В работе исследовано влияние различных доз -облучения на электронные свойства (работу выхода электрона, РВЭ) пластин кремния КДБ-12. Оценка электронных свойств материала проводилась в атмосферных условиях методом статического ионизированного конденсатора. Влияние -облучения на материал заключается в изменении удельного заряда его поверхности.

 

РВЭ

 

Показано, что радиационные поражения локализованы в узком (толщиной 150-300 А) приповерхностном слое, расположенном на границе раздела Si - Si02. Наличие положительного заряда на поверхности необлученных образцов объясняется присутствием сорбированных молекул воды. 

Адсорбция последних происходит даже при нормальных условиях вследствие нестехеометричности структуры оксидной пленки и, как следствие, высокой концентрации дефектов на границе раздела Si-Si02. Поверхностный заряд, обусловленный этими причинами, значительно (на величину -0,5 эВ) снижает РВЭ из приповерхностного слоя материала, по сравнению с ее объемным значением. После у -облучения дозой менее 104 рад, наблюдается незначительное изменение РВЭ, которое связано, вероятно, с десорбцией слабо связанных молекул воды.

При воздействии на материал доз 105-108 рад, происходит диссоциация поверхностных водных кластеров, образование ионов и ОН. Ионы водорода удаляются с поверхности, а гидро-ксильные группы создают на ней отрицательный заряд. Вследствие этого, суммарный заряд уменьшается до нуля, а значение РВЭ приближается к объемному. Указанные изменения максимальны для образцов с толщиной оксидной пленки 100-200 А и незначительны для пленок толщиной 1500-2000 А. Наблюдаемые эффекты изменения РВЭ обратимы. Восстановление начального значения РВЭ после радиационного воздействия при комнатной температуре происходит за 20-30 суток при влажности 60 и за 1-2 суток при влажности 100.

Параметрами, определяющими выбор материала для детекторов ионизирующего излучения являются порядковый номер элемента, времена жизни носителей в зонах нелокализованных состояний, подвижность носителей, пороговая энергия образования неравновесной электронно-дырочной пары, удельные потери энергии частицей либо квантом, пороговая энергия образования дефектов и токи утечки. В работе дан теоретический анализ сравнительных удельных энергетических потерь и сечений взаимодействий микрочастиц с твердым телом в диапазоне энергий 1 кэВ.Ю0 ГэВ для ряда потенциально интересных материалов (Si, GaAs, С, Ge, CdS, PbS, CdTe). Анализ потенциально интересных детекторных материалов показал, что при решении ряда задач, следует отдать предпочтение арсениду галлия.

В частности, это справедливо и при регистрации высокоэнергетических электронов, а также у - квантов с энергиями большими 100 МэВ. В то же время, эксперименты показывают, что и при спектрометрии а - частиц с энергиями 5 МэВ, качество эпитаксиального арсенида галлия как спектрометрического материала практически не уступает кремнию. Результаты анализа энергетических потерь микрочастиц, с учетом вторичных процессов преобразования (микрочастица - кванты - неравновесные электроны и дырки) и всех механизмов потерь энергии, позволили рассчитать количество неравновесных пар приходящихся на одну частицу (квант). С учетом эффективности выноса неравновесных носителей из объема материала во внешнюю цепь, вычислен выходной ток детектора, знание которого необходимо при конструировании схем первичной обработки сигналов с датчиков ионизирующих излучений. Результаты сопоставлены с экспериментальными результатами по спектроскопии а - частиц и фликер-шума.

Исследование kink эффекта в n-МОП транзисторе на КНИ-структуре с помощью пакета приборно-технологического моделирования ISE TCAD

Физика работы КНИ МОП-транзисторов сильно зависит от толщины кремниевой пленки. В частности возникновение kink эффекта обусловлено накоплением носителей заряда под каналом (в п-канальных дырок, в р-канальных электронов) из-за того, что активная подложка не заземлена, то есть является плавающей и вследствие ударной ионизации происходит генерация электрон дырочных пар. В случае n-канального транзистора, в нем происходит накопление дырок что приводит к повению эффективного потенциала подложки и увеличению тока стока. Kink эффект наблюдается только в частично обедненных транзисторах, а в полностью обедненных этот эффект отсутствует, так как не происходит накопление носителей. Частично обедненные КНИ МОП-транзисторы с плавающей подложкой могут быть адекватно описаны только с помощью гидродинамической транспортной модели, потому что они чувствительны к потенциалу подложки.

Простая дрейфово-диффузионная модель дает завенную оценку для ударной ионизации, потому что она пренебрегает нелокальными эффектами. В пределах дрейфово-диффузионной модели скорость ударной ионизации является функцией электрического поля, в то время как в гидродинамической модели электрическое поле разогревает носители заряда, и скорость ударной ионизации является функцией эффективной температуры носителей. Было проведено моделирование n-канального транзистора с использованием гидродинамической модели с помощью программы приборно-технологического моделирования ISE TCAD. В результате моделирования были получены выходные характеристики, при различной концентрации примеси в пленке и толщине пленки кремния.