Основные последствия влияния облучения на электронные материалы - ионизация и смещение атомов – вызывают различные изменения в кремниевых приборах. При бомбардировке кремния фотоны и заряженные частицы могут вызвать смещение атомов из положения равновесия. В случае фотонов этот процесс реализуется за счет появления комптоновских электронов с довольно большой энергией, которые затем взаимодействуют с ядрами мишени. До тех пор, пока ядрам передается минимальная энергия (для кремния 21 эВ), будет происходить смещение атомов. Отсутствие атома в своем нормальном положении - в узле решетки - трактуется как вакансия. Это первый вид радиационного дефекта. В облученном кремнии могут встречаться различные типы дефектов. Элементарные дефекты иногда называют точечными или изолированными. Возможно возникновение областей с большим числом достаточно близко расположенных дефектов. Такая область называется кластером дефектов или каскадом смещений. Когда смещенный атом попадает между узлами решетки, возникший дефект называют междоузлием. Комбинация вакансия - междоузлие называется парой Френкеля или неразделенной парой. Две соседние вакансии образуют дефект, называемый дислокацией. Существуют также и дву-междоузлия. В облученном кремнии иногда встречаются сравнительно большие локальные скопления вакансии. Если вакансии и междоузлия соседствуют с атомами примеси, то они могут образовывать новые виды элементарных дефектов. Такие дефекты называются комплексами дефект-примесь. Если падающая частица передала смещенному атому довольно большую энергию, то первично выбитый атом может произвести целый ряд дополнительных смещений и вызвать образование области разупорядочения, или кластера дефектов. Этот процесс может происходить, если энергия падающих нейтронов лежит в диапазоне нескольких МэВ. При таких же энергиях электроны и фотоны способны образовать в кремнии, главным образом, изолированные дефекты. Согласно физике полупроводников, атомы примеси в решетке кремния имеют дискретные уровни энергии, которые лежат в запрещенной зоне между минимумом зоны проводимости и максимумом валентной зоны. Как правило, любое нарушение периодичности решетки может привести к возникновению некоторых уровней энергии в запрещенной зоне. К их появлению приводят, в частности, радиационные дефекты, и именно эти дефектные состояния или центры оказывают наибольшее влияние на электрические свойства полупроводниковых приборов. Итак, последовательность событий, в результате которых происходит деградация при облучении, такова:
На рис.1 показаны пять событий, которые могут происходить из-за того, что в запрещенной зоне кремния существуют радиационно генерированные центры. Первый процесс - это термическая генерация электронно-дырочных пар вблизи запрещенной зоны. Этот процесс можно рассматривать как переход (под действием теплового возбуждения) связанного электрона из валентной зоны на уровень дефекта с последующим переходом этого электрона в зону проводимости. Этим создается свободная электронно-дырочная пара. Этот же процесс можно считать и переходом (эмиссией) дырки с центра, сопровождаемым переходом электрона. Значительный вклад в генерацию носителей дают только центры с уровнем энергии вблизи середины зоны. Как только положение уровня энергии сдвигается от середины зоны, происходит экспоненциальное уменьшение скорости генерации. Кроме того, процессы испускания преобладают над процессами захвата на уровне дефекта только в том случае, когда концентрации свободных носителей значительно меньше равновесного количества носителей. Поэтому тепловая генерация электронно-дырочных пар через радиационно-индуцированные центры вблизи середины зоны играет важную роль в тех областях прибора, где происходит обеднение. В кремниевых приборах Вклад таких центров проявляется в увеличении токов утечки.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.