Применение радионуклидных источников α-излучения для имитации нейтронного воздействия на кремниевые биполярные транзисторы тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.01, кандидат наук Сидоров, Дмитрий Владимирович

• Сидоров, Дмитрий Владимирович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Сидоров, Дмитрий Владимирович

ВВЕДЕНИЕ............................................................................. 4

Глава 1. Влияние альфа и нейтронного излучений на кремний........... 10

1.1 Моделирующие установки и существующие методики имитации воздействия нейтронного излучения на изделия полупроводниковой электроники............................................................................. 10

1.2 Взаимодействие быстрых нейтронов с веществом....................... 11

1.3 Взаимодействие а-частиц с Е = 4,5 МэВ с веществом.................. 12

1.4 Пространственное распределение радиационных дефектов по глубине при а-облучении с помощью радионуклидных источников........................................................................................ 13

1.5 Реальная структура радиационных дефектов в кристаллах........... 18

1.6 Влияние облучения на время жизни неосновных носителей заряда..................................................................................... 21

1.7 Влияние радиационного воздействия на коэффициент передачи тока биполярного транзистора..................................................... 21

1.8 Выводы.............................................................................. 25

1.9 Заключение........................................................................ 25

Глава 2. Дозиметрические измерения радионуклидных источников а-излучения............................................................................. 27

2.1 Выбор изотонного источника для проведения исследований......... 27

2.2 Методика проведения дозиметрических измерений..................... 29

2.3 Результаты измерений........................................................... 32

2.4 Оценка ионизационной составляющей радионуклидных источников........................................................................................ 41

2.5 Выводы.............................................................................. 45

Глава 3. Исследование изменения электро-фнзических параметров кремниевых полупроводниковых приборов и структур при облучении а-частицамн радионуклидных источников..................................... 46

3.1 Методики измерения электро-физических параметров кремниевых полупроводниковых приборов и структур..............................................................46

3.2 Исследуемые образцы......................................................................................................................49

3.3 Расположение облучаемого образца на источнике а-излучення..........50

3.4 Коллимированное облучение образцов..........................................................................53

3.5 Облучение с воздушным зазором между образцом и источником

а-из лучения..........................................................................................................................................................60

3.5 Выводы............................................................................................................................................................66

Глава 4. Коэффициенты эквивалентности нейтронного и альфа воздействий на кремниевые биполярные транзисторы......................................................67

4.1 Методики измерения параметров биполярных транзисторов..................69

4.2 Рекомбинационные потери в биполярных транзисторах..............................70

4.3 Оценка уровня инжекции для исследуемых приборов....................................84

4.4 Оценка деградации коэффициента передачи тока биполярного транзистора при низких температурах......................................................................................87

4.5 Выводы..............................................................................................................................................................90

Глава 5. Применение коэффициентов эквивалентности нейтронного и альфа воздействий при имитационных испытаниях интегральных

микросхем операционных усилителей................................................................................................91

5.1 Исследуемые образцы......................................................................................................................91

5.2 Методика проведения исследований применения коэффициентов эквивалентности нейтронного и альфа воздействий ................................................92

5.3 Результаты исследования..............................................................................................................95

5.4 Выводы..............................................................................................................................................................100

ЗАКЛЮЧЕНИЕ................................................................................................................................................101

Список литературы......................................................................................................................................105

Список сокращений......................................................................................................................................110

Приложение........................................................................................................................................................112

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Применение радионуклидных источников α-излучения для имитации нейтронного воздействия на кремниевые биполярные транзисторы»

Актуальность работы

Биполярные транзисторы, как и другие активные элементы, на сегодняшний день определяют возможности перспективных систем радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). Скорость, точность и, конечно, долговечность -все эти качества различных систем и комплексов зависят от микроэлектронной компонентной базы. Выход из строя одного элемента может привести к потере функционирования целого комплекса. Причиной неработоспособности зачастую является ионизирующее излучение. Разработчики изделий полупроводниковой электроники принимают различный комплекс мер по снижению влияния ионизирующего излучения на работу элемента, а к самим изделиям предъявляется ряд требований, которые подтверждаются испытаниями на воздействие специальных факторов.

Согласно действующим нормативным документам испытания изделия полупроводниковой электроники (ИПЭ) на воздействие специальных факторов должны проводиться на моделирующих установках (МУ), поскольку в этом случае наиболее полно воспроизводятся реальные условия радиационного воздействия. Однако обеспечить с помощью МУ требуемую оперативность испытаний изделий микроэлектроники достаточно трудно, а во многих случаях и невозможно, что снижает эффективность проведения испыташш. Кроме того у испыташш с помощью МУ есть ряд других существенных недостатков - остаточная наведенная радиоактивность после воздействия нейтронов и высокоэнергетичных протонов на испытуемых изделиях, высокая стоимость проведения испытаний, сложность измерения параметров ИПЭ в связи с необходимостью использования дистанционной метрики.

Поэтому наряду с испытаниями на МУ в последние годы применяются и внедряются в практику методик испыташш, основанные на использовашш имитирующих установок - имитаторов. Имитационные испытания ИПЭ поз-

воляют оперативно получать информацшо о радиационной стойкости разрабатываемых изделий без проведения сложных и дорогостоящих испытаний на МУ.

Использование имитационных методик испытаний позволяет сократить сроки и стоимость проведения работ по создашпо современных систем РЭА.

Целью работы является разработка методики проведения имитационных испытаний нейтронного воздействия на кремниевые биполярные транзисторы с помощью радионуклидных источников а-излучения.

Для достижения поставленной цели решался следующий комплекс научных, экспериментальных и организационных задач:

- выполнен обзор представленных на отечественном н мировом рынках изотопных источников а-излучения;

проведены дозиметрические измерения радионуклидных а-источников при различных взаимных расположениях блока детектирования и а-источника;

- исследовано пространственное распределение радиационных дефектов в кремшш при его облучении а-частицами РиИ;

- исследовано влияние режимов облучения а-частицами с целыо имитации нейтронного воздействия с последующей проверкой этих режимов при облучении биполярных транзисторов с различными параметрами (тип прибора, глубины залегания эмштерной и коллекторной областей, концентрация носителей в базе);

- определены коэффициенты эквивалентности нейтронного и альфа воздействий КЭКв в/« на биполярные транзисторы;

- разработан и внедрен макет нового имитатора на основе изотопного а-источника;

исследована применимость коэффициентов эквивалентности нейтронного и альфа воздействий КЭКв п/а Для имитационных испытаний биполярных интегральных микросхем операционных усилителе и показана возможность такого применения.

Исследования по теме диссертащш проводились и внедрены в ОАО «НПП «Пульсар» в процессе выполнения ОКР «Цифра-4» и ОКР «Цнфра-5».

Научная новизна работы

■ Экспериментально показана возможность формирования при помощи радионуклидных источников а-облучения равномерных профилей радиационных дефектов в кремниевых структурах на глубинах до 8 мкм при наличия воздушного промежутка протяженностью 15 мм между источником и мишенью.

■ Определены, в режиме облучения с воздушным промежутком 15 мм, значения коэффициентов эквивалентности нейтронного и альфа воздействий Кэкв п/а для кремниевых биполярных транзисторов: для р-п-р типа Кэквп'а от 1900 до 3400, для п-р-п типа КЭквп/а от 2300 до 4500, в диапазоне плотностей токов от 0,2 до 700 А/см2 и уровней инжекщш от 6-10'5 до 3-Ю"1.

■ Экспериментально показано, что по полученным зависимостям коэффициентов эквивалентности нейтрошюго и альфа воздействий от уровня инжекции, можно с помощью радионуклидных источников а-нзлучения имитировать воздействие быстрых нейтронов на кремниевые биполярные транзисторы, работающие в усилительном режиме, с концентрацией легирующей примеси в базе от 4,5-1016 см"3 до 6-Ю17 см"3 и технологической глубиной расположения базы до 8 мкм от поверхности кристалла с учетом металлпзащш и слоя диэлектрика.

