Влияние ионизирующего излучения на параметры изделий электронной техники: Методические разработки, страница 10

 Разработка радиационно-стойких ИС включает в себя четыре основных этапа. Во-первых, следует выбрать тип полупроводниковой техники и технологию изготовления, которые относительно малочувствительны к предполагаемым условиям эксплуатации. Во-вторых, необходимо собрать информацию о поведении изделий, данного типа полупроводниковой техники в условиях, моделирующих радиационную обстановку и предстоящего применения радиационно стойких ИС. Эта информация позволяет количественно оценить влияние окружающих условий на параметры исходных материалов и приборов. На третьем этапе выбирают такие методы разработки схем, которые обеспечивают наименьшую чувствительность характеристик прибора к воздействию радиации. Основой выбора методов служит детальный анализ полупроводниковой техники. Затем эти методы реализуются в конкретной конструкции ИС. Четвертый этап охватывает собственно процесс разработки.  Когда техника уже выбрана, следует определить ее характеристики в условиях эксплуатации. Для правильной оценки и интерпретации результатов исследований требуется понимание основных механизмов взаимодействия излучения с полупроводниковыми материалами и приборами. Под воздействием общей дозы ионизирующего излучения в полупроводниковом материале создаются носители зарядов, часть из которых, будучи захвачена ловушками, приводит к образованию состояний на границе раздела. При прохождении ионизирующего излучения через диэлектрический материал, например оксид, генерируются электронно-дырочные пары. Электроны обладают более высокой подвижностью и исчезают почти мгновенно, тогда как дырки захватываются, создавая накопленный положительный заряд.  Другое важное последствие воздействия общей дозы связано с созданием ловушек на границе раздела - диэлектрик - полупроводник. В граничных ловушках захватываются дырки в материале p-типа и электроны в материале n-типа. Такие ловушки одновременно увеличивают скорость поверхностной рекомбинации на границах раздела, из-за чего в переходах, выходящих на эти поверхности, возрастает ток утечки. Такой ток утечки может существенно снизить коэффициент передачи тока горизонтальных биполярных приборов и увеличить общую утечку в кристалле в биполярных ИС.  Третья основная проблема при создании радиационно-стойких ИС - поиски путей оптимизации схемотехнических решений с целью обеспечения надежной работы при воздействии ионизирующих излучений. Преобладающее влияние суммарной дозы на биполярные транзисторы сводится к ухудшению их усилительных свойств, обусловленное снижением времени жизни неосновных носителей в базе транзисторов. Однако биполярные транзисторы довольно чувствительны к сбою за счет воздействия одиночной частицы (ОС). Чувствительность к одиночному сбою выявлена для обычных биполярных логических схем различных видов, в том числе ТТЛ.  Когда на обычный биполярный n- p - n транзистор, находящийся в закрытом состоянии (V_BE<0,7 В), падает частица высокой энергии, электроны из ионного трека перемешаются по направлению к коллекторному электроду под действием положительного смещения коллектора и сильного поля (рис. 7). Перенос электронов из области подложки понижает напряжение коллектора, переводя его в состояние низкого логического уровня.