Современная электроника №5/2022

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ 63 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2022 Значения K pd от энергии протонов представлены в табл. 1.3. Таблица 1.3 демонстрирует перерас- пределение поглощённой энергии на ионизацию и смещение атомов по мере увеличения энергии. Сравнительный анализ показыва- ет, что при равных энергиях иониза- ционные потери энергии протонов на 1,5–2 порядка выше, а пробеги ниже, чем у электронов, для большинства материалов [21, 34]. Это означает, что при равных энергиях протон быстрее расходует энергиюи проникает в струк- туру прибора на меньшую глубину. Значения полных потерь энергии (dE е /dx) и экстраполированных про- бегов электронов в алюминии пред- ставлены в табл. 1.4. Полные потери энергии электро- нов в кремнии практически совпада- ют с данными табл. 1.4, а значения экс- траполированного пробега примерно в ρ Al / ρ si = 1,15 раз больше. Приведённые оценки указывают на избирательное воздействие электро- нов на отдельные элементы структу- ры микросхем. Поглощённая энер- гия низкоэнергетических электронов локализуется в тонких слоях прибо- ра (тонкоплёночных проводниках, окисных слоях и др.). Поглощённая доза высокоэнергетических электро- нов локализуется в объёме приборов. Поэтому необходима количественная оценка приповерхностной поглощён- ной дозы, если длина пробега электро- на существенно меньше толщины облу- чаемого образца. В реальных условиях кристаллы микросхем частично защищены от потока электронов элементами кон- струкции, выполняющей роль экранов. Ослабление плотности потока электро- нов экранами толщиной меньше про- бега электронов происходит по закону: ϕ e = ϕ e0 ⋅ exp(– μ п ⋅ d ), где d – толщина экрана (в виде поверх- ностной плотности), кг/м 2 ; μ п – массовый коэффициент погло- щения электронов, м 2 /кг. Зависимость массового коэффици- ента поглощения от энергии электро- на аппроксимируется приближённой эмпирической формулой [21]: μ п » 17 ⋅ E е –1,43 . Расчёт относительной поглощённой энергии электронов для кремния при Е е , равной 0,1; 0,4 и 1 МэВ, показывает, что при облучении кремния электро- нами низких энергий эффекты смеще- ния атомов практически отсутствуют, и поглощённая энергия расходуется на ионизацию. По мере увеличения Е е рас- ходуемая на образование радиацион- ных дефектов часть поглощённой энер- гии растёт пропорционально R э . Для толстых образцов, в которых R э мень- ше толщины образца, энергия электро- нов поглощается в приповерхностной области. Координаты зон максимальной поте- ри энергии электронами совпадают с величиной экстраполированного про- бега электронов R э .Это может служить причиной усиления эффектов дефек- тообразования в соответствующих областях. Особенно опасно совпаде- ние областей резонансного поглоще- ния с глубинами залегания эмиттерных и коллекторных переходов интеграль- ных транзисторов. В результате в этих областях произойдут усиленные про- цессы дефектообразования и увеличит- ся степень деградации электрических параметров микросхем. При воздей- ствии импульсных потоков электро- нов высокой плотности подобные ситуации могут сопровождаться зна- чительным превышением расчётных амплитуд фототоков. Таким образом, ионизирующее излу- чение вызывает в полупроводниковых приборах кратковременные обратимые эффекты, обусловленные генерацией электронно-дырочных пар в момент воздействия излучения, и необратимые долговременные остаточные эффекты, обусловленные процессами радиаци- онной деградации. Первые из них обу- словлены в основном ионизационны- ми процессами и вызывают появление объёмных токов, увеличение поверх- ностных токов утечки и т.д., но после снятия возмущающего воздействия ионизирующего излучения возможно полное или частичное восстановление рабочих характеристик приборов, если они не выходят из строя. Эффекты вто- рого типа обычно вызываются образо- ванием дефектов или поверхностных зарядов. Обусловленные этими факто- рами изменения параметров приборов носят устойчивый характер. Кроме того, описывая взаимодей- ствие заряженных частиц с аппарату- рой космических аппаратов, необходи- мо учесть усиление дозовых нагрузок на ЭРИ в составе бортовой аппаратуры космических аппаратов за счёт тормоз- ного излучения, создаваемых электро- нами космического пространства при прохождении экранов, роль которых выполняют корпуса аппаратуры кос- мических аппаратов. В [35] проведён комплекс расчётных исследований для оценки эффекта «усиления дозы» за счёт тормозного излучения, действу- ющего на ЭРИ, применяемые в соста- ве бортовой аппаратуры космиче- ских аппаратов, функционирующих на высокой круговой (Н = 20 000 км) и геостационарной орбитах. В [35] пока- зано, что этот эффект может приводить к увеличению поглощённой дозы кос- мического пространства в чувствитель- ном объёме ЭРИ МОП-технологий от двух до пяти раз. В [36] методом Монте-Карло оценён вклад в поглощённую дозу радиации тормозного излучения на геостацио- нарной орбите внутри космического аппарата. Установлено, что поглощён- ная доза излучения под защитой в 11 мм алюминия в две тысячи раз превосхо- дит дозу от электронов, которые гене- рируют это излучение. При моделиро- вании учитывались только фотоэффект, Комптон-эффект, рождение электрон- позитронных пар в поле ядра атома. Таблица 1.4 . Полная потеря энергии и экстраполированные величины пробегов электронов в алюминии в зависимости от величины энергии электронов Начальная энергия электронов E е ,МэВ Полные потери энергии электронов dE е /dx, МэВ ⋅ м 2 /кг Экстраполированный пробег электронов R э ,кг/м 2 0,01 1,64 0,003 0,02 0,98 0,008 0,04 0,59 0,027 0,1 0,32 0,13 0,4 0,17 1,15 1 0,15 3,95 2 0,15 9,12 3 0,16 14,4 5 0,17 25,2 10 0,19 51,8