Объемные ионизационные эффекты в ПП и ИС (ИЭТ) при воздействии импульсного ИИ презентация

06/19/2022
Содержание:
1. Переходные ионизационные реакции (ИР) изделий на воздействия импульса ИИ
2. Зависимость ИР от электрофизических параметров материала и конструктивных особенностей активной области изделия)
3. Влияние на ИР спектрально-энергетических (СЭХ) и амплитудно-временных (АВХ) характеристик импульса ионизирующего излучения
4. Проблемы учета этого влияния при радиационных испытаниях (требования стандартов и реальная ситуация).
5. Учет влияния длительности и формы импульса ИИ на ИР изделий (отечественный и зарубежный подходы к проблеме)

Первичные эффекты при воздействии ИИ
Переходные ионизационные эффекты в ИС обусловлены кратковременной ионизацией объемов элементов импульсными ИИ и проявляются в форме ионизационной реакции.
По причине возникновения переходные ионизационные эффекты разделяют на первичные – обусловленные непосредственно энергией излучения и паразитные (вторичные) – обязанные своим происхождением инициированному излучением перераспределению энергии внутренних и сторонних источников.
↑ Формирование фототоков в биполярном транзисторе

Первичные эффекты при воздействии ИИ
Мгновенная (1) и запаздывающая (2) составляющие фототока p-n перехода при воздействии колоколообразного импульса ИИ ↓
↑ Пример типичного первичного ионизационного эффекта – ионизационного тока коллекторного перехода биполярного транзистора

Паразитные эффекты в ПП и ИС при воздействии ИИ
В классе биполярных ИС наиболее заметное влияние на параметры ионизационной реакции оказывает эффект формирования вторичных ионизационных токов. Он связан с усилением первичного ионизационного коллекторного перехода, втекающего в область базы. При работе в ключевом режиме имеет место отпирание перехода база-эмиттер при условии, когда падение напряжения на базовом сопротивлении от первичного ионизационного тока превышает напряжение отпирания транзистора. Именно этот эффект определяет уровень бессбойной работы цифровых биполярных ИС. Эффект вторичного ионизационного тока проявляет себя даже при нулевом сопротивлении в базовой цепи за счет падения напряжении на внутреннем сопротивлении базовой области транзистора. Но имеет это место при более высоких мощностях поглощенной дозы ИИ.

06/19/2022
Типовые формы Рγ и Dγ(t)

06/19/2022
Типовые формы Рγ и Dγ(t)

06/19/2022
Типовые формы Рγ и Dγ(t)

06/19/2022
Требования практики (определения Кτ, Кт («К7»))
Рγ кр = Кτ·(1 - δ)·Рγ кр (МУ) · Эγ (МУ)/Эγ (ТУ)
(УБР, УТЭ)
Рγ max ни= Кт-1·(1 - δ) -1· Рγ max тр· Эγ (ТУ)/Эγ (МУ) (ВПР, КО)

06/19/2022
Minority Carrier Buildup and Decay During and
After a Square Pulse of Ionizing Radiation

06/19/2022

06/19/2022
Модель структуры идеального диода

06/19/2022
Модель Вирта-Роджерса
Ip (t) = q ∙ Sj ∙ G ∙ Рγ max ∙ [ Wj + Lp∙erf (t/ τp)1/2
+ Ln∙erf (t/ τn)1/2], (1)
erf(x) - интеграл функции ошибок
Предельные значения:
Imax(ст.) = q ∙ Sj ∙ G ∙ Pmax ∙ [ Wj + Lp + Ln ]. (2)
Imax = q * Sj * G * Pmax * (π/2)1/2 * (D∙Tи)1/2 (3)
Tи << τn, τp ( D – в определяющей области собирания НЗ
Imax= q * Sj * G * Pmax * (D∙τ)1/2 (4)
Tи >> τn, τp

06/19/2022

06/19/2022
Модель структуры идеального биполярного транзистора

06/19/2022
Модель J.R.Florian et al. /1
Принципиальное отличие модели от модели Вирта-Рождерса:
- ограничение объема собирания НЗ :
- по глубине перехода - низкоомной подложкой n+ - Si,
- в боковом направлении для интегральных приборов - изоляцией кармана (ячейки), в котором сформированы переходы.
Решая одномерное уравнение непрерывности для области нейтрального высокоомного коллектора стандартной эпитаксиально-планарной n-p-n-n+ - структуры (для p-n-p-p+ - аналогично) с граничным условием на левой границе р(x=0) = 0 и равенством диффузионных потоков дырок на правой границе с низкоомной подложкой, авторы получили вклад этой области в Ip:

06/19/2022
Модель J.R.Florian et al. /2
Стационарный случай:
Ip = q · G· Pmax·Sj · [ Lp·th(W/Lp) +
Ls/ch(W/Lp) ] (1)
W = Wэп - Xj - Wj, Lp2 = Dp · τp ,
Ls - диффузионная длина дырок в подложке n+.

06/19/2022
Модель J.R.Florian et al. /3
Нестационарный случай:
Ip(t) = q·G·Pmax·Sj · [ Lp·th(W/Lp) - 8W·B(t,W)], (2)
EXP [ (-(2n+1)2 · π 2 - 4W2 /(Dp · τp )) · Dp · t / (4W2 ) ]
B(t,W) = --------------------------------------------------------------------
4W2 /Lp2 + (2n+1) · π 2

06/19/2022
Модель МИФИ
I max(ст.) = q * G * Pmax *
[ Sj * (Wj + Wn*An + Wp*Ap) + τn *Р*Ln2/4]
Wp, Wn - толщины областей собирания НЗ;
Ap = Ln/Wp * th(Wp/Ln) - коэффициент собирания электронов в р-области ( аналогично An для дырок в n-области);
Р - периметр перехода с внешней преобладающей по вкладу в Imax n-областью.

06/19/2022
Форма отклика коллекторного перехода БТ на импульс гамма-излучения

06/19/2022
Зависимость Ipp в коллекторе БТ от мощности дозы излучения

06/19/2022
Зависимость УБР биполярных транзисторов от длительности
импульса излучения

06/19/2022
Зависимость УБР биполярных транзисторов от длительности
импульса излучения

06/19/2022
Методы расчета Кτ: экспериментальный
(аналоговая реакция)

06/19/2022
Методы расчета Кτ: экспериментальный
(пороговая реакция)

06/19/2022
УБР цифровых ИС (триггеры)

06/19/2022
Асимптотическая модель

06/19/2022
Зависимость УБР от Тимп цифровых биполярных ИС

06/19/2022
Зависимость УБР МОП ИС от Тимп

06/19/2022
Зависимость УБР от Тимп
(16К RAM, LINAC)

06/19/2022
УБР БИС в зависимости от Ти
(схема временной зависимости эффектов)