Современная электроника №6/2022

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ 60 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022 санного математического аппарата теории надёжности. В одном из немногих источников [39] подробно проанализированыи всесто- ронне описаныпроцессы естественно- го старения и вынужденной деградации электронных приборов, рассмотрено использование ионизирующих излу- чений с целью моделирования есте- ственного старения приборов. Основ- ной тезис, разработанный в [39], состоит в том, что подпороговые механизмы радиационного дефектообразования в полупроводниках представляют собой класс структурных изменений, которые вызываются электронными возбужде- ниями. Общность этих механизмов и механизмов естественного старения открывает возможность радиационного моделирования естественного старения. Как отмечалось ранее, E d –пороговая энергия смещения (энергия, необходи- мая для необратимого смещения ато- ма из узла кристаллической решетки). Как подробно систематизировано в [12], под действием ионизирующих излучений первично смещённый атом вызывает смещение соседних атомов по атомной цепочке. Если ионизи- рующие частицы не передают атому энергию, достаточную для смещения, то происходит неупругое рассеяние, приводящее к возбуждению элек- тронной подсистемы твёрдого тела. В [39] этот процесс назван «электрон- ным возбуждением», приводящим к изменению в электронной подсистеме и деформации потенциального релье- фа для атомных переходов. При нали- чии в отдельных областях кристаллов градиентов механических напряже- ний возникают направленные потоки точечных дефектов, вызывающие пере- распределение легирующей примеси и перемещение дислокаций. Одно- временно происходят различные про- цессы трансформирования точечных дефектов: возникновение и распад ком- плексов из междоузельных атомов и вакансий, образование и распад мел- ких преципитатов. Эти процессы явля- ются основанием для отжига дефектов или естественного старения. Согласно [39] использование жёст- ких электромагнитных и реакторных излучений в ускоренных испытаниях является методом, пригодным для обна- ружения технологических дефектов и слабых звеньев в полупроводниковой структуре, требующих конструкторско- технологических доработок. Но такие процессы не воспроизводят реальные процессы естественной деградации. Высокоэнергичное ионизирующее излучение приводит к возникновению больших скоплений дефектов, образу- ющих дислокации, области простран- ственного заряда, что вызывает суще- ственную деградацию приборов. Несмотря на классические научные факты, изложенные в [11] и [12], и стро- гие выводы и обширный эксперимен- тальный материал, приведённый в [39] с классической академической трак- товкой полученных результатов, ни в одном из этих источников не приве- дены конкретные рекомендации по характеристикам, уровням радиаци- онных воздействий, способным ими- тировать естественное старение в тече- ние определённого времени. Перечень принятых сокращений БА бортовая аппаратура ВВФ внешние воздействующие факторы ГКИ галактическое космическое излучение ЕРПЗ естественные радиационные пояса Земли ИИ ионизирующее излучение ИРПЗ искусственные радиационные пояса Земли ИМС интегральные микросхемы ИЭТ изделия электронной техники КА космический аппарат КД конструкторская документация КИ комплектующее изделие КМОП комплементарные структуры металл- окисел-полупроводник КП космическое пространство МКС международная космическая станция МОП структуры металл-окисел-полупроводник МУ моделирующая установка НИОКР научно-исследовательские и опытно- конструкторские работы НТД нормативно-технический документ ОЗУ оперативное запоминающее устройство ОКР опытно-конструкторская работа ПЗС прибор с зарядовой связью ПФ поражающие факторы РД радиационные дефекты РКД рабочая конструкторская документация РЭА радиоэлектронная аппаратура СКИ солнечное космическое излучение ФКП фактор космического пространства ЭРИ электрорадиоизделия ЯВ ядерный взрыв Термины и определения Время жизни неосновных носителей заряда среднее время, которое требуется избыточному неосновному носителю для рекомбинации Диффузионная длина неосновных носителей заряда расстояние, на котором диффузионный (в отсутствии электрического поля) поток неосновных носителей заряда уменьшается в e раз Экспозиционная доза излучения заряд вторичных частиц, образующихся в массе вещества при полном торможении всех заряженных частиц; единица измерения Р (рентген) Поглощённая доза излучения величина энергии ионизирующего излучения, поглощённой в элементарном объёме вещества, отнесённая к массе вещества в этом объёме (поглощённая доза); единица поглощённой дозы грэй (Гр). Поглощенная доза равна 1 Гр, если в результате поглощения ионизирующего излучения вещество получило 1 Дж энергии на 1 кг массы. 1 Гр = 100 рад. Запрещённая зона область значений энергии, которыми не может обладать электрон в идеальном (бездефектном) кристалле Область пространственного заряда электрически заряженный слой, который находится на границе n и р – областей полупроводника (область истощения) Реакторные нейтроны нейтроны, образующиеся в реакторе в результате деления урана-235 и плутония-239 со средним спектром энергий 1 МэВ и максимумом при 0,1 МэВ Рекомбинация исчезновение пары свободных носителей противоположного заряда в среде с выделением энергии Токи утечки ток, протекающий через область истощения в диоде с обратным смещением Точечные дефекты атомы посторонней примеси, расположенные в узлах или в междоузлиях решётки (матрицы) кристалла полупроводника; вакансии, то есть пустые узлы матрицы; междоузельные собственные атомы матрицы; посторонние атомы, адсорбированные на поверхности кристалла Темновой ток фотодиода электрический ток, который протекает через фоточувствительный детектор при отсутствии поглощённых фотонов Шумы полупроводниковых приборов тепловой шум, дробовой шум и низкочастотный шум Уровень Ферми уровень, определяющий среднюю энергию электронов (или носителей вообще), способных принять участие в проводимости Флюенс частиц отношение числа частиц dN, пересёкших перпендикулярную пучку элементарную площадку dS за данный промежуток времени, к площади этой площадки. Единицы измерения – м –2 (СИ), см –2 (СГС). 1 м –2 – такой флюенс, при котором в объём сферы с площадью поперечного сечения 1 м 2 попадает одна частица Френкелевские пары (дефект Френкеля) дефект кристаллической структуры, состоящий из собственно междоузельного атома и вакансии. Возникают в кристалле при нагреве или облучении потоком ядерных частиц Полупроводник n-типа полупроводник, в котором основные носители заряда – электроны проводимости Полупроводник p-типа полупроводник, в котором основные носители заряда – «дырки» Pin-структура структура, состоящая из сильнолегированных p + и n + областей и разделяющего их слаболегированного i слоя собственной проводимости