Теоретичні методи дослідження структури матеріалів та електрофізичних характеристик елементів інтегральних схем при дії рентгенівського, гама та нейтронного випромінювання. Засоби підвищення радіаційної стійкості елементів твердотільної електроніки.
При низкой оригинальности работы "Електричні параметри елементів інтегральних схем в умовах дії радіації", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Застосування мікроелектроніки в енергетиці, транспорті, апаратурі Чорнобильської зони, космічному приладобудуванні, військовій техніці і інших виробах твердотільної електроніки, якими укомплектовується радіоелектронна апаратура, у системах керування ядерними енергетичними установами, визначає значний інтерес спеціалістів і інженерів до проблеми зміни параметрів інтегральної схемотехніки при опроміненні. Проблемі формування і поширення електричних сигналів у структурах інтегральних схем (ІС) при опромінюванні присвячено небагато досліджень. Комплексне визначення фізико-електричних процесів в опромінених елементах твердотільної електроніки і тих, що опромінюються, на основі встановлення закономірних звязків між процесами радіаційного дефектотворення і електричними процесами в інтегральних схемах, і на основі досліджуваних і виявлених під час досліджень нових електрофізичних явищ запропонувати і розробити методи підвищення радіаційної стійкості. Дослідити зміну нелінійних властивостей компонентів ІС: металевих, напівпровідникових, електронно-діркових і транзисторних структур під впливом потоків гамма-квантів та нейтронів і їх вплив на параметри ІС. Достовірність отриманих наукових результатів визначається співпаданням отриманих експериментальних результатів при використанні незалежних методів дослідження ІС та їх компонент, забезпечується використанням строгих методів теорії електронно-діркових переходів та ІС, апробацією на наукових семінарах і конференціях, публікаціями у наукових журналах і тематичних збірниках, упровадженням на СКТБ “Елемент” м.Електричний сигнал також зазнає впливу електричного поля цих областей, тобто він деформується, бо периферія і ядро змінює свою геометричну форму та розміри (рис. У третьому розділі - “Нелінійні властивості опромінених резисторів ІС і p-n структур” - запропоновано задачу вивчення оптичних процесів в напівпровідникових структурах ІС при опроміненні ?-частинами, протонами, іонами, нейтронами та їх впливу на радіаційну стійкість. Дослідження механічних властивостей малодислокаційного (102 см-2) кремнію при ?-опроміненні показало вплив виникаючого ІК освітлення на електричні та механічні властивості n-, р-кремнію, на внутрішній фотоефект, що повязано з зарядовим станом дислокацій та областей радіаційного дефектоутворення. Вплив рентгенівського, гама та нейтронного опромінення на фоточутливі характеристики p-n структур визначився їх деградацією, зміною прямої та зворотної вітки ВАХ, зміною часу життя неосновних носіїв зарядів. Різниця в характері зміни рівня третьої гармоніки в резисторах, ізольованих р-n переходом і шаром окислу, пояснюється розупорядкованими областями, розташованими поруч р-n переходу або шаром оксиду, який ізолює резистор.В наслідок проведення експериментальних, модельних досліджень та теоретичного аналізу встановлено, що динамічні процеси радіаційного дефектотворення в напівпровідниках, металах, резисторах ІС, ємностях ІС, p-n переходах та транзисторних структурах ІС впливають визначально на параметри ІС, що і дало можливість зробити наступні висновки: Вперше проаналізовано оптичне випромінювання, яке виникає при взаємодії високо енергетичних частинок з кремнієм, його поширення в структурах ІС і вплив на електричні параметри p-n переходів і р-n-р структур. Отримані експериментальні результати по вивченню характеристик елементів твердотільної електроніки (транзистори, діоди, резистори), що є нелінійними і змінюються в процесі опромінення високоенергетичними частинками (як окремих так і елементів, що входять до складу ІС). На основі вивчення нелінійних процесів в опромінених структурах вперше установлена висока інформативність про степінь радіаційного пошкодження матеріалу третьої гармоніки (зміна досягає 600% порівняно з величиною опору де зміна 2-6%). При цьому в обємі утворюється сферичний тепловий центр в вигляді термічного пика і парних центрів кристалізації, що можна пояснити генерацією електроно-позитроних пар при взаємодії гама-квантів з напівпровідниками. На основі вивчення нелінійних процесів в опромінених напівпровідниках реалізовано спосіб виміру дози і флюенса високоенергетичних частинок з допомогою мікродатчиків, які можна розмістити в конструкціях реактору та інших механізмах, які знаходяться в полі високоенергетичного випромінювання.