■ Показана возможность имитационных испытаний операционных усилителей, с использованием полученных для биполярных транзисторов коэффициентов эквивалентности нейтронного и альфа воздействий и методики определения уровня инжекщш для структур, входящих в состав ИМС.

Практическая значимость

Практическая ценность диссертации заключается в следующем:

■ Определена возможность оперативного проведения исследований стойкости ИПЭ к воздействию нейтронного излучения на всех этапах проведения НИОКР с помощью РнИ а-излучения;

■ Разработана на основе радионуклидного источника а-излучения имитационная установка, позволяющая оперативно проводить имитационные испытания нейтронного воздействия на ИПЭ в диапазоне температур от минус 60°С до плюс 125 °С и контролировать параметры во время испытаний, при этом на изделии отсутствует остаточная радиоактивность и минимизировано влияние электро-магнитных помех.

■ Проведены имитационные испытаний нейтронного воздействия на биполярные аналоговые микросхемы операционных усилителей с помощью радионуклидных источников а-излучения, показавшие хорошее совпадение с результатами испытаний на установках, моделирующих воздействие нейтронов.

Осповиые положения, выносимые на защиту

■ При неколлимированном а-облучении с помощью радионуклидного источника с толщиной слоя изотопа, меньшей пробега а-частиц в нем, и наличии воздушного промежутка протяженностью от 12 до 18 мм между поверхностью источника и мишенью в кремтш с удельным сопротивлением 10 - 30 Ом'см формируется близкий к равномерному профиль радиациошплх дефектов протяженностью 3-8 мкм.

■ Максимальная протяженность профиля радиационных дефектов, близкого к равномерному с погрешностью не более 10%, обеспечивается при расположении мишени на расстоянии (15 ± 0,5) мм от поверхности радионуклидного источника.

■ Используя режим а-облучения с воздушным промежутком протяженностью 15 мм между радионуклидным источником и мишенью, и облучение быстрыми нейтронами, можно экспериментально получить по изменению объемного времени жизни носителей заряда в кремниевых биполярных транзисторах р-п-р и п-р-п типов зависимости коэффициентов эквивалентности нейтронного и альфа воздействш! КЭквп/а от уровня инжекции и типа проводимости полупроводника.

■ Рассчитав рабочие токи в транзисторных структурах ИМС в программе РЗрюе и определив структуру, работающую при минимальном уровне инжекции, можно, из-за наличия в микросхемах операционных усилителей наиболее чувствительных к нейтронному воздействию транзисторных структур, провести испытания, имитирующие воздействие быстрых нейтронов на биполярные аналоговые микросхемы, используя значения коэффициентов эквивалентности нейтронного и альфа воздействий КЭкв и/а» полученные для кремниевых биполярных транзисторов.

Апробация работы н публикации

- Результаты работы доложены и обсуждены:

- на УШ-ой научно-технической конференции «Твердотельная электроника, сложные функциональные блоки РЭА», Дубна, 21 -23 октября 2009;

- на научно-технической конференции «Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ», Москва, МИЭМ, 2010;

- на 1Х-ой научно-технической конференции «Твердотельная электроника, сложные функциональные блоки РЭА», Звенигород, 0103 декабря 2010;

- на Х-ой научно-технической конференции «Твердотельная электроника, сложные функциональные блоки РЭА», Дубна, 12-14 ок-

тября 2011;

- на Х1-ой Всероссийской научно-технической конференции «Твердотельная электроника, сложные функциональные блоки РЭА», Дубна, 17-19 октября 2012;

- на 16-й Всероссийской научно-технической конференции «Радиационная стойкость электронных систем» («Стойкость-2013»), Льггкарино, 04-05 июня 2013.

- на ХП-ой научно-технической конференции «Твердотельная электроника, сложные функциональные блоки РЭА», Москва, 24-25 октября 2013.

По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 2 работы - в рецензируемых журналах, установленных ВАК по выбранной специальности. Список публикаций приведен в заключении.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти основных глав, заключения и списка цитируемой литературы. Основное содержание работы изложено на 124 страницах, включая: 32 таблицы, 52 рисунка, приложение и список литературы.

Глава 1 Влияние альфа и нейтронного излучений на кремний

1.1 Моделирующие установки и существующие методики имитации воздействия пейтропиого излучения па пзделия полупроводпиковон электроники

В настоящее время, согласно действующим нормативным документам [1], испытания изделий полупроводниковой электроники (ИПЭ) на стойкость к воздействию нейтронного излучения проводятся на моделирующих установках (МУ), поскольку считается, что в этом случае наиболее полно воспроизводятся реальные условия радиационного воздействия. Сами МУ нейтронного излучения представляют собой ядерные реакторы, работающие в непрерывном или импульсном режимах [2]. Несмотря на то, что МУ обеспечивают прямое моделирование воздействия нейтронного излучения для реальной радиационной обстановки у испытаний с использованием моделирующих установок есть ряд существенных недостатков - отсутствие оперативности, остаточная наведенная радиоактивность на испытуемых изделиях, высокая стоимость проведения процесса облучения, сложность проведения процесса облучения, необходимость дистанционной метрики параметров приборов.

Согласно нормативной документации по испытаниям ИПЭ [3], допускается проводить имитационные испытания (имитацию) нейтронного воздействия с помощью а-излучения радионуклпдных источников (РнИ). Это повысит оперативность получения информации по радиационной стойкости ИПЭ, существенно уменьшит стоимость испытаний и исключит остальные минусы.

Так же к достоинствам РнИ относятся малые габариты, простота обращения с ними и полное отсутствие энергопотребления [4]. Недостатками являются малая плотность потока и необходимость проводить испытания на некорпусированных приборах.

Изложенный в [3] метод испытаний имеет существенный недостаток, как так предполагает проведение дублирующих испытаний на источниках нейтронного и а - излучений для каждого нового разработанного типа прибора с целью получения соответствующего коэффициента эквивалентности воздействия данных излучений КЭквэ который связан с потоками этих двух излучений соотношением [3]:

Фа=Кэкв'Фп (1-1)

Фа - интегральный поток а-частиц эквивалентный (по эффекту) интегральному потоку нейтронов Ф„.

Коэффициенты эквивалентности КЭкв должны зависеть от глубины залегания «чувствительных» областей в приборе, т.е. тех участков, изменение электрофизических параметров в которых определяет деградацию параметров прибора. Использование вакуумной камеры для получения максимальных глубин проникновения а-частнц [3] в структуру полупроводникового прибора существенно усложнит процесс проведения испытаний. Для исключения этих недостатков необходимо разработать новые методы испытаний и найти коэффициенты эквивалентности, которые были бы универсальными для различных типов приборов или для приборов, значения параметров которых принадлежали определенному диапазону значений.

Получение универсальных коэффициентов эквивалентности должно быть основано на анализе пространственного распределения радиационных дефектов в кремнии при альфа- и нейтронном воздействиях и учитывать типы радиационных дефектов. Поэтому необходимо рассмотреть взаимодействия этих воздействий с веществом.

1.2 Взаимодействие быстрых пеитропов с веществом

Наиболее вероятным процессом взаимодействия является упругое рассеяние «быстрых» нейтронов.

Пробеги нейтронов в большинстве материалов достаточно велики. В образцах реальных размеров каждый нейтрон в среднем может упруго взаимодействовать с атомом облучаемого материала один раз. При этом он сообщает атому отдачи достаточно большую энергию, намного превышающую пороговую энергию смещения атомов из узлов Е^ и пороговую энергию ионизации . Это означает, что атом отдачи, имея большую скорость, будет упруго взаимодействовать с ядрами облучаемого материала. Результатом такого взаимодействия будет скопление дефектов в конце пробега первично выбитого атома. Сами же эти скопления, представляющие собой разупорядоченные области [5-13], будут равномерно распределены по объему материала [14-16].

1.3 Взаимодействие а-частнц с энергией Е = 4,5 МэВ с веществом

Пробег а-частиц в веществах при энергиях до 4,5 МэВ определяется, главным образом, ионизационными потерями энергии. В конце пробега а-частица может захватить электрон и начать упруго сталкиваться с ядрами по механизму твердых шаров.

