不同剂量率下锗硅异质结双极晶体管电离损伤效应研究

对于相同制作工艺的NPN锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT), 在不同辐照剂量率下进行⁶⁰Co γ射线的辐照效应与退火特性的研究. 测量结果表明, 两种辐照剂量率下, 随着辐照总剂量增加, 晶体管基极电流增大, 共发射极电流放大倍数降低, 且器件的辐照损伤、性能退化与辐照剂量率相关, 低剂量率下辐照损伤较高剂量率严重. 在经过与低剂量率辐照等时的退火后, 高剂量率下的辐照损伤仍较低剂量率下的损伤低, 即待测SiGeHBT具有明显的低剂量率损伤增强效应(ELDRS). 本文对相关的物理机理进行了探讨分析. 关键词： 锗硅异质结双极晶体管 低剂量率辐照损伤增强 辐照效应     

典型模拟电路低剂量率辐照损伤增强效应的研究与评估

采用变剂量率和变温两种辐照方法,对4款典型模拟电路的低剂量率辐照损伤特性及变化规律进行了研究与评估,分析了两种辐照方法下其辐照敏感参数的变化,比较了不同辐照方式下器件的退化程度,讨论了这两种实验室加速评估低剂量率辐照损伤方法的机理.结果显示,变剂量率辐照可以较快地预测实际低剂量率下的辐照损伤趋势,且在较低的总剂量下能够给出不太保守的估计,但其预测的总剂量受到器件退化速度的影响;变温辐照加速评估方法能够保守地估计其低剂量率下的辐照损伤,其评估范围不仅可达1000 Gy(Si),且可将评估时间缩短为12 h左右.研究结果表明,双极电路的低剂量率辐照损伤增强效应与感生的界面态密度和氢化的氧空位缺陷有关,辐照时剂量率和温度的改变会促进界面态的生长,抑制界面态的钝化作用,从而激发器件的辐照损伤潜能.     

双极集成电路低剂量率辐射损伤增强效应的高温辐照加速实验

选择了四种典型双极集成电路,在两种不同剂量率下,开展了不同温度的高温辐照加速实验,测量了典型双极集成电路的辐射敏感参数在不同高温辐照下的变化规律。实验结果表明:高温辐照能够给出空间低剂量率辐射损伤增强效应的保守估计,且存在最佳辐照温度,最佳辐照温度随总剂量的增加向低温区漂移,随剂量率的增大向高温区漂移,在相同剂量率和总剂量下,输入级为NPN晶体管的双极集成电路比输入级为PNP晶体管的最佳辐照温度低。     

双极器件ELDRS效应研究进展

电离总剂量是航天电子系统辐射效应研究的重要问题,其中双极器件因其特有的低剂量率损伤增强（Enhanced low Dose Rate Sensitivity,ELDRS）效应,已成为航天用双极器件抗电离总剂量效应发展重点突破的方向及难点问题。本文综述了ELDRS效应及低剂量率加速评估技术的研究进展,并结合ELDRS效应难点问题,给出了最新关于ELDRS效应的研究结果。试验结果表明,采用变温辐照方法不仅可以保守地用于双极器件在0~200 krad （Si）范围的ELDRS效应评估,将评估时间从7.7个月缩短至11 h,还可将其应用于双极模拟电路总剂量和单粒子协同效应的评估,同样可以获得保守且快速的评估效果。     

氢气浸泡辐照加速方法在3DG111器件上的应用及辐射损伤机理分析

本文以~(60)Co为辐照源,针对3DG111型晶体管,利用半导体参数分析仪和深能级缺陷瞬态谱仪,研究高/低剂量率和有/无氢气浸泡条件下,电性能和深能级缺陷的演化规律.试验结果表明,与高剂量率辐照相比,低剂量率辐照条件下,3DG111型晶体管的电流增益退化更加严重,这说明该器件出现了明显的低剂量率增强效应;无论是高剂量率还是低剂量率辐照条件下,3DG111晶体管的辐射损伤缺陷均是氧化物正电荷和界面态陷阱,并且低剂量率条件下,缺陷能级较深;氢气浸泡后在高剂量率辐照条件下,与未进行氢气处理的器件相比,辐射损伤程度明显加剧,且与低剂量率辐照条件下器件的损伤程度相同,缺陷数量、种类及能级也相同.因此,氢气浸泡处理可以作为低剂量率辐射损伤增强效应加速评估方法的有效手段.     