План
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЙНОЇ РОБОТИ
Вывод
В наслідок проведення експериментальних, модельних досліджень та теоретичного аналізу встановлено, що динамічні процеси радіаційного дефектотворення в напівпровідниках, металах, резисторах ІС, ємностях ІС, p-n переходах та транзисторних структурах ІС впливають визначально на параметри ІС, що і дало можливість зробити наступні висновки: Вперше проаналізовано оптичне випромінювання, яке виникає при взаємодії високо енергетичних частинок з кремнієм, його поширення в структурах ІС і вплив на електричні параметри p-n переходів і р-n-р структур. Експериментально встановлено збільшення до 300% часу розсмоктування транзисторів та до 200% часу затримки сигналів в ІС. Показано, що транзистори опромінені дозою 1012н ? см-2 при дальнішому опромінені нейтронами (5·1013н ? см-2) змінюють параметри значно менше, чим неопромінені. Енергія нейтронів - 14 МЕВ.
Вперше сформульовані і досліджені закономірності явища перерозподілу енергії між першою, другою і третьою гармонійними складовими сигналу, що поширюється у опромінених ІС, в елементах твердотільної електроніки. Отримані експериментальні результати по вивченню характеристик елементів твердотільної електроніки (транзистори, діоди, резистори), що є нелінійними і змінюються в процесі опромінення високоенергетичними частинками (як окремих так і елементів, що входять до складу ІС). На основі вивчення нелінійних процесів в опромінених структурах вперше установлена висока інформативність про степінь радіаційного пошкодження матеріалу третьої гармоніки (зміна досягає 600% порівняно з величиною опору де зміна 2-6%). Метод вивчення зміни гармонійних складових при опромінені може бути перспективною методикою для дослідження природи радіаційних дефектів.
Вперше отримані експериментальні результати по утворенню дефектів при гама-опроміненні в аморфних структурах германія і кремнію внаслідок процесів вибухової кристалізації. При цьому в обємі утворюється сферичний тепловий центр в вигляді термічного пика і парних центрів кристалізації, що можна пояснити генерацією електроно-позитроних пар при взаємодії гама-квантів з напівпровідниками.
Показано, що термоелектротренуваня підвищує стійкість ІС до радіаційних впливів і наведене термодинамічне пояснення цьому явищу.
Експериментально установлено, що використання іонного легування, хоча і веде до виникнення значної концентрації дефектів при поверхневому шарі кремнію, підвищує РС більш чим на 30%. Це повязано з виключенням поверхневих дефектів з процесу термічної дифузії і утворенням нових витоків для радіаційних дефектів. Запропонована технологія підвищення РС ІС.
На основі вивчення нелінійних процесів в опромінених напівпровідниках реалізовано спосіб виміру дози і флюенса високоенергетичних частинок з допомогою мікродатчиків, які можна розмістити в конструкціях реактору та інших механізмах, які знаходяться в полі високоенергетичного випромінювання. Розроблено пристрій для дистанційного виміру параметрів електронно-діркових переходів і ІС які опромінюються в горизонтальному каналі ядерного реактора [14, 15].
ПЕРЕЛІК опублікованих праць за темою дисертації
Викулина Л.Ф., Храмов Е.Ф. Метод компенсации действия радиации на магнитоуправляемые микросхемы // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. - 2001. - №4-5. - С. 49-50.
