Stanislau B. Lastovskii

Представлены результаты экспериментальных исследований влияния гамма-излучения Со60 на основные параметры кремниевых эпитаксиально-планарных p-канальных МОП-транзисторов при различных электрических режимах. Транзисторы изготовлены по радиационно-стойкой ДМОП-технологии с проектными нормами 1,4 мкм. В результате исследований транзисторов установлено: значения всех основных параметров после дозы облучения D = 10⁶ рад (SiO₂) в активных электрических режимах облучения остались в пределах критериев работоспособности; наиболее чувствительным к воздействию дозы облучения гамма-квантами является пороговое напряжение; в пассивном электрическом режиме облучения стойкость транзисторов по всем параметрам соответствует дозе 2,8·10⁶ рад (SiO₂). Показано, что разная степень радиационной деградации исследуемых параметров при облучении обусловлена их зависимостью либо от эффектов ионизации в слоях подзатворных и изолирующих диэлектриков, либо от структурных нарушений в объемном кремнии активных областей транзисторов. Высокая радиационная стойкость исследованных р-канальных МОП-транзисторов позволяет рекомендовать их для использования в аппаратуре авиационной и космической техники.

С помощью программного комплекса SRIM рассчитаны линейные и массовые пробеги протонов и ионов аргона в экранах из алюминия, оксида алюминия, висмута и композита W_77,7Cu_22,3. Показано, что эффективность защиты от высокоэнергетических ионов материалами с большими значениями заряда ядер атомов (Z) выше с позиции линейных пробегов частиц и ниже с позиции массовых пробегов, чем материалами с низкими значениями Z. Определена зависимость пороговой энергии от Z высокоэнергетических ионов для экранов из алюминия, висмута и композита W_77,7Cu_22,3. Проведены расчеты спектров потерь на ионизацию при прохождении протонов с энергией 20 МэВ и ионов криптона с энергией 7,75 ГэВ через многослойные структуры Bi/Al/Al₂O₃ и Al/Al₂O₃/Bi. Расчеты показали, что торможение высокоэнергетических частиц в случае, когда первый слой содержит тяжелый элемент, выше, чем в случае, когда первый слой содержит легкий элемент. Изучено влияние последовательности в расположении и толщины слоев в многослойных структурах системы Bi/Al/Al₂O₃ на эффективность защиты от высокоэнергетических ионов. Показано, что характер зависимостей R(E) и потерь энергии ионов определяется очередностью расположения отдельных слоев, что связано с различием преобразования спектров материалом первого слоя. Рассмотренные экраны радиационной защиты могут быть использованы в элементах и аппаратуре ракетно-космической техники, могут обеспечить требования по устойчивости к воздействию различных видов ионизирующих излучений (электронное, протонное, гамма-излучение, тяжелые заряженные частицы и др.).

The relaxation processes appeared in condenser and transistor MOS structures, СМОS integrated circuits on their basis, and also bipolar transistor structures, irradiated by fast electrons with energy of 4 MeV or gamma-quantum’s Co60 are observed. The relaxation (annealing) of the radiation-induced charge in SiO2 can occur at the expense of electrons tunneling in oxide from silicon (at n-channel MOS structures) or from metal (at p-channel MOS structures). It is recommended, considering relaxation processes, for reception of adequate results at tests of bipolar and MOS-devices for radiation hardness to observe the equal time last after the termination of irradiation and before conducting of control measurements (within each party of the same samples).

With the use of deep level transient spectroscopy (DLTS) the effect of injection of minority charge carriers (electrons) on an annealing rate of self di-interstitial – oxygen (I2O) complex in silicon has been studied. The complex has been formed by irradiation of epitaxial boron-doped n+–p diode structures with alpha-particles at room temperature. It has been shown that the disappearance of this complex at room temperature begins at a direct current density of ~1.5 A/cm2. This characteristic current density has been found for 10 W·cm p-type silicon when the total radiation defect density was less than 15 % of the initial boron concentration, a divalent hole trap with energy levels of Ev + 0.43 eV and Ev + 0.54 eV has been found to appear as a result of recombination-enhanced annealing of the I2O. When the I2O complex is annealed thermally, the concurrent appearance of an electron trap with an energy level of Ec – 0.35 eV has been observed. It has been shown that the divalent hole trap represents a metastable configuration (BH-configuration) of the bistable defect, whereas the electron trap is stab le in the p-Si configuration (ME-configuration). From the comparison of DLTS signals related to different defect configurations it is found that the ME-configuration of this bistable defect can be characterized as a center with negative correlation energy. It has been shown that the injection-stimulated processes make it very difficult to obtain reliable data on the formation kinetics of the bistable defect in the BH-configuration when studying the thermal annealing of the I2O complex.

We present experimental and theoretical results showing that the migration of interstitial carbon atom (C_i) in silicon depends on its charge state. The experimental results were obtained from the analysis of changes in concentrations of the C_i defect, which were determined from deep level transient spectra, in n⁺‐p diodes subjected to irradiation with 4–6 MeV electrons or α‐particles at T ≤ 273 K and subsequent heat‐treatments in the temperature range 280–330 K with applied reverse bias voltage and without it. It has been found that in the positive charge state the C_i migration energy is 0.88 ± 0.02 eV, while in the neutral charge state it is reduced to 0.73–0.74 eV.First‐principles density‐functional calculations of the structure of C_i in different charge states (z = 0, +1, −1) and diffusion coefficient parameters (activation barrier ΔE_a and pre‐exponential factor D₀) have been performed. It has been found that a split‐ configuration with C_2v symmetry is the most stable one for C_i in all the charge states. The following ΔE_a and D₀ values have been derived from the calculations: ΔE_a = 0.74 eV and D₀ = 0.06 cm² s⁻¹ for C_i⁰, and ΔE_a = 0.89 eV for C_i⁺.