Значительная доля первичных дефектов на глубинах меньших длины пробега а-частиц будет представлять собой вакансии и дивакансии. Однако возможны случаи, когда при отклонении а-частнцы на большие углы может происходить передача атому энергии отдачи, намного превышающей пороговую энергию смещения атома из узла и пороговую энергию ионизации. В этом случае будут создаваться скопления дефектов [8,12,16] - разупорядоченные области, характерные для облучения быстрыми нейтронами.

1.4 Пространственное распределение радиационных дефектов по глубине при а-облученнн с помощью радиопуклпдпых источников

Первые результаты исследований воздействия а-частнц на изменение электрофизических параметров кремния, а также вводимых при этом радиационных дефектов в кремниевых полупроводниковых структурах были получены с помощью ускорителей заряженных частиц. В ходе исследований была установлена неравномерность изменения удельного сопротивления по глубине образцов 117]. На рис. 1.1 представлено пространственное распределение относительной величины удельного сопротивления в кремниевых образцах, облученных моноэнергетическими а-частицами с энергией Еа = 25МэВ.

Позже в работах стали использовать радиоизотопные источники а-излучения. В работе [18] было проведено исследование таких источников. В результате были сделаны выводы о том, что радпонуклидные источники могут быть использованы как для проведения исследований радиационных дефектов в полупроводниках, так и в радиационной технологии, т.к. они гораздо эффективнее изменяют электро-физнческие параметры кремния.

Работы [19-25] были направлены на получение сведений о типах возникающих дефектов, влиянии этих эффектов на электрофнзшгескне параметры полупроводниковых приборов и структуру 8-27]. Так же в работах [19-25,27] пытались оценить профили пространственного распределения радиационных дефектов.

Во всех работах для исследования в качестве образцов использовали р+-п структуры [19-22,24,25], которые выступали в роли детекторов а-частиц. Как известно [28] при наличии сильнолегированной области область пространственного заряда (ОПЗ) распространяется преимущественно в слаболегнрованную базовую область, поэтому при проведении С-У измерений таких структур полученные сведения ограничиваются

отсутствием информации о распределении дефектов в области ближе к поверхности образцов (рис. 1.2 а, б). Так же по рис. 1.2 б видно, что оценивать профиль распределения радиационных дефектов по представленным зависимостям некорректно, т.к. такие распределения противоречат действительности и, скорее всего, сделаны с помощью грубой обработки данных.

Рис. 1.1 Зависимость удельного сопротивления облученных образцов п-кремния р и скорости введения дефектов nj от глубины х. 1,2 — р/р0 для р0 = 140 и 11 Ом см соответственно, а-частицы (25.0 ± 0.3) МэВ, 1.71012 част, см'2;

3,4 - теоретические кривые распределения nd для кремния, облученного а-частицами с энергией 25 МэВ; (3 - п^ для одиночной частицы, 4 - то же для пучка а-частиц (25.0 ± 0.3) МэВ). [17]

Л, мкм

Рис. 1.2 а - профили концентрации радиационных дефектов[23], б - профили концентрации радиационных дефектов[21]

1.0

0.8

т

* 0.6 *

а

0.2

О

♦ «I

10

15

20

25

30

Рис. 1.3 Пространственное распределение радиационных дефектов с положением уровня Ес — 0,4 эВ при облучении в вакууме [25]

В работе [25] получены распределения (рис. 1.3) радиационных дефектов, когда исследуемый образец и источник а-излучения располагались в вакуумной камере. Профиль радиационных дефектов при таком облучении получается неравномерным с увеличением концентрации дефектов в конце пробега а-частиц, что характерно для пучка моноэнергетических частиц [17]. Таким образом, наличие вакуумной камеры обеспечивает коллимацию пучка а-частиц при наличии расстояния между мишенью и а-источником.

В [27] было проведено экспериментальное исследование вольт-фарадных характеристик контактов металл-полупроводник, подвергнутых неколлимированному облучению а-частицами. В результате были получены профили распределения рекомбинационных центров при различных флюенсах а-частиц (рис. 1.4) и сделаны следующие выводы:

1. При увеличении дозы облучения профиль концентрации центров рекомбинации изменяется следующим образом: компенсированный слой возникает у поверхности и постепенно развивается вглубь полупроводника^?].

2. Уменьшение концентрации с ростом дозы облучения и сдвиг максимума концентрации вглубь полупроводника связаны с диффузией первичных дефектов и одновременным образование А-центров и дива-кансий [27].

Рис.1.4 Изменение профиля распределения центров рекомбинации в структурах с контактом металл-полупроводник по мере увеличения дозы облучения (частиц/см2): 1)41010, 2) 6-Ю10, 3) 110", 4) 21011, 5) 4- 10й,6)6- 10п 7) 810й [27]

Основываясь на результатах в [27] можно сделать вывод о том, что при неколлимированном облучении материала а-частицами радио-нуклндных источников за счет вклада в дефектообразование частиц, вылетевших из источника иод разными углами , профиль радиационных дефектов получается монотонно спадающим по глубине образца [19,29,30]. При больших интегральных потоках частиц, возможна диффузия дивакансин, а вследствие этого - смещение максимума концентрации дефектов, что неприемлемо для имитации нейтронного воздействия, т.к. значение коэффициентов эквивалентности нейтронного и альфа воздействий Кэкв а/а Для одного и того же типа прибора будет различным. Это в свою очередь отразится на качестве проведенных имитационных испытаний.

В работе [27] утверждается, что при изменении расстояния между образцом и источником по определенной программе, можно получить любой - прямоугольный, треугольный и т.д. профиль радиационных дефектов. В [28] после проведения теоретического расчета уточняются режимы облучения, при которых профиль, образовавшихся радиационных дефектов, близок к равномерному. Однако, экспериментальных работ, подтверждающих утверждения работ [27,28] - нет.

1.5 Реальная структура радиационных дефектов в кристаллах

При воздействии ионизирующего излучения атомам передается энергия, в результате чего в кристалле образуются первичные дефекты. Одними из таких первичных дефектов, возникающих в кристаллах при радиационном воздействии, являются пары Френкеля (вакансии и меж-доузельные атомы) и дивакансни. В результате тепловой миграции вакансий по кристаллу образуются различного рода комплексы.

Установлено, что фундаментальные параметры реальных кристаллов (электро- и теплопроводность, механические, оптические и магнит-

ные свойства, коэффициенты диффузии и др.) связаны с точечными дефектами!^, 16,30-39].

Одной из примесей в кристалле является примесь кислорода, концентрация которого в кремния образцах доходит до ~1018 атомов/см3 (полученных по методу Чохральского). Вакансия, взаимодействуя с кислородом, образует А-центр: V + 0. Этот комплекс стабилен во времени и создает в запрещенной зоне кремния акцепторный уровень с энергией ЕА = Ес - 0.17 эВ [16,33,40]. А-центр стабилен при комнатной температуре.

Кроме А-центров вакансии могут образовывать комплексы с легирующей примесью. Так в материале п-типа образуется комплекс с фосфором - Е-центр: V + Р. Е-центр создает в кремнии «глубокий» акцепторный уровень с энергией Ее ~ Ес - 0.4 эВ [16,33,40,41]. Е-центр так же стабилен при комнатной температуре.

Также могут возникать комплексы, состоящие из двух вакансий — дивакансии: V + V - V2. Дивакансия дает три уровня в запрещенной зоне кремния: верхний (Ес - 0.23) эВ; средний (Ес - 0.39) эВ; нижний (Еу + 0.21) эВ [16,33,41]. Дивакансия стабильна при комнатной температуре.

Центры содержащие кислород и углерод - К-цеитры, которые так же стабильны при комнатной температуре. Они создают в запрещенной зоне уровень с энергией (Еу + 0.35) эВ [16,41].

В материале р-типа образуются комплексы с бором, дающие в запрещенной зоне уровень с энергией (Еу + 0.45) эВ. Этот центр отжигается при комнатной температуре [16,41].

