Современная электроника №6/2022

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ 58 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022 Для современных космических аппа- ратов при отсутствии средств защиты радиус зоны функционального пора- жения ядерным боеприпасом мегатон- ного класса может превышать несколь- ко тысяч километров. При этом подрыв одного ядерного боеприпаса в космо- се может вызвать одновременное пора- жение нескольких космических аппа- ратов [14]. В [15] конкретно рассчитано, что после взрыва боеприпаса мощностью 1 Мт на высоте 200 км мощность дозы осколочного гамма-излучения состав- ляет 0,1 Р/с, а на расстоянии 8,1 км в течение нескольких минут будет превы- шать фон наведённой активности типо- вых конструкций. Также указано, что на таком расстоянии от центра взрыва реа- лизуется P γ = 10 11 Р/с и Фn = 10 13 н/см 2 . Поэтому в проблеме проектирова- ния космических аппаратов актуаль- ным вопросом является обеспечение стойкости бортовой аппаратуры к дей- ствию поражающих факторов ядерно- го взрыва с учётомфакторов естествен- ного и искусственного радиационных поясов Земли (ЕРПЗ и ИРПЗ). В литературных источниках немного данных о проведении подобных ком- плексных испытаний. В литературе чаще встречаются данные о комплекс- ном воздействии одного какого-либо поражающего фактора и повышенных температур или о комплексном воздей- ствии нескольких поражающих факто- ров. В [16] показано, что при эксплуата- ции приборы (исследования прово- дились на биполярных транзисторах), подвергнутые радиационным воздей- ствиям, проявляют тенденцию к восста- новлению параметров. Для структур, облучённых дозой D = 5 × 10 6 рад, тепловой отжиг осу- ществляется за короткий промежу- ток (t = 20 мин), после чего эффект достигает насыщения. Последующий эксплуатационный отжиг в течение 48 ч полностью восстанавливает уси- лительные свойства транзисторов. Первый этап отжига обусловлен релак- сацией облучённой системы в более равновесное состояние, когда ква- зистабильные комплексы, существу- ющие в кристалле при температуре облучения, переходят в более равно- весные конфигурации. В [17, 18] описан механизм захвата горячих дырок, генерированных иони- зацией, напряжёнными связями, что, по мнению авторов, должно приводить к разрыву этих связей и образованию новой равновесной структуры. В [19] приведены результаты экспе- римента по исследованию изделий электронной техники, работающих в течение 1,5 лет на внешней поверхно- сти КА. Здесь учтено, что, помимо ИИ ЕРПЗ, на объекты испытаний действуют ещё и повышенные температуры и глу- бокий вакуум. Коэффициент передачи тока оптронов возрос с 4 до 8% после 105 суток полета (5,2 × 10 3 рад), после чего постепенно уменьшился. После набора дозы 3·10 4 рад (625 суток) это изменение стало существенным. Результаты исследования темпера- турных эффектов в процессе как кра- тковременного, так и долговременно- го отжига радиационных дефектов в кремниевых pin-детекторах приведе- ны в [20]. Облучение проводилось протонами с Ер = 650 МэВ потоком 10 14 частиц/см 2 . Постоянная времени быстрой и мед- ленной стадий отжига дефектов соот- ветственно 1–5 дней и более 68 дней. Кремниевые рin-детекторы, облу- чённые быстрыми нейтронами реак- тора, отожжены циклами в течение 24 ч при температурах плюс 50; 60; 70 и 80°C. Отжиг при комнатной темпера- туре незначителен. Отожжённая при повышенных температурах составля- ющая тока утечки достигает 2/3 началь- ного значения [21]. Изменение времени жизни и хол- ловской подвижности в облучённых электронами с Ее = 8 МэВ монокри- сталлах кремния типа КДБ12, легиро- ванных гафнием и без него, рассмотре- но в [22]. После выдержки облучённых образцов, легированных гафнием, при комнатной температуре в течение 30 месяцев время жизни, значительно снизившееся после облучения, восста- навливается, достигая уровня, наблю- даемого в необлучённых образцах. Этот эффект объясняется перестрой- кой введённых в кристаллы при облу- чении активных центров, приводящих к уменьшению рекомбинационных свойств. После облучения потоками электро- нов (Ее = 1,5 МэВ) уровня 2,8 × 10 14 см –2 кремниевых диодов, изготовленных на основе структур p + nn + с удельным сопротивлением n-области 35 Ом ⋅ см, дефект с уровнем Ес – 0,41 эВ опреде- ляет время жизни при комнатной тем- пературе. Однако после отжига этого дефекта вторичный дефект с уров- нем Ес – 0,36 эВ становится преоб- ладающим рекомбинационным цен- тром [23]. В облучённом электронами или ионно-имплантированном кремнии на первом этапе образуются группы точечных дефектов в незаконченные конфигурации. Они становятся энер- гетически нестабильными. Затем они преобразуются во вторичное, закон- ченное состояние. Эта концепция двух- шагового формирования может объяс- нить временной отжиг дефектов [24]. Отмечено в [25], что применение обработки γ -излучением в технологии изготовления ряда серийных кремни- евых диодов привело к возможности регулирования времени восстановле- ния обратного сопротивления диодов. При этом изохронный отжиг радиаци- онных дефектов в рассматриваемых структурах происходит в интервале температур 60…65°C. Нехарактерным является отсутствие низкотемпера- турных стадий отжига, обусловленных перестройкой конфигурации дефектов. Энергия активации процесса высоко- температурного отжига составляет 11,6+0,2 эВ. Оценка срока службы облу- чённых приборов, проведённая в [25] на основании расчёта энергии акти- вации при изменении параметров на 20%, даёт примерно 10 5 ч при Т = 150°C, что на порядок превышает срок служ- бы, гарантированный техническими условиями. В качестве конкретного механизма, объясняющего подобные явления, мож- но предположить известные эффекты «внутреннего» геттерирования поверх- ностями кислородных преципитатов и дислокациями. Эти эффекты прояв- ляются наиболее ярко при термообра- ботках [25]. Такие явления используют- ся для разработки метода повышения радиационной стойкости полупрово- дниковых приборов, который заклю- чается, в частности, в том, что исход- ный материал подвергают воздействию ионизирующими излучениями дозами, достаточными для формирования рав- новесных вакансий [26]. В [27] представлена кривая восста- новления прямого падения напряже- ния при изохронном отжиге диодной структуры, подвергшейся нейтронно- му облучению. Кривая восстановле- ния падения прямого напряжения в полулогарифмическом масштабе состоит из прямолинейных участ- ков с различным наклоном. То есть кинетика восстановления падения прямого напряжения на этих участ-