Современная электроника №6/2022

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ 56 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022 ные, так и поверхностные дефекты. Работу этих приборов в значительной степени определяют поверхностные эффекты. В деградации этих приборов, характеристики которых определяются свойствами границы раздела полупро- водник-диэлектрик, существеннуюроль играют процессыионизации, изменяю- щие величину встроенного заряда в диэ- лектрике и увеличивающие плотность поверхностных дефектов, что продемон- стрированона рис. 3 и 4, а также 5а и 5б. В [5] обосновывается, что, поскольку ПЗС представляют собой приборы со структурой МОП, на их характеристи- ки оказывают существенное влияние, обусловленное ионизирующей радиа- цией, «встраивание» положительного заряда в затворный окисел и увеличе- ние плотности поверхностных состоя- ний, захватывающих подвижный заряд. Обусловленный радиацией отрица- тельныйсдвигнапряженияплоских зон изменяет режим работыПЗС, а увеличе- ние плотности поверхностных состоя- ний ухудшает эффективность переноса заряда вприборахсповерхностнымкана- ломиувеличивает темновые токивпри- борах со встроеннымканалом. Поэтому обычныеПЗСнельзя использовать в тех случаях, когда требуется радиационная стойкость, превышающая 5 × 10 4 рад (Si). В [6] исследовано облучение электро- нами11МэВ кремниевых окислов Si/SiO 2 и установлено, что образование радиа- ционных дефектов на границе раздела Si/SiO 2 зависит от толщины окисла. Для образцов с толщиной окисла 8 нм уста- новлено образование дефектов вакан- сия-кислород, или дивакансия. Для образцов с толщинойокисла 23 нм уста- новлено образование большего коли- чества различных видов дефектов и их бо ′ льшая концентрация. Тоже электрон- ное облучение образцов с более толстым окислом, помимо обоих видов дефектов, создаёт два дополнительных более глу- боких энергетических уровня в запре- щённой зоне. То есть общая концентра- ция дефектов на границе раздела Si/SiO 2 образцов сильно зависит от толщиныих окисла. Согласно [6], помимо меньшего числа дефектов в тонкомокисле, в нёмне наблюдалось образования положитель- ного заряда в окисле после облучения. Надо отметить, что более высокая радиационная стойкость тонких окис- лов, дополнительно легированных алю- минием, использовалась при создании радиационно-стойких полупроводни- ковых приборов задолго до публикации [6]. Таким образом, необходимо иметь в виду, что основным способом обеспече- ния радиационной стойкости изделий является применение комплектующих, изготовленных по специальным техно- логиям. Такие технологии достаточно давно разработаны и апробированы. Для описания полной картины радиа- ционных воздействий на современные приборы необходимо отметить следу- ющее. В связи с тенденцией к повышению степени интеграции электронных при- боров, сопровождаемойминиатюриза- цией активного объёма отдельных ком- понентов интегральных схем, возможно произвольное искажение информации и появление ошибок при её обработке без устойчивого повреждения инте- гральных схем, которые возникают под действиемионизирующих излучений с чрезвычайно низкими интегральными потоками, вплоть до воздействия отдель- ных частиц [1]. Как оказалось, переме- жающиеся отказы могут быть вызваны фоном естественной радиации, напри- мер, радиоактивными изотопами урана и тория, содержащимися в ничтожных концентрациях в корпусах приборов. В [7] представлены результаты ана- лиза причин сбоев в работе бортовой аппаратуры (БА) космических аппара- тов при функционировании на геоста- ционарной орбите за период с 2011 по 2018 год. В [7] также показано, что одной из причин наблюдаемых сбоев являются эффектыодиночных событий при дей- ствии тяжёлых заряженных частиц кос- мического пространства. Кроме того, в [7] проанализировано влияние на часто- ту сбоев импульсных электрических наводок, вызываемых электростатиче- скими разрядами при объёмном заря- жении диэлектрических материалов. Способы повышения радиационной стойкости полупроводниковых приборов Из вышеизложенного следует, что основной и весьма хорошо апробиро- ванный способ повышения радиаци- онной стойкости полупроводниковых приборов – технологический. То есть производится, в частности, легирова- ние соответствующими примесями. Для создания рабочих областей при- боров используются эпитаксиальные слои с удельным сопротивлениеми тол- щиной, обеспечивающей оптимальное функционирование в полях ионизиру- ющих излучений и пр. Для повышения уровня радиационной стойкости полу- проводниковых приборов производится оптимизация конструкциии технологи- ческого процесса егоизготовления с учё- том режима работы прибора, его рабо- чих областей [8]. Эти вопросыподробно исследованыи внедреныв производство. Следует обратить внимание, что речь идёт не о полной устойчивости к воз- действию ионизирующих излучений, а только о повышении радиационной стойкости. Согласно классическому определению [9], полупроводники – это такие матери- алы, которые при комнатной темпера- туре имеют удельную проводимость в интервале от 10 –10 до 10 4 Ом –1 × см –1 , зави- сящуюв сильной степени от структуры вещества, вида и количества примеси и от внешних условий: температуры, осве- щения, облучения ядерными частицами, электрического и магнитных полей. Поэтому создать прибор на основе полупроводниковых материалов, не чувствительных к воздействию ядер- ных частиц, значило бы пытаться соз- дать что-то, противоречащее определе- нию полупроводника. Но повысить устойчивость полупро- водникового прибора к воздействию U вых , В I П , мА U вх , В 10 8 5 4 3 2 1 6 4 2 0 1 1 1 ′ 2 ′ 3 ′ 2 3 2 3 4 5 6 7 Рис. 3. Влияние излучения на передаточные характеристики (1–3) и ток потребления (1 ′ –3 ′ ) КМОП-инверторов: кр. 1, 1 ′ – до облучения, кр. 2, 2 ′ – после облучения 10 5 рад, кр. 3, 3 ′ – после облучения 10 6 рад Рис. 4. Передаточные характеристики ПЗС при различных дозах облучения Ток стока выходного транзистора, мкА 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Сигнал на входном затворе, В 1 4 ⋅ 10 4 рад 3 ⋅ 10 4 рад 10 4 рад 0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0