Все рассмотренные выше комплексы являются точечными дефектами.

При облучении «быстрыми» нейтронами могут образовываться более сложные комплексы. Специфика образования комплексов в этом случае состоит в том, что при облучении тяжелыми частицами образуются области с высокой локальной концентрацией точечных дефектов -

разупорядоченные области, которые образуются после завершения некоторых нестационарных процессов[8,12,16].

Разупорядоченная область в кремнии после нейтронного облучения и завершения нестационарных процессов представляет собой сложную структуру, состоящую из насыщенного дивакансионного ядра [8,12]. Между "ядром" и остальным объемом существует градиент концентрации вакансий и, следовательно, будет идти диффузия вакансий из "ядра"[16]. Концентрация дефектов за пределами ядра существенно меньше, поэтому более вероятны процессы взаимодействия вакансий и примесных атомов с образованием соответствующих комплексов[39].

Дивакансионное ядро будет окружено как бы оболочкой из рассмотренных ранее комплексов (рис.1.5). Области разупорядочения в кристаллах, содержащие дивакансионное ядро, окруженное оболочкой комплексов вакансий с примесями, называются кластерами. Распад этого центра происходит при температуре Т > 500° С.

Рис, 1.5. Модель кластера

1.6 Влияние облучения на время жизни неосновных носителей заряда

Возникновение радиационных дефектов, имеющих глубокие энергетические уровни в запрещенной зоне полупроводника, приводит к возрастанию скорости объемной рекомбинации, т. е. к снижению времени жизни неравновесных носителей заряда в полупроводнике.

С наибольшей скоростью вводятся уровни (Ее - 0,17) эВ (А-центр), (Ес - 0,4) эВ (Е-центр), (Ес - 0,39) эВ (дивакансия). В основном этими уровнями и определяются электрофизические свойства облученного кремния (концентрация основных носителей заряда и время жизни неосновных носителей заряда) [8].

Изменение времени жизни неосновных носителей заряда с облучение можно определить из выражения:

ГО

А - =КТФ (1.2)

где: Ф - интегральный поток частиц

Кт — коэффициент радиационного времени жизни неосновных

носителей заряда.

Следует отметить, что на практике время жизни является наиболее чувствительным параметром к воздействию радиации [16,37,42-44].

1.7 Влияние радиационного воздействия на коэффициент передачи тока биполярного транзистора

Основным параметром, важным для любых транзисторов, является статический коэффициент передачи тока Н21е [15,37,44]. Согласно определению под коэффициентом передачи тока понимают отношение вы-

ходного тока транзистора к входному току. Удобнее всего анализировать поведение коэффициента передачи тока транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером [37]:

А

п2\Е т 1Б

(1.3)

1К=С01151 Ук.э=шиЫ

где: 1К - ток коллектора (выходной ток), /Б - ток базы (входной ток),

Ук-э - напряжение коллектор - эмиттер (выходное напряжение).

Как известно, в стационарном активном (усилительном) режиме весь ток базы расходуется на поддержание процессов рекомбинации в транзисторе. Поскольку коэффициент передачи зависит от режима по постоянному току (т.е. от комбинации значений 1к и Ук-э), то чем интенсивнее идут процессы рекомбинации, тем больше будет ток базы и, следовательно, меньше коэффициент передачи тока. Для анализа процессов рекомбинации в транзисторе необходимо исходить из конструкции прибора. Рассмотрим р-п-р транзистор, изображенный на рис. 1.6.

Базовый ток этого транзистора (в активном режиме) обеспечивается поступающими из внешней цепи электронами. Все они в стационарном случае расходуются на рекомбинацию с дырками в следующих областях транзисторной структуры: в активной базе, в пассивной базе, в слое объемного заряда эмиттерного перехода, в эмиттере и на поверхности кристалла. Поверхность выделяется отдельно, т.к. там условия рекомбинации существенно отличаются от условий в объеме кристалла. Понятно, что рекомбинацию на поверхности надо учитывать для пассивной базы и для объемного заряда эмиттерного перехода. С учетом сказанного весь базовый ток можно представить в виде пяти слагаемых [37]:

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Сидоров, Дмитрий Владимирович, 2013 год

Ч -

Ее • ♦ • hF-

"о П6еф

(3.6)

1 + ехр(——)

(3.7)

кТ

где: Пф - концентрация основных носителей в облученном образце, п0. концентрация основных носителей в образце до облучения. Результаты расчета представлены на рис. 3.9.

1 1x10

1x10'

9x10'

8x10'

7x10'

6x10'

5x10'

4*10

3x10'

2x10'

1x10'

м %еф, СМ3

Ыу.

!

10

11

12

13

14

15

16

17 18

л:, мкм

Рис. 3.9 Распределение концентрации введенных Е-центров (1Уе) и дива-канский (МУ2)

Из рис.3.9 видно, что, при коллимированном режиме облучения, Е-центры образуются по всей длине пробега а-частиц, а дивакансии образуются, преимущественно, в конце пробега а-частиц, причем на рисунке отчетливо видно два пика дивакансий. Этот факт объясняется тем, что в радионуклидном источнике содержится два изотопа плутония Ри238 и Ри239, и при акте распада образуются а-частицы разных энергий 5,46 МэВ и 5,16 МэВ соответственно. Эти частицы, имея разную энергию,

будут проникать на разные максимальные глубины в кремнии, что хорошо видно на рис. 3.8.

Вычислив скорости введения дивакансий (рис.3.10), используя выражение 3.8, зная дату выпуска источника - 27.08.2007 и время полураспада изотопов Т12(Ри238) - 87,7 лет, Т^Ри239) - 24 0 8 0 лет, оценим процентное содержание изотопов в а-источнике.

¿V,

З.бхЮ3 32x10 2 8х103 2.4х10; 2*10; 1.6x103 1.2x10 800 400 0

йФ

а1 см1

у! V

/ \

10 И 12 13 14 15 16 17 18 19

л:, Л1КМ

Рис. 3.10 Распределение скорости введения Е-центров (Е) и дивакансий (У2) при коллимированном а-облучении

Ш

ЩРи239) фФ

РгГ

Ту2(Ри239)

ЩРи2™)

с1Ф

1-0,693

ТЛРи™)

72 /

(3.8)

Подставив найденные значения в 3.8 получаем, что содержание изотопа Ри238 составляет 0,6%.

Так же можно сказать, что используемый источник имеет толщину слоя изотопа, существенно меньшую величины пробега а-частиц в этом слое [56].

Используя коллимированый режим облучения можно давать более детальную оценку радионуклидным источникам а-излучения.

3.5 Облучение с воздушным зазором между образцом п источником а-нзлучения

В данном режиме облучения часть а-частиц, вылетевших из источника под малыми углами к поверхности источника, не участвует в образование дефектов, т.к., как и в случае коллимнрованного облучения, эти частицы не будут достигать поверхности исследуемого образца. Меняя расстояние до а-источника, можно уменьшить количество радиационных дефектов у поверхности, т.е. при некоторой протяженности воздушного промежутка в образце может существовать область с относительной равномерностью дефектообразования [26].

На рнс.3.11 представлены распределения относительной величины удельного сопротивления по глубине исследуемого образца на основе эпнтаксиальных пленок с р = 30 Ом*см при различных взаимных расположениях а-нсточннка и мишени т.е. при различной величине воздушного зазора Ь( 1 - 6 мм, 2-15 мм, 3-18 мм), но одинаковом интегральном потоке а-частиц (Ф - 2,51-Ю10 а/см2). Как видно из рисунка, при Ь, равном 6 мм, профиль р неравномерный, спадающий в глубину (кривая 1). С уменьшением расстояния Ь профиль р будет оставаться неравномерным при небольших интегральных потоках. При увеличении расстояния Ь происходит выравнивание профиля на некотором расстоянии от поверхности (кривые 2, 3)[57]. При больших Ь уменьшится протяженность равномерной части из-за снижения величины пробега а-частиц в кремнии.