栅控横向PNP双极晶体管基极电流峰值展宽效应及电荷分离研究

为了对双极器件在电离辐射环境下的损伤机理及加固技术进行深入的研究,对设计制作的不同工艺类型的栅控横向PNP双极晶体管进行了60Co-γ低剂量率辐照试验.结果表明:1)栅控双极晶体管的辐射特性具有很强的工艺相关性,钝化层的存在对于双极晶体管的辐射响应具有很大影响,有钝化层的器件在电离辐射环境中会产生更多的界面态,其抗辐射能力大大减弱;2)针对国产栅控横向PNP晶体管在低剂量率辐照时会发生峰值电流展宽效应,文中对展宽效应潜在机理进行了分析,并针对展宽效应提出了新的分离方法.这不但对设计抗辐射加固器件提供了依据,而且为进一步深入研究双极器件的低剂量率辐射损伤增强效应提供了强有力工具.     

电荷耦合器件的γ辐照剂量率效应研究

对电荷耦合器件进行了不同剂量率的γ辐照实验,通过多种参数的测试探讨了剂量率与电荷耦合器件性能退化的关系,并对损伤的物理机理进行分析。辐照和退火结果表明:暗信号和暗信号非均匀性是γ辐照的敏感参数,电荷转移效率和饱和输出电压随剂量累积有缓慢下降的趋势;暗场像素灰度值整体抬升,像元之间的差异显著增加;电荷耦合器件的暗信号增量与剂量率呈负相关性,器件存在潜在的低剂量率损伤增强效应。分析认为,剂量率效应是由界面态和氧化物陷阱电荷竞争导致的。通过电子-空穴对复合模型、质子输运模型和界面态形成对机理进行了解释。     

稳态、瞬态X射线辐照引起的互补性金属-氧化物-半导体器件剂量增强效应研究

重点开展了稳态、瞬态X射线辐照引起的金属氧化物半导体(CMOS)器件剂量增强效应relative dose enhancement effect(RDEF)研究.通过实验给出辐照敏感参数随总剂量的变化关系,旨在建立CMOS器件相同累积剂量时Χ射线辐照和γ射线辐照的总剂量效应损伤等效关系.在脉冲X射线源dense plasma focus(DPF)装置上,采用双层膜结构开展瞬态翻转增强效应研究,获得了瞬态翻转剂量增强因子.这些方法为器件抗X射线辐照加固技术研究提供了实验技术手段. 关键词： X射线 剂量增强因子 总剂量效应 剂量率效应     

双极电压比较器电离辐射损伤及剂量率效应分析

为了对双极电压比较器在电离辐射环境下的损伤变化特征及其剂量率效应进行研究,选择一组器件,在不同偏置条件下进行60Coγ高低剂量率的辐照和退火试验.结果表明:电压比较器的电源电流、偏置电流及失调电压等多个关键参数都有不同程度的蜕变;偏置条件对于电压比较器的辐射响应有很大影响;此外,不同公司生产的同种型号电路表现出不同的剂量率效应;通过对测试结果分析,系统地讨论了各参数变化的原因,并结合电离损伤退火特性,探讨了各剂量率效应形成的机理.研究结果对工程应用考核提供了参考,而且为设计抗辐射加固器件提供了依据.     

