Современная электроника №6/2022

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ 55 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022 Воздействие ионизирующих излучений на параметры полупроводниковых приборов Чувствительность полупроводнико- вых приборов к воздействию различ- ных типов радиационных воздействий зависит от того, по какому принципу работает прибор. Приборы, которые работают на осно- ве объёмных эффектов, такие как бипо- лярные транзисторы, фотодиодыи дру- гие, главным образом деградируют за счёт объёмных радиационных дефектов, создаваемых при смещении атомов из кристаллической решётки. Эти прибо- рыиспытывают значительнуюдеграда- циюпри облучении высокими уровня- ми потоков нейтронов (более 10 13 см –2 ) и протонов (более 10 12 см –2 ), что наглядно показано на рис. 1. Излучения, вызываю- щие в основномионизационные эффек- ты, не приводят к значительной дегра- дации параметров этих приборов. На рис. 2 показано, что уменьшение чув- ствительности фотодиодов при облу- чении ионизирующими излучениями дозой 10 4 …10 6 рад – всего около 10% [3]. В таблице описана деградация пара- метров полупроводниковых приборов при воздействии ионизирующих излу- чений и причины их возникновения [4]. На работу приборов с зарядовой свя- зью (ПЗС) и КМОП влияют как объём- Таблица деградации параметров полупроводниковых приборов Классы изделий Классы изделий Электрические параметры и причины их изменений при воздействии потоков протонов, электронов, нейтронов и гамма-квантов импульса электронов гамма-излучения Характер остаточных изменений параметров Причина изменения параметров Характер изменения в момент воздействия импульса Причина изменения параметров Полупроводниковые приборы Импульсные и выпрямительные диоды Увеличение обратного тока у германиевых диодов и свя- занное с этим изменение обратной ветви вольтамперной характеристики. Увеличение приёмного падения напряже- ния на переходе и связанная с этим трансформация прямой ветви у кремниевых диодов Уменьшение времени жизни неосновных носителей заряда и концентрации в зоне прово- димости основных носителей Рост тока через обратно смещённые переходы Генерация носителей заряда в областях кристалла, прилегающих к р-п-переходу, приводит к росту тока от п-области к р-области за счёт сбора неосновных носителей Полупроводниковые приборы Стабилитроны Увеличение напряжения стабилизации и динамического сопротивления Изменение формы обратной ветви вольтамперной ха- рактеристики в связи с ростом сопротивления материала кристалла Уменьшение напряжения стабилизации и увеличение динамического сопротивления Увеличение обратного тока диода за счёт генерации дополнительных неосновных носителей заряда Полупроводниковые приборы Туннельные диоды Изменение формы вольтамперной характеристики (увеличение тока минимума и модуля отрицательного со- противления) Увеличение количества ловушек в запрещённой зоне приводит к увеличению туннельных переходов и росту тока в области минимума, изменению высоты барьера в связи с изменением уровня Ферми Увеличение прямого тока Увеличение количества носителей заряда, способных преодолеть потенциальный барьер Полупроводниковые приборы Тиристоры Увеличение начального падения напряжения на области объёмного заряда, изменение токов утечки, увеличение напряжения включения, изменение импульсного напряжения запуска Уменьшение времени жизни носителей заряда Ложное срабатывание (переключение тиристоров в открытое состояние) Накопление зарядов в базах тиристора за счёт инерции неосновных носителей Полупроводниковые приборы Фотодиоды и фототранзисторы Снижение световой чувствительности, увеличение темнового тока Накопление центров окраски входного окна, уменьшение времени жизни носителей в активной области кристалла полупроводника, уменьше- ние коэффициента передачи транзисторов Увеличение тока в обратно смещённых переходах фотодиодов и фототранзис- торов Генерация носителей заряда в объёме кристалла Полупроводниковые приборы Транзисторы Уменьшение статического и динамического коэффициен- тов передачи тока, увеличение обратных токов коллекторного и эмиттерного переходов, увеличение начального тока коллектора, уменьшение входного сопротивления транзистора в схеме с ОЭ Накопление структурных дефектов в кристаллической решетке полупроводника приводит к изменению положения уровня Ферми и уменьшению времени жизни неосновных носителей заряда Увеличение токов через обратно смещённые переходы Ионизация кристалла полу- проводника и связанный с этим рост концентрации носителей заряда Радиокомпоненты и радиодетали Резисторы Изменение сопротивления Структурные изменения резистивного слоя Уменьшение сопротивления резистора Образование шунтирующих каналов утечки, вызываемое ионизацией среды, окружаю- щей резистивный слой Радиокомпоненты и радиодетали Конденсаторы Изменение ёмкости, уменьшение напряже- ния пробоя, увеличение проводимости Изменение структуры диэлектрика Увеличение тока утечки Ионизация диэлектрика и ок- ружающей среды Радиокомпоненты и радиодетали Трансформаторы индуктивности, дроссели Уменьшение сопротивления изоляции Накопление структурных повреждений в изоляционных материалах Уменьшение сопротивления изоляции Ионизация материала изоляции и наполнителей Радиокомпоненты и радиодетали Электрические соединители Уменьшение сопротивления изоляции между контактами и корпусом, механическое повреждение опоры штырей у гнёзд держателей Структурные изменения в изоляционных материалах, радиационно-химические изменения органических материалов Уменьшение сопротивления изоляции Формирование каналов проводимости в результате ионизации окружающей среды и диэлектриков