов коэффициенты ради- ационного изменения времени жизни и концентрации основных носителей заряда возрастают. Количественные характеристики и особенности радиационных эффек- тов, создаваемых при облучении при- боров, определяются коэффициента- ми полных потерь энергии протонов и величин пробегов протонов в различ- ных материалах [26]. В [9] представлено выражение для определения средней энергии иони- зации от ширины запрещённой зоны: Е и = 2,67 ⋅ Е g + 0,87, эВ. По утверждению [9], значения, полу- чаемые по этой формуле, хорошо согласуются с экспериментальными результатами. В случае, когда все протоны тормо- зятся в образце, количество электрон- но-дырочных пар определяется выра- жением: n и = ϕ р ⋅ Е р /R р ⋅ Е и , где ϕ р –плотность потока протонов; Е р –энергия протонов; R р – пробег протонов. Пробеги протонов одинаковых энер- гий в разных средах определяются по соотношению [21]: R 2 /R 1 = r 1 А 2 1/2 /r 2 А 1 1/2 . Например, пробег в кремнии R 2 ( ρ 2 = 2,4 × 10 3 кг/м 3 ; А 2 = 28) опреде- ляется по пробегу R 1 в алюминии ( ρ 1 = 2,7 × 10 3 кг/м 3 ; А 2 = 27). Согласно этой зависимости, пробег протонов в крем- нии составляет R 2 = 1,14 R 1 . Из таблиц пробегов протонов раз- личных энергий в алюминии [34] следует, что необходимость расчё- та приповерхностных поглощён- ных доз в кремнии возникает при Е р < 5 МэВ, когда линейный пробег про- тонов в кремнии меньше толщины под- ложки микросхемы. Как упоминалось ранее, для описа- ния процессов деградации материалов под воздействием ионизирующих излу- чений полезно обратиться к дозовым зависимостям. Для тонких образцов в условиях однородного энерговыделения погло- щённая доза электронного или протон- ного излучения определяется по фор- муле: D e(p) = 1,6 × 10 –13 (dE/dx) ⋅ Ф, где D e(p) – поглощённая доза электрон- ного (протонного) излучения; dE/dx – коэффициент, характеризу- ющий полные потери энергии электро- на или протона; x – толщина образца; Ф – флюенс потока частиц [1]. Это же соотношение справедливо и для электронов. Тормозная способность среды харак- теризуется средним пробегом заряжен- ных частиц R, рассчитываемым по при- ближённому соотношению: R =E /(dE/dx). Средние пробеги сокращаются с ростом потерь энергии частиц. Соотношение составляющих погло- щённой энергии протонного излуче- ния, расходуемой на ионизацию и смещение атомов, зависит от энерге- тической зависимости эффективно- го сечения взаимодействия протона с ядром атома s р (Е р ) и ионизационных потерь энергии протона dE р /dx. В общем случае: D p =D pd + D pI = D pI (1 + K pd ), K pd » D pd /D pI . Таблица 1.3 . Относительная поглощённая энергия, расходуемая на образование радиационных дефектов структуры при протонном облучении Начальная энергия протонов E р ,МэВ K pd 2 0,00023 5 0,0012 10 0,0038 20 0,012 50 0,053 100 0,15