СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 2010-5

НАДЁЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО мально надёжным и дешёвым спо собом. Применение СвК позволяет обес печить [4]: ● значительное увеличение выпол няемых функций в единице объёма и веса; ● снижение энергопотребления; ● создание уникальных аналого цифровых систем; ● значительное уменьшение себе стоимости проектов и сроков реа лизации за счёт сокращения ква лификационных испытаний. Дополнительным преимуществом микроэлектронных систем в виде СвК является возможность парал лельной работы над различными компонентами разработчиков, спе циализирующихся в узком направле нии электроники (ВЧ устройства, прецизионные аналоговые микро схемы, антенны, датчики и др.), а так же возможность применения в одном изделии разных технологий, несов местимых при изготовлении полу проводниковых микросхем. Так, для обеспечения максимального быстро действия цифровых устройств целе сообразно применение КМОП эле ментов с минимальным размером 0,18 или 0,09 мкм, в прецизионных аналоговых блоках – биполярной или биполярной/МОП технологии, в малошумящих усилителях – полевых транзисторов с p–n переходом (ПТП), в ВЧ устройствах – транзисторов, сформированных на арсениде галлия и др. С нашей точки зрения, СвК являют ся наиболее перспективным видом реализации микроэлектронных сис тем, содержащих высококачествен ные аналоговые компоненты, осо бенно для работы в условиях радиа ционного воздействия. В ЛИЯНИЕ ПРОНИКАЮЩЕЙ РАДИАЦИИ НА ПАРАМЕТРЫ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ При проектировании радиационно стойких микросхем необходимо учи тывать зависимость параметров интег ральных элементов от вида (гамма из лучение, поток нейтронов или иных частиц) и характеристик (поглощён ная/экспозиционная доза, мощность дозы, величина потока частиц и их энергия) радиационного облучения. Гамма излучение обычно оказывает слабое влияние на объём кремния, но вызывает значительные переходные процессы (фототоки) из за генерации электронно дырочных пар. Поврежде ния объёма полупроводника наступа ют только при большой энергии кван тов облучения. Главным образом, воз действие гамма излучения приводит к появлению положительного заряда в окисле и поверхностных состояний на границе раздела Si–SiO 2 при большой величине поглощённой дозы. Захваченный ловушками в окисле положительный заряд индуцирует от рицательный заряд в кремнии на гра нице раздела Si–SiO 2 , который может создать области обеднения, инверси онный слой в кремнии p типа или об ласть обогащения в кремнии n типа (см. рис. 1). Если инверсионный слой соединяет две области n типа, находя щиеся при разном потенциале (см. рис. 2), то возможно появление тока утечки. Плотность положительного заряда Q + , захваченного ловушками в окисле на границе раздела (на единицу поща ди, см –2 ), составляет: Q + = 8 × 10 8 D γ T OX P T , (1) где D γ – поглощённая доза гамма из лучения в рад; T OX – толщина окисла в мкм; P T – вероятность того, что генери руемая в окисле дырка будет захвачена ловушкой на границе раздела. Второй значительный эффект, вы зываемый гамма излучением, – гене рация поверхностных состояний на границе раздела Si–SiO 2 . На поверх ности p типа проводимости, применя емой в n МОП транзисторах, поверх ностные состояния заряжаются до нейтральной или отрицательной ве личиныи, таким образом, могут умень шить влияние положительного заряда окисла. Известно, что для области насыще нияМОП транзистора справедливо со отношение [9]: , (2) где I D – ток стока, β – удельная крутизна передаточнойхарактеристики, V GS –на пряжениезатвор–исток, V TH –пороговое напряжение. Следовательно, точка пересечения кривой I D = f ( V GS ) с осью V GS харак теризует пороговое напряжение V TH , а наклон кривой описывает удельную крутизну передаточной характерис тики β (кривая 0 на рис. 3). Влияние гамма излучения на крем ниевыйn МОП транзистори егохарак теристикииллюстрирует рисунок 3 [10]. После воздействия гамма излучения среднего уровня (кривая 1, рис. 3) происходит накопление заряда в окисле вблизи границы раздела, что приводит к уменьшению порогово го напряжения V TH , вплоть до появ ления в транзисторе встроенного ка нала (изменение полярности на пряжения, соответствующего точке пересечения кривой I D = f ( V GS ) с осью V GS ). Появляющиеся при высоком уров не гамма излучения поверхностные состояния уменьшают влияние поло жительного заряда на пороговое на пряжение (пороговое напряжение растёт), но в то же время уменьшают подвижность носителей заряда и кру тизну (кривая 2, рис. 3). Типичная за 55 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2010 Обеднение Обогащение P N Окисел + + + + + + + + Рис. 1. Влияние положительного заряда окисла на p–n переход инверсионные области SiO 2 SiO 2 P P P n+ n+ скрытый слой n+ скрытый слой р подложка Паразитный МОП n эпитаксильный слой n эпитаксильный слой SiO 2 Рис. 2. Области появления инверсионных каналов под воздействием гамма излучения [10] © СТА-ПРЕСС