СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 2010-5

висимость порогового напряжения от поглощённой дозы гамма излуче ния для кремниевых МОП транзис торов приведена на рисунке 4. Величина изменения (сдвига) по рогового напряжения Δ V TH сильно за висит от толщины окисла, применя емых технологических процессов формирования МОП транзисторов и напряжения на затворе транзистора во время воздействия гамма излуче ния. Если сдвиг порогового напряже ния обусловлен только положитель ным зарядом окисла, то справедливо выражение [10, 11]: Δ V TH = –0,038D γ T 2 OX P T . (3) Таким образом, гамма облучение ухудшает параметры интегральных транзисторов, в том числе: ● пороговое напряжение как n МОП, так и p МОП транзисторов уменьша ется при малых поглощённых дозах, прибольших поглощённых дозах по роговое напряжение p МОПпродол жает уменьшаться, а n МОП начина ет увеличиваться, причём крутизна МОП транзисторов с любым типом проводимости канала при большой поглощённой дозе уменьшается; ● встроенный положительный заряд в окисле приводит к появлению уте чек сток–исток в n МОП транзисто рах и коллектор–эмиттер в n–p–n транзисторах вдоль любых слаболе гированных областей p типа прово димости; ● статический коэффициент переда чи тока в схеме с общим эмиттером ( β ) биполярных транзисторов (БТ) уменьшается. Если на БТ воздей ствует низкоэнергетическое излу чение, то спад β в основном обу словлен усилением рекомбинаци онных процессов в увеличившихся областях пространственного заря да на поверхности, площадь кото рых и, следовательно, спад уси ления прямо пропорциональны пе риметру эмиттерного перехода n–p–n БТ. Воздействие потока нейтронов вы зывает появление радиационных де фектов, что значительно влияет на электрофизические характеристики полупроводникового материала, а именно: уменьшаются время жизни не основных носителей заряда, концент рация основных носителей заряда и подвижность [11–14]. Эти изменения могут частично восстанавливаться с течением времени в зависимости от температуры полупроводника (отжи гаться). Принейтронномоблученииизменя ются параметры полупроводниковых приборов, а именно: ● уменьшается коэффициент переда чи тока β , увеличиваются обратные токи и напряжение насыщения БТ; ● деградация усиления биполярных транзисторов прямо пропорцио нальна временипролёта неосновных носителей заряда через базовую об ласть; ● возрастает дифференциальное соп ротивление диодов в прямомнаправ лении, прямое падение напряжения диодов, обратное напряжение про боя и обратные токи; ● при высоких уровнях облучения поч ти полностью исчезают выпрями тельные свойства диода; ● изменение параметров МОП и ПТП транзисторов незначительно. К ОНСТРУКТИВНО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ МИКРОСХЕМ , МАЛОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ К РАДИАЦИОННОМУ ОБЛУЧЕНИЮ Существенно увеличить радиацион нуюстойкостьмикросхемвозможнопу тём применения известных схемотех нических и конструктивно технологи ческих решений [5–7, 15–19], в том числе для сохранения работоспособ ности при гамма облучении рекомен дуется: ● использовать в качестве подложки МОП схем тонкую слаболегирован ную эпитаксиальную плёнку (кар ман), расположеннуюна сильнолеги рованной подложке (скрытом слое), илиприменять диэлектрическуюизо ляцию интегральных элементов для устранения эффекта «защёлкивания» p–n–p–n структур, возникающегоиз за протекания фототоков; ● формировать резисторы на сильно легированных полупроводниковых слоях или применять тонкоплёноч ные резисторы; ● уменьшать толщину окисла; ● максимально увеличивать концент рацию примеси в областях p типа проводимости; ● вокруг n МОП транзисторов форми ровать сильнолегированные охран ные кольца p типа проводимости; ● исключать контактn+ эмиттернойоб ласти БТ с окислом; ● уменьшать периметр n+ эмиттерной области; ● максимально увеличивать плотность эмиттерного токаБТ за счёт уменьше ния площади эмиттера; ● эмиттериколлектор горизонтальных p–n–p транзисторов выполнять с по мощью сильнолегированных полу проводниковых областей. Для снижения чувствительности па раметров к нейтронному облучению целесообразно формировать БТ с тон кой базовой областью и максимально увеличивать плотность эмиттерного тока. Большинству приведённых требова ний удовлетворяет технологический маршрут (техмаршрут) формирования БТ и ПТП, применённый при изготов лении базового матричного кристалла типа АБМК_1_3 [7]. Сильнолегирован ные p+ резисторы, ПТПс каналомp ти па, n–p–n биполярные транзисторы НАДЁЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО 56 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2010 2 10 2 V TH ,B 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 1,5 1 0,5 0 0,5 1 1,5 2 n МОП p МОП Положительный заряд ловушек Поверхностные состояния Поглощенная доза (рад (Si)) Рис. 4. Зависимость порогового напряжения от поглощенной дозы гамма излучения кремниевых МОП транзисторов [10] ПКК или металл n МОП р тип n+ + + + + – – – – – – – – – + + + + + + + + + + + n+ Исток Затвор Сток Локальный окисел После гамма облучения Исходная 0 1 √ Id 2 0 V TH V GS Подзатворный окисел Рис. 3. Влияние гамма излучения на кремниевый n МОП транзистор и его характеристики [10] © СТА-ПРЕСС