Как видно из рис.3.11, режим, при котором исследуемый образец располагается на расстоянии 15 мм от поверхности а-источника обеспечивает более протяженную область, близкую к равномерности, что позволяет охватить большой диапазон приборов, у которых «чувствительные» области находятся в пределах этих глубин (с учетом потерь энергии на металлизации и т.п.)[57].

/о/%

О 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

л;, мкм

Рис. 3.11 Пространственное распределение относительной величины удельного сопротивления при облучении с различными воздушными зазорами И: 1 - 6мм, 2 - 15мм, 3 - 18мм

На рис. 3.12 представлены зависимости относительной величины удельного сопротивления по глубине мишени для образцов 81 на основе эпитаксиальных пленок с удельным сопротивлением 30 Ом-см, облученных на расстоянии 15 мм, при различных интегральных потоках а-частиц: Ф, - 1,31010 а/см2, Ф2 - 1.71010 а/см2, Ф3 - 2,511010 а/см2. Хорошо видно, что участок «равномерности» р сохраняется при различ-

/ / 0 0 и 0

0 0 0 0

д к а 1 а Л /, я * ' 1 ф т 0

1 — а учг 7

"а 4___ ад 1 а м1 а а •г а /« /

- ♦ « --& «®

♦ - 1

3—

ных интегральных потоках а-частиц, что является косвенным подтверждением равномерности дефектообразования. Так же в режиме с воздушным зазором и расстоянием Ь=15мм были облучены эпитаксиальные структуры с удельным сопротивлением 10 Ом-см.

0 2 4 б 8 10 12 14 16 18

Ху мкм

Рис. 3.12 Пространственное распределение относительной величины удельного сопротивления при облучении с И = 15 мм различными интегральными потоками

Ф, = 1,3-10'° а/см2, Ф2 = 1,7-10'° а/см2, Ф3 = 2,5110'° а/см2

На рис. 3.13 представлены пространственные распределения относительной величины концентрации мелкой легирующей примеси (фосфора) в эпитаксиальных структурах 26кэфю при а-облучении на рас-

250эаэс0.01

стоянии Ь - 15 мм интегральными потоками: Ф1 - 2,59-Ю10 а/см2, Ф2 -5,181010 а/см2, полученные из С-У характеристик с барьером Шоттки на высокоомном слое (частота подаваемого переменного сигнала - 1МГц), где ЫРо и Ырф - концентрации фосфора до и после облучения, соответ-

1/Рф

А /ой> А¿Уу о о А

д А А А л \ 4 А А А А А .Р^Л / о

* А А А А А

А О % А ^^ / □

■ У О ч -—г-2- О ,

ч о О та

ч о ■ д_и -

сГ*- 1 "■о

ственно. Данные зависимости определяют уменьшение электрически активного фосфора из-за включения его в состав радиационных дефектов (скорее всего Е-центров). Равномерность приведенных зависимостей по глубине образца свидетельствует о равномерности радиационных дефектов, содержащих фосфор. Причем эта равномерность сохраняется и при

1

ОР 0.8 0.7 Об 05 0 4 0.3 02 0.1

0 2 4 6 8 10 12

X, мкм

Рис. 3.13 Пространственное распределение относительной величины концентрации донорной примеси при облучении различными интегральными потоками Ф, = 2,59-1010 а/см2, Ф2 = 5,18-Ю10 а/см2

Вследствие того, что равномерность дефектообразования сохраняется в структурах с меньшим удельным сопротивлением, то можно предположить, что такая же тенденция сохранится и в сильнолегированных структурах.

На основе полученных данных по распределению удельного сопротивления и концентрации легирующей примеси можно оценить распределение различных дефектов по глубине исследуемого образца, как это

различных интегральных потоках а-частиц.

•

%

X

было сделано в пункте 3.5. Так нз С-У характеристик мы получаем пространственное распределение Е-центров в исследуемом образце. Используем данные рис.3.13 (значения зависимости Ф^ для расчета концентрации Е-центров ^ для материала 30КЭФ30 (рис.3.11, кривая Фз) с учетом некоторой разницы в величине интегральных потоков Ф1(рис.3.12) и Ф3(рнс.3.12). Мы так же полагаем, что основными дефектами в высокоомном кремнш! п-типа, участвующих в удалении носителей, т.е. в изменении р, являются Е-центры и дивакансии. Концентрация Е-центров пропорциональна концентрации фосфора в исходном материале, а захват электронов средним уровнем дивакансий (Ес - 0,39) определяется функцией заполнения Ферми — Дирака, в которой положение уровня Ферми (Ер) связано с величиной пф (рис.3.12). При расчете подвижность так же считаем независимой от Фа.

Используем результирующее уравнение (3.7) для расчета концентрации дивакансий (-Л^ ).

Результаты расчета представлены на рис. 3.14.

Из рисунка видно, что существует достаточно протяженная область с равномерной концентрацией дефектов (для Е-центров до 9 мкм, для дивакансий до 5 мкм). Из рисунка также следует, что основной вклад в изменение концентрации основных носителей в кремнии п-типа даже в высокоомных материалах при а-облучении вносят Е-центры. Сечения захвата этих центров гораздо больше, чем у остальных центров, которые могут участвовать в удалении носителей [41]. В более сильно легированном кремнии п-типа при а-облучении можно ожидать еще большего влияния Е-центров в изменение концентрации основных носителей по сравнению с дивакансиями.

Эффективность рекомбинационных центров зависит от концентрации этих центров, сечения захвата носителя и от положения уровня Фермн. Исходя из того, что из всего количества различных радиацион-

ных дефектов на изменение времени жизни носителей заряда влияют только один-два из них [15,43,44]. Так же принимая во внимание сечения захвата носителей [41] (см. таблицу 3.1), можно сделать вывод, что в материале р-типа наиболее эффективными рекомбинационными центрами будут дивакансии (Еу + 0.19) и так как их распределение будет равномерным, то и распределение остальных радиационных центров в р-материале будет равномерным.

5х1013 45x10й 4x10» З5х1013 ЗхЮ13 25х1013 2хЮ13 1 5х1013 1хЮВ 5x10й

0123456789 10

X, мкм

Рис. 3.14 Пространственное распределение радиационных дефектов в кремнии при облучении в режиме «воздушный зазор» на расстоянии 15 мм от поверхности источника интегральным потоком Фа = 2,511010 а/см2

Таблица 3.1

Энергия уровня Сечение захвата электронов а„, Ю-16 см2 Сечение захвата дырок ор, Ю-13 см2 Индефика-ция

Ес-(0,17 ±0,005) эВ 100 - 400 130) 1,5- 10 (~ 1) А-центр

Ес - (0,23 ± 0,01) эВ 10 - 36 (~ 2) 0,35 -6 ( ~ 0,5) дивакансия

Ес - (0,42 ± 0,02) эВ 6-90(~ 10) 0,03 - 0,5 ( ~ 0,08) дивакансия

^деф, СМ3

/

А'/

\

N ч

Энергия уровня Сечение захвата электронов а„, Ю-16 см2 Сечение захвата дырок <Ур, 10'13 см2 Индефика-ция

Ее - (0,44 ±0,01) эВ 10-50 (-30) -3 Е-центр

Еу +(0,19 ±0,02) эВ -400 0,002-0,02 (-0,01) дивакансия

Еу +(0,36 ± 0,01) эВ 0,02 -0,5 (-0,1) 0,004-0,03 (-0,01) К-центр

3.5 Выводы

Пространственное распределение радиационных дефектов, близкое к равномерному обеспечивает режим облучения, когда мишень располагается на расстоянии 15 мм от поверхности источника. Данный режим также наиболее практичен, т.к. он обеспечивает и достаточно протяженную область с равномерным распределением радиационных дефектов, что позволит охватить достаточно большое количество различных классов полупроводниковых приборов [57].

Наиболее эффективным центром удаления неосновных носителей заряда в материале п-типа является Е-центр, а в материале р-типа являются положительно заряженные дивакансни.

При использовании коллимированного режима облучения, при достаточно хорошей коллимации пучка а-частиц, можно получите информации о изотопном составе радионуклидного источника.

Глава 4 Коэффициенты эквивалентности иейтропного и альфа воздействий на кремниевые биполярпые транзисторы

При нейтронном облучении кремния, радиационные дефекты, образующиеся в результате взаимодействия нейтронов с веществом, распределяются равномерно по глубине мишени [16]. При этом дефекты представляют собой области разупорядочения [5-13].

После проведения подробного анализа различных режимов облучения кремниевые полупроводниковых структур, был установлен режим, обеспечивающий равномерное распределение радиационных дефектов. При этом протяженность равномерного участка может охватить довольно обширные области различных кремниевых полупроводниковых приборов, в частности, биполярных транзисторов (БТ). Ведь наиболее «чувствительные области»: эмнттерный переход и активная база - для приборов, работающих в усилительном режиме; коллектор - для приборов, работающих в ключевом режиме, будут «попадать» в диапазон «равномерных» глубин.

В качестве объекта исследования были выбраны биполярные транзисторы, т.к. эти приборы являются одними из самых чувствительных в радиационному воздействию, а сами транзисторы широко распространены в микроэлектронике как в дискретном, так и в интегральном исполнении.

При нейтронном и альфа облучениях образуются разные радиационные дефекты. При а-облученин - это образование, наряду с областями разупорядочения (нейтронное воздействие), точечных дефектов. Однако, если полагать, что для биполярных транзисторов наиболее чувствительным параметром материала к воздействию нейтронного излучения является время жизни носителей заряда, то отношение концентраций радиационных дефектов при нейтронном и альфа-облучении дает информацию о коэффициенте эквивалентности между этими воздействиями, ко-

торый в итоге определяет эффективность одного вида излучения относительно другого, т.е. возможность имитации.

Для оценки применимости режима а-облучения, обеспечивающего распределение дефектов, близкое к равномерному, с целью имитации воздействия нейтронного излучения проведены сравнительные эксперименты по облучению одних и тех же транзисторных структур на пластине последовательно радионуклидным источником а-излучения и источником быстрых нейтронов со средней энергией ~1,3 МэВ и получены коэффициенты эквивалентности альфа-нейтронного воздействия.

Паспортные параметры и найденные значения плотностей потоков используемого а-источнпка указаны в главе 2.

В качестве измеряемого параметра были выбраны: коэффициент передачи тока биполярного транзистора и ток 1кбо- Рассматривался только усилительный режим работы транзисторов, измерение остальных параметров не производилось.

Экспериментальная выборка составляла не менее десяти структур каждого типа. Структуры отличались типом проводимости базы, концентрацией легирующей примеси в базе прибора и различным расположением базовой области прибора относительно поверхности (таблица 4.1).

Таблица 4.1

X. е, мкм X,. к ,мкм см2 N5, см"3 тип базы обозначение

0,6 0,9 0,27-10"4 6-Ю17 п 1

0,8 2 4,41-Ю"4 1,4-1017 п 2

1,8 2,6 2,8-10"4 4,5-1016 п 3

1,25 2,6 3,2-10'4 9-Ю16 Р 4

2 3,5 1,28-10"4 10" Р 5

2,5 4,0 2,03-Ю"4 8,5-Ю16 Р 6

Диапазон средних значепий концентраций легирующей примеси в базе прибора составлял от 4,5-1016 см"3 до 6-1017 см"3.

4.1 Методики измерения параметров биполярных транзисторов

Измерение коэффициента передачи тока биполярного транзистора

Коэффициент передачи тока биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером измерялся на установке JI2-70.

Измерения производились в диапазоне токов эмиттера от 100 мкА до 50 мА (величина коэффициента передачи для приборов 1 и 5 приведены в приложении 2).

Измерение обратного тока коллектора

Обратный ток коллектора биполярного транзистора измерялся на установке JI2-70.

Измерение времени пролета неосновных носителей через активную базу прибора

Времена пролета неосновных носителей через активную базу прибора определялось по отсечке на оси ординат зависимости —¡——- от

2ЩН\е\вч1

\_ h

Для этого на установке JI2-68 производилось измерение модуля коэффициента передачи тока на частоте 100МГц в диапазоне токов от 100 мкА до 50 мА.

Измерение тока Id0

Ток Ido определялся по отсечке на оси ординат зависимости Ik от

иэб.

Измерение зависимостей осуществлялось на анализаторе параметров полупроводниковых приборов Agilent В1500А.

Измерение концентрации легирующей примеси в базе прибора

Измерение концентрации легирующей примеси в базе прибора определялось из С-У характеристик. Методика аналогична с методикой измерения концентрации в диодных структурах и описана в разделе 3.1.

4.2 Рскомбинациоиные потери в биполярных транзисторах

Как уже ранее упоминалось (см. главу 1), величина, обратная коэффициенту передачи тока биполярного транзистора, представляет собой величину рекомбинационных потерь.

Эффективность дефектообразования при альфа и нейтронном облучении оценивалась по величине изменения объемных рекомбинационных потерь ДЯу, которая имеет в общем случае две составляющие: ДЯд -изменение рекомбинационных потерь в активной базе и ДЯэп - изменения рекомбинационных потерь в эмиттерном переходе. При этом обе составляющие линейно зависят от интегрального потока частиц Ф [37].

Таким образом, коэффициент эффективности нейтронного и альфа воздействий КЭфф„/а для исследованных структур равен:

300,1/01 АФ„/ Афа { }

где: АВ.У - изменение рекомбинационных потерь на линейном участке зависимостей = •/'(Ф),

^Хг^) - среднее значение изменения обратной величины коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером Ъ2т при облучении.

Коэффициент эквивалентности нейтронного и альфа воздействий Кэквп/а равен обратной величине коэффициента эффективности нейтронного и альфа воздействий Кэфф11/а:

К - 1

экв п/а - % (4.2)

ЭФФ п/а

Так как при нейтронном воздействии рекомбинационные потери связаны преимущественно с объемной составляющей, а при а-воздействии наряду с объемной присутствует и поверхностная составляющая, то необходимо убедиться, что все потери при а-облучении связаны исключительно с объемной составляющей. Об этом будет свидетельствовать линейный участок зависимости рекомбинационных потерь А Я от интегрального потока а-частиц Фа.

В таблицах 4.2 - 4.7 представлены средние значения величин рекомбинационных потерь в диапазоне токов эмиттера в исследуемых образцах (см. таблицу 4.1) при воздействии различных интегральных потоков а-частнц. На рисунках 4.1 - 4.6 представлены зависимости рекомбинационных потерь для исследуемых образцов при токе 10 мА после а-воздействия.

Таблица 4.2а

Фа, а-см"2с-1 Приборы 1

1э, мА

од 0,3 0,5 1 2

7,2-108 1,7-10"3 1,91-Ю"3 1,24-Ю"3 9,70-10"4 5,63-10"4

1,8-10® 4,22-10"3 3,82-10"3 2,85-Ю"3 2,31-Ю"3 1,77-Ю"3

3,96-Ю9 8,81-Ю'3 7,49-10"3 6,22-10"3 5,28-Ю"3 4,22-10"3

7,2-109 1,63-Ю'2 1,31-Ю"2 1Д2-10"2 9,52-Ю"3 7,97-10"3

1,08'Ю10 2,36-10"2 1,88-Ю"2 1,63-Ю-2 1,39-Ю-2 1,19-Ю-2

1,49-Ю10 3,26-10"2 2,61-Ю-2 2,27-Ю"2 1,94-Ю"2 1,66-Ю-2

1,9М010 4,08-10"2 3,24-10'2 2,86-Ю-2 2,43-10"2 2,09-Ю'2

2,5-Ю10 5Д7-10"2 4,21-Ю"2 3,71-Ю-2 ЗД7-10"2 2,74-10'2

3,15-Ю10 6,47-10'2 5,20-Ю"2 4,62-Ю'2 3,96-Ю"2 3,42-10'2

3,8-Ю10 7,71-10'2 6Д8-10*2 5,51-Ю'2 4,73-Ю"2 4Д0-10'2

Таблица 4.26_

Фа, а-см"2«;"1 Приборы 1

1э, мА

5 10 20 30 50

7,2*108 5Д1-10"4 4,79-Ю"4 4,27-10"4 3,67-10"4 2,89-Ю"4

1,8-109 1,60-10"3 1,34-10'3 1Д7-10"3 1,06-Ю"3 9,66-Ю"4

3,96-109 З,6110"3 3,06-10"3 2,68-10"3 2,47-10"3 2ДЗ-10"3

7,2-109 6,69-10"3 5,69-Ю"3 4,94-10"3 4,54-Ю"3 4,02-10"3

1,08-Ю10 9,71-Ю"3 8,43-10"3 7,31-10'3 6,72-10"3 5,85-Ю"3

1,49-Ю10 1,39-10"2 1Д8-10"2 1,02-10'2 9,39-10"3 8,38-10"3

1,91-Ю10 1,73-10"2 1,49-10"2 1,29-10"2 1Д9-10"2 1,06-10"2

2,5-Ю10 2,27-10"2 1,94-10"2 1,69-10"2 1,51-10"2 1,41-10"2

3,15-Ю10 2,85-10"2 2,45-10"2 2ДЗ-10"2 1,91-Ю"2 1,79-10"2

3,8-Ю10 3,40-10"2 2,93-10"2 2,55-Ю"2 2,30-Ю"2 2Д4-10"2

Таблица 4.3а

Фа, а-см~2с-1 Приборы 2

1э, мА

од 0,3 0,5 1 2

5,40-Ю8 6,49-10"3 4,69-10"3 3,84-10"3 ЗД7-10"3 2,93-10"3

1,26-109 1Д5-10"2 8,93-10"3 7,46-10"3 6Д1-10"3 5,47-Ю"3

2,34* 109 1,86-10"2 1,42-10"2 1,22-10"2 1,05-10"2 9,00-Ю"3

3,96-109 2,91 -Ю-2 2,17-Ю"2 1,92-10"2 1,63-10"2 1,46-10"2

5,58-Ю9 3,84-10"2 2,91-10"2 2,59-10"2 2,21-Ю"2 1,91-Ю"2

7,74-Ю9 4,95-10"2 3,90-10"2 3,46-Ю"2 3,01-10"2 2,55-Ю"2

9,90109 6Д5-10"2 4,86-10"2 4,33-10"2 3,73-10'2 3,33-10"2

Таблица 4.36

Приборы 2

Фа, а-см"2 с"1 1э, мА

5 10 20 30 50

5,40-Ю8 2Д9-10"3 1,69-10"3 1,39-10"3 1,27-10"3 9,82-10"4

Фа, а-см^с"1 Приборы 2

1э, мА

5 10 20 30 50

1,26-109 4Д7-10"3 3,42-10"3 2,81-Ю"3 2,57-Ю'3 2Д2-10"3

2,34-Ю9 7Д8-10"3 5,87-Ю'3 4,97-10*3 4,46-Ю'3 3,97-10"3

3,96-109 1Д310'2 9,48-Ю"3 8ДЗ-10"3 7,56-Ю"3 6,76-10'3

5,58-109 1,53-КГ2 1,26-Ю"2 1,08-Ю"2 9,73-10"3 8,53-10"3

1,1 АЛО9 2,05-Ю"2 1,74-Ю"2 1,35-Ю'2 1,32-Ю'2 1,17-10"2

9,90-Ю9 2,67-Ю"2 2,20-Ю"2 1,83-Ю-2 1,74-10'2 1,56-Ю"2

Таблица 4.4а

Фа, а-см^с"1 Приборы 3

1э, мА

од 0,3 0,5 1 2

1,8-Ю8 2,78-Ю"3 1,51*10"3 1ДЗ-10"3 8,72-10"4 5,89-Ю'4

3,6-Ю8 З,96*10"3 2,45-Ю-3 2,00-Ю"3 1,55-Ю"3 1,21-Ю"3

7,2-Ю8 6Д9-10"3 4,21-10"3 3,55-10"3 2,83-10"3 2,32-10'3

1,08-109 8,75-Ю'3 6,11-Ю"3 5,26-10"3 4,25-Ю-3 3,54-Ю-3

1,44*109 1,13-1<Г2 8,15-Ю"3 7,05-Ю"3 5,74-Ю'3 4,77-Ю'3

1,8-109 1,34-Ю"2 9,89-Ю'3 8,56-Ю"3 7,05-Ю"3 5,90-10"3

2Д6-109 1,62-10"2 1Д9-10"2 1,04-10"2 8,58-Ю"3 7Д7-10"3

2,7-Ю9 2,02-10"2 1,49-Ю'2 1,28-Ю"2 1,07-10"2 9,00-10"3

3,24-Ю9 2,34-Ю"2 1,76-Ю"2 1,52-Ю"2 1,27-10'2 1,07-Ю"2

4,32-Ю9 2,95-Ю"2 2,22-Ю"2 1,90-10"2 1,61-Ю'2 1,35-Ю'2

Таблица 4.46

Фа, а-см""с" 1 Приборы 3

1э, мА

5 10 20 30 50

1,8-Ю8 4,83-10'4 3,68-Ю"4 3,37-Ю'4 2,88-Ю'4 2,00-10-4

3,6-108 9,75-Ю"4 7,76-10"4 6,82-10'4 6,07-10"4 5,27-Ю"4

Фа, а-см"2с" 1 Приборы 3

1э, мА

5 10 20 30 50

7,2-Ю8 1,84-10"3 1,48-Ю"3 1,35-Ю"3 1Д6-10"3 1,01-Ю"3

1,08-Ю9 2,82-Ю'3 2,33-Ю"3 2,00-Ю"3 1,78-Ю"3 1,55-Ю"3

1,44-109 3,84-10"3 ЗД9-Ю"3 2,75-Ю"3 2,47-Ю"3 2Д8-Ю"3

1,8109 4,69-Ю"3 3,91-10"3 3,25-Ю"3 3,08-Ю"3 2,77-Ю"3

2,16-Ю9 5,73-10"3 4,82-Ю"3 4Д7-Ю"3 3,76-10"3 3,37-Ю'3

2,7-109 7,23-10'3 6,02-Ю"3 5,23-Ю"3 4,79-Ю"3 4,31-Ю"3

3,24-109 8,60-Ю'3 7,25-Ю'3 6,27-Ю"3 5,72-Ю"3 5Д9-Ю"3

4,32-109 1,08-Ю"2 9,16-Ю"3 7,93-Ю"3 7,27-10"3 6,61-Ю"3

Таблица 4.5а

Фа, а-см^с"1 Приборы 4

1э, мА

од 0,3 0,5 1 2

9,78-107 1,91-Ю"3 1,3 6-10"3 1,19-Ю"3 9,06-Ю"4 7,92-10"4

2,45-108 5,42-10"3 4,08-Ю"3 3,69-Ю"3 3,09-Ю"3 2,62-Ю"3

5,38-108 1Д6-10"2 9Д6-Ю"3 8,06-10"3 6,71-Ю"3 5,72-Ю"3

8,32-108 1,80-Ю-2 1,40-Ю"2 1,21-Ю"2 1,00-Ю"2 8,39-Ю"3

1,12-Ю9 2,48-Ю"2 1,90-Ю"2 1,68-10"2 1,40-Ю"2 1Д 8-Ю"2

1,42-109 2,98-Ю"2 2,28-10"2 2,02-Ю"2 1,68-10"2 1,42-Ю"2

2,01-109 4Д8-Ю"2 ЗД9-10"2 2,82-Ю"2 2,34-Ю"2 1,98-Ю"2

Таблица 4.56

Фа, а-см"2с_1 Приборы 4

1э, мА

5 10 20 30 50

