Физика \ Воздействие излучений на вещество

Влияние ионизирующего излучения на параметры изделий электронной техники: Методические разработки, страница 8

Рис. 3. Деградация параметров кремния n-типа с удельным сопротивлением 1 Ом×см  в результате облучения его нейтронами (E>10 кэВ) при температуре, близкой к комнатной.

Фn – доза нейтронов на 1 см2

 Из рис.3 следует, что деградация подвижности становится достаточно сильной лишь после облучения кремния нейтронами дозой (Фn) выше 1015 см-2. При таком значении дозы концентрация носителей падает практически до нуля как в кремнии, полученном зонной плавкой (FZ), так и в выращенном в кварцевых тиглях (CG). Доза нейтронов, после которой деградация времени жизни становится сильной, зависит как от начального значения времени жизни t0, так и от уровня инжекции при измерении. Кривая Li - к случаю низкого уровня инжекции и t0=10-6. Кривая HI - к случаю высокого уровня инжекции при t0=10-9S, - характерна  для транзистора, легированного золотом. Как показывают данные рис.3, ухудшение характеристик большинства кремниевых приборов при облучении обусловлено в основном эффектами удаления носителей и деградацией времени жизни. Удаление носителей приводит, например, к увеличению напряжения насыщения у мощных биполярных транзисторов и к снижению частоты fS у СВЧ - транзисторов. Оба явления возникают из-за возрастания, последовательного сопротивления коллектора, что вызвано уменьшением концентрации носителей в слабо легированной коллекторной области. Рис. 4. иллюстрирует экспериментально, наблюдаемый эффект уменьшения частоты fS в кремниевом СВЧ - приборе.

Рис. 4. Снижение частоты отсечки fS у транзистора при облученииего нейтронами (эмиттерная область легирована фосфором). По оси абцисс - доза нейтронов

 Под действием облучения нейтронами величина fS снижается, причем сильнее всего при малых значениях напряжения коллектор-эмиттер VCE. Возрастание последовательного сопротивления коллектора, обусловленное удалением носителей, уменьшает обратное смещение перехода коллектор-база при малых значениях VCE в результате чего происходит уширение базовой области за счет коллекторной (эффект Кирка). Это увеличивает накопление заряда в базе после облучения и тем самым снижает частоту fS. При относительно больших напряжениях Vс3(25V) обратное смещение коллектор-база оказывается достаточным, чтобы препятствовать расширению базовой области при данном уровне тока, пока дозы нейтронов не окажутся значительно более высокими.  Уширение базовой области приводит к нелинейной зависимости между токами эмиттера и коллектора. Соответственно искажается форма токового сигнала на коллекторе, а выходная мощность после облучения уменьшается. Изменение мощности непосредственно связано с увеличением сопротивления коллектора, вызванным удалением носителей. В результате происходит смещение рабочей точки прибора по мере облучения. Радиационные нарушения, созданные нейтронным облучением и связанные со смещением атомов решетки из узлов, приводят к появлению дополнительных рекомбинационных центров во всем объеме биполярного транзистора, что вызывает увеличение тока базы и уменьшает усиление прибора. Для транзистора со структурой n-p-п полный ток базы может быть записан в виде

.

 Как видно из этого выражения, полный ток базы определяется рекомбинацией во всех областях прибора. Здесь учтены следующие процессы:

  1. рекомбинация в нейтральной эмиттерной области (вклад эмиттера в ток базы включает весь ток обратной инжекции из базы в эмиттер);
  2. рекомбинация в слое объемного заряда перехода эмиттер-база;
  3. рекомбинация в нейтральной области базы;
  4. рекомбинация в коллекторной области;
  5. поверхностная рекомбинация (t - время жизни для каждой области прибора).
Скачать файл