双极线性稳压器电离辐射剂量率效应及其损伤分析

为了对双极线性稳压器在电离辐射环境下损伤变化特征及其剂量率效应进行研究,选择一组器件进行⁶⁰Co γ高低剂量率的辐照和退火试验. 结果表明线性稳压器的输出电压、最大负载电流、线性调整率、压降电压等多个关键参数都有不同程度的蜕变. 且各器件在高低剂量率下的辐照响应略有不同,表现出不同的剂量率效应. 文中通过多种形式的测试结果分析,系统地讨论了各参数变化的原因及其内部各模块对稳压器功能的影响. 结合电离损伤退火特性,探讨了各剂量率效应形成的原因. 这不但对工程应用考核提供了参考,而且为设 关键词： 双极线性稳压器 总剂量效应 剂量率效应 辐射损伤     

Total ionizing dose effects of domestic Si Ge HBTs under different dose rates

The total ionizing radiation(TID) response of commercial NPN silicon germanium hetero-junction bipolar transistors(Si Ge HBTs) produced domestically are investigated under dose rates of 800 m Gy(Si)/s and 1.3 m Gy(Si)/s with a Co-60 gamma irradiation source. The changes of transistor parameters such as Gummel characteristics, and excess base current before and after irradiation, are examined. The results of the experiments show that for the KT1151, the radiation damage is slightly different under the different dose rates after prolonged annealing, and shows a time dependent effect(TDE). For the KT9041, however, the degradations of low dose rate irradiation is higher than for the high dose rate, demonstrating that there is a potential enhanced low dose rate sensitivity(ELDRS) effect for the KT9041. The possible underlying physical mechanisms of the different dose rates responses induced by the gamma rays are discussed.     

A novel technique for predicting ionizing radiation effects of commercial MOS devices

A nondestructive selection technique for predicting ionizing radiation effects of commercial metal-oxide-semiconductor (MOS) devices has been put forward. The basic principle and application details of this technique have been discussed. Practical application for the 54HC04 and 54HC08 circuits has shown that the predicted radiation-sensitive parameters such as threshold voltage, static power supply current and radiation failure total dose are consistent with the experimental results obtained only by measuring original electrical parameters. It is important and necessary to choose suitable information parameters. This novel technique can be used for initial radiation selection of some commercial MOS devices.     

国产星用VDMOS器件总剂量辐射损伤效应研究

研究了两种国产星用VDMOS器件在不同偏置条件下的总剂量辐射损伤效应, 探讨了器件的阈值电压、击穿电压、导通电阻、漏电流等电参数随累积剂量、退火时间的变化关系. 实验结果表明这两种国产星用VDMOS器件辐照后电参数符合技术指标, 满足在复杂空间电离辐射环境下工作的要求.此外, 通过对器件在不同偏置条件下的总剂量辐射损伤效应进行研究, 对其他型号星用VDMOS器件工艺和设计的进一步改进, 具有参考作用.     

超深亚微米互补金属氧化物半导体器件的剂量率效应

对0.18 μm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺的N型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)及静态随机存储器(SRAM)开展了不同剂量率下的电离总剂量辐照试验研究. 结果表明: 在相同累积剂量, SRAM的低剂量率辐照损伤要略大于高剂量率辐照的损伤, 并且低剂量率辐照损伤要远大于高剂量率辐照加与低剂量率辐照时间相同的室温退火后的损伤. 虽然NMOSFET 低剂量率辐照损伤略小于高剂量率辐照损伤, 但室温退火后, 高剂量率辐照损伤同样要远小于低剂量率辐照损伤. 研究结果表明0.18 μm CMOS工艺器件的辐射损伤不是时间相关效应. 利用数值模拟的方法提出了解释CMOS器件剂量率效应的理论模型.     

Effect of elevated temperature irradiation on bipolar devices for space application

ABSTRACT

The application of elevated temperature irradiation for simulating of low dose rate degradation in bipolar devices was considered. The analysis was performed in the framework of the conversion model, which enables to estimate the radiation degradation at any dose rate, temperature and total dose numerically. The possibility of application of the conversion model for the numerical estimation of radiation-induced increase of LM111 input current under low dose rate radiation impact was demonstrated experimentally. A test method using four-stage elevated single temperature irradiation was proposed. The ability of temperature-switching approach for simulation of enhanced low-dose-rate sensitivity was estimated and discussed.