9,78-107 5,50-Ю"4 5,96-Ю"4 4,64-Ю"4 4,23-10"4 3,95-10'4

2,45-108 1,94-10"3 1,71-Ю"3 1,43-10"3 1,25-10"3 1,07-Ю"3

5,38-108 4,47-Ю"3 3,78-Ю'3 ЗД7-Ю"3 2,82-Ю"3 2,43-10"3

Фа, а-см^с"1 Приборы 4

1э, мА

5 10 20 30 50

8,32-Ю8 6,65-Ю'3 5,58-Ю"3 4,64-Ю'3 4,17-Ю'3 3,70-10'3

1,12-Ю9 9,17-Ю"3 7,76-Ю"3 6,49-Ю"3 5,82-Ю"3 5,10-Ю"3

1,42-109 1,12-Ю'2 9,39-Ю"3 7,89-Ю'3 7,07-Ю'3 6,20-10'3

2,01-109 1,57-Ю"2 1,32-Ю"2 1,11-Ю"2 9,95-Ю"3 8,53-Ю"3

Таблица 4.6а

Фа, а-см~2с_1 Приборы 5

1э, мА

0,1 0,3 0,5 1 2

1,8-Ю8 8,44-10"4 6,69-Ю"4 5,49-Ю'4 4,18-Ю"4 2,80-10"4

3,6-108 1,92-Ю"3 1,53-Ю"3 1,33-Ю'3 1,09-Ю'3 8,47-10"4

7,2-Ю8 4,26-10'3 3,42-Ю"3 3,00-Ю"3 2,51-Ю'3 2,03-10"3

1,08-109 5,86-Ю"3 4,83-Ю"3 4,37-Ю"3 3,64-Ю"3 3,06-Ю"3

1,44-109 7,64-Ю"3 6,30-Ю"3 5,61-Ю"3 4,78-Ю'3 4,03-10"3

1,8-109 1,00-Ю"2 8,12-10"3 7,19-Ю"3 5,96-Ю"3 5,18-Ю'3

2,16-Ю9 1,18-Ю"2 9,60-Ю"3 8,56-Ю'3 7,16-Ю'3 6,22-10"3

2,7-109 1,45-10"2 1,16-Ю"2 1,03-Ю'2 8,61-Ю"3 7,46-10'3

3,24-109 1,71-Ю"2 1,38-Ю"2 1,23-Ю'2 1,05-Ю"2 9,03-Ю"3

4,32-109 2,24-Ю"2 1,81-Ю"2 1,60-Ю'2 1,38-Ю'2 1,20-10'2

Таблица 4.66

Фа, а-см^с"1 Приборы 5

1э, мА

5 10 20 30 50

1,8-108 2,14-Ю"4 1,59-Ю'4 1,05-Ю'4 6,78-Ю'5 6,63-10'5

3,6-108 6,80-Ю"4 5,49-Ю"4 4,40-Ю'4 3,81-Ю'4 3,62-Ю"4

7,2-108 1,63-10"3 1,36-Ю"3 1,16-Ю"3 1,07-Ю"3 1,03-10"3

1,08-109 2,44-Ю-3 2,04-10'3 1,74-Ю'3 1,60-Ю'3 1,56-Ю'3

Фа, а-см^с"1 Приборы 5

1э, мА

5 10 20 30 50

1,44-109 3,23-10"3 2,71-10"3 2,33-Ю"3 2,15-Ю'3 2,11-Ю"3

1,8-10® 4,21-Ю-3 З,5210~3 3,05-10"3 2,81-Ю-3 2,76-Ю"3

2,16-Ю9 5,04-Ю"3 4,24-Ю-3 3,71-Ю"3 3,42-10*3 3,37-10"3

2,7-Ю9 6,06-Ю"3 5,08-Ю"3 4,52-Ю'3 4,22-10"3 4,19-Ю-3

3,24-109 7,30-10*3 6,21-Ю"3 5,45-Ю-3 5,09-10"3 5,09-Ю"3

4,32-109 9,67-Ю"3 8,19-Ю"3 7,22-10"3 6,79-10'3 6,93-10'3

Таблица 4.7а

Ф а-см"2с_1 Приборы 6

1э, мА

0,1 0,3 0,5 1 2

1,8-108 1,87-Ю'3 1,51-Ю"3 1,34-Ю"3 1,22-Ю"3 1,01-Ю"3

3,6-108 3,77-10"3 2,79-Ю'3 2,53-10"3 2,14-Ю"3 1,86-10"3

7,2-Ю8 7,18-Ю"3 5,78-Ю'3 5,24-Ю"3 4,46-Ю"3 3,88-10"3

1,08-109 1,03-10'2 8,41-Ю"3 7,57-10"3 6,47-10'3 5,60-Ю'3

1,44-109 1,37-Ю"2 1,12-Ю"2 9,89-Ю"3 8,62-10"3 7,46-10"3

1,8-10® 1,63-Ю-2 1,33-10"2 1Д8-10'2 1,04-10'2 8,96-Ю"3

2,16-10® 1,96-Ю"2 1,61-Ю"2 1,44-10"2 1,25-10"2 1,08-10"2

2,7-10® 2,42-Ю"2 1,99-Ю"2 1,78-Ю"2 1,54-Ю-2 1,34-1 О*2

3,24-10® 2,88-Ю'2 2,33-Ю-2 2,14-Ю"2 1,86-10"2 1,61-Ю-2

Таблица 4.76

Фа, а-см"2с-1 Приборы 6

1э, мА

5 10 20 30 50

1,8-Ю8 8,03-Ю-4 6,44-Ю'4 5,39-Ю'4 4,44-10"4 3,35-Ю"4

3,6-Ю8 1,50-Ю"3 1,23-Ю"3 1,03-10'3 8,99-Ю"4 1,89-Ю"4

7,2-108 3,13-Ю"3 2,63-Ю'3 2,22-1 О*3 1,99-Ю'3 1,03-10"3

Фа, cx-cm'V1 Приборы 6

1э, мА

5 10 20 30 50

1,08-Ю9 4,52-Ю"3 3,73-10"3 ЗД6-10'3 2,83-Ю-3 1,76-10'3

1,44-109 6,01-Ю"3 5,04-Ю'3 4,31-Ю"3 3,89-Ю-3 2,78-Ю"3

1,8-109 7,21-Ю-3 6,04-Ю-3 5Д2-10"3 4,60-Ю"3 3,37-10"3

2,16-Ю9 8,69-Ю'3 7,28-Ю"3 6,16-Ю"3 5,55-Ю"3 4,25-10'3

2,7-Ю9 1,08-КГ2 9,11-Ю'3 7,72-Ю"3 7,01-Ю'3 5,61-Ю"3

3,24-109 1,30-Ю'2 1,10-Ю"2 9,34-Ю"3 8,48-Ю'3 7,03-10"3

Как видно из рисунков при небольших значениях интегральных потоков а-частиц наблюдается небольшой вклад поверхностной составляющей, при больших значениях интегрального потока наблюдается линейная зависимость.

Таким образом, определив тангенс угла наклона на зависимостях AR(O) при альфа и нейтронном воздействиях, можно определить реком-бинационные потери Дг, приведенные к единичному потоку излучения. В таблицах 4.8 - 4.13 приведены значения Лгц и Дг„, при альфа и нейтронном воздействиях соответственно, для исследуемых приборов. На рис. 4.7 и 4.8 представлены зависимости Дга и Дгп от плотности тока соответственно для прибора 3.

0.035 0.03 0.025 0.02 0,015 0.01 0.005

0 1.00е+10 2.00е+10 3.00е+ю 4.00е+10

Фа, а/см2

Рис. 4.1 Зависимость рекомбинационных потерь при токе 1Э = 10 мА от интегрального потока а -частиц для прибора 1

0.025

0,015

0.005

0 5е+09 1е+10 1.5е+10 2е+10

Фа, а/см2

Рис. 4.2 Зависимость рекомбинационных потерь при токе 1Э = 10 мА от интегрального потока а -частиц для прибора 2

Фа, а/см2

Рис. 4.3 Зависимость рекомбинационных потерь при токе 1Э = 10 мА от интегрального потока а -частиц для прибора 3

Фа, а/см2