РадСтойкость_Лек_04.PPT
- Количество слайдов: 32
Объемные ионизационные эффекты в ПП и ИС (ИЭТ) при воздействии импульсного ИИ Тема Лекции-3 1
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) 01. 02. 2018 2
Первичные эффекты при воздействии ИИ • • Формирование фототоков в биполярном транзисторе 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.
Первичные эффекты при воздействии ИИ Мгновенная (1) и запаздывающая (2) составляющие фототока p-n перехода при воздействии колообразного 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.
Типовые формы Рγ и Dγ(t) 01. 02. 2018 6
Типовые формы Рγ и Dγ(t) 01. 02. 2018 7
Типовые формы Рγ и Dγ(t) 01. 02. 2018 8
Требования практики (определения К , Кт ( «К 7» )) Р кр = К ·(1 - )·Р кр (МУ) · Э (МУ)/Э (ТУ) (УБР, УТЭ) Р max ни= Кт-1·(1 - ) -1· Р max тр· Э (ТУ)/Э (МУ) (ВПР, КО) 01. 02. 2018 9
Minority Carrier Buildup and Decay During and After a Square Pulse of Ionizing Radiation 01. 02. 2018 10
01. 02. 2018 11
Модель структуры идеального диода 01. 02. 2018 12
Модель Вирта-Роджерса Ip (t) = q ∙ Sj ∙ G ∙ Рγ max ∙ [ Wj + Lp∙erf (t/ p)1/2 + Ln∙erf (t/ n)1/2], (1) erf(x) - интеграл функции ошибок Предельные значения: Imax(ст. ) = q ∙ Sj ∙ G ∙ Pmax ∙ [ Wj + Lp + Ln ]. Imax = q * Sj * G * Pmax * ( /2)1/2 * (D∙Tи)1/2 (2) (3) Tи << n, p ( D – в определяющей области собирания НЗ Imax= q * Sj * G * Pmax * (D∙ )1/2 (4) Tи >> n, p 01. 02. 2018 13
01. 02. 2018 14
Модель структуры идеального биполярного транзистора 01. 02. 2018 15
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-pp+ - 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: 01. 02. 2018 16
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, L p 2 = D p · p , Ls - диффузионная длина дырок в подложке n+. 01. 02. 2018 17
Модель J. R. Florian et al. /3 Нестационарный случай: Ip(t) = q·G·Pmax·Sj · [ Lp·th(W/Lp) 8 W·B(t, W)], (2) EXP [ (-(2 n+1)2 · 2 - 4 W 2 /(Dp · p )) · Dp · t / (4 W 2 ) ] B(t, W) = ----------------------------------4 W 2 /Lp 2 + (2 n+1) · 2 01. 02. 2018 18
Модель МИФИ I max(ст. ) = q * G * Pmax * [ Sj * (Wj + Wn*An + Wp*Ap) + n *Р*Ln 2/4] Wp, Wn - толщины областей собирания НЗ; Ap = Ln/Wp * th(Wp/Ln) - коэффициент собирания электронов в робласти ( аналогично An для дырок в n-области); Р - периметр перехода с внешней преобладающей по вкладу в Imax n-областью. 01. 02. 2018 19
Форма отклика коллекторного перехода БТ на импульс гаммаизлучения 01. 02. 2018 20
Зависимость Ipp в коллекторе БТ от мощности дозы излучения 2 Т 008 Рmax, Р/с Кр, А с/Р 3. 8 E 8 7. 8 E-12