Пелихатий М.М., Гнап А.К., Храмов Є.П., Прохоров Г.В., Коваленко М.Й., Сухова Т.П., Рохманов М.Я. Області розупорядкування в напівпровідниках // Вісник ХНУ ім. В.Н.Каразіна, №574, серія фізична “Ядра, частинки, поля”, випуск 4/20/2002. - С. 81-88.
Гнап А.К., Коваленко Н.И., Храмов Е.Ф., Прохоров Г.В. Моделирование изменения частотных свойств транзисторных структур // Системи обробки інформації. Збірник наукових праць. Вип. 3(19), м. Харків, НАНУ, ПАНИ, ХВУ. - 2002. - С. 13-21.
Храмов Є.П., Прохоров Г.В., Гнап А.К. Растрова електронна мікроскопія вибухової кристалізації в напівпровідникових плівках // Технология приборостроения. - 2002. - №2. - С. 3-6.
V.G.Volkov, V.D.Ryznikov, A.K.Gnap, N.I.Kovalenko, V.V.Chernikov, E.F.Khramov Optical processes in silicon and microelectronic structures based there on upon interaction with high-energy radiation // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (83). - 2003. - №3. - С. 154-157.
Храмов Е.Ф., Прохоров Г.В., Пелихатый Н.М., Гнап А.К. Взрывная кристаллизация тонких пленок полупроводников при облучении g-квантами // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. - 2003. - №2. - С. 58-60.
Викулин И.М., Храмов Е.Ф., Прохоров Г.В., Гнап А.К. Микронеоднородности поверхности ионно-легированного слоя кремния // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. - 2003. - №1. - С. 55-58.
Викулин И.М., Прохоров Г.В., Храмов Е.Ф., Коваленко Н.И. Отбор радиационно стойких интегральных микросхем // Труды V Международной научно-практической конференции “Системы и средства передачи и обработки информации” Академия связи Украины, ОНАС им. А.С. Попова, 4-9 сентября 2001 г., г. Одесса. - С. 58-59.
Храмов Е.Ф., Прохоров Г.В., Пелихатый Н.М. Способ измерения дозы высокоэнергетического излучения // Труды V Международной научно-практической конференции “Системы и средства передачи и обработки информации” Академия связи Украины, ОНАС им. А.С. Попова, 4-9 сентября 2001г., г. Одесса. - С. 68-69.
Коваленко Н.И., Храмов Е.Ф., Гнап А.К. Нелинейность характеристик электронно-дырочных переходов, подвергнутых воздействию высокоэнергетичных частиц // Додаток до журналу 4,5 2002р Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. Матеріали виступів (тези доповідей) учасників 15-ї Міжнародної школи-семінару “Перспективні системи управління на залізничному, промисловому та міському транспорті” (м. Алушта, 13-20 вересня 2002 р.). - С. 25.
Прохоров Г.В., Храмов Е.Ф., Коваленко Н.И. Диагностика надежности и качества слоистых полупроводниковых структур на основе комплексных измерений, включающих 1/f // 1-а Українська наукова конференція з фізики напівпровідників.-м.Одеса, 10-14 вересня 2002 р. - Том 1. - С. 161-162.
Пелихатый Н.М., Коваленко Н.И., Храмов Е.Ф., Гнап А.К. Оптичні дослідження мікронеоднородностей плівок германію, опромінених гамма-квантами // Сучасні проблеми науки та освіти. Матеріали 3-ї Міжнародної міждисциплінарної науково-практичної конференції 1-9 травня 2002. - С. 19.
Патент України №51923А, G21K5/08. Спосіб аналізу та контролю поля високоенергетичного випромінювання / Гнап А.К, Храмов Є.П., Коваленко М.Й. Бюл. №12, 2002 р.
Патент України №63158А, G01R29/00. Пристрій для дистанційного дослідження зразків / Гнап А.К., Коваленко М.Й., Прохоров Г.В., Храмов Є.П., Бюл. №1, 2004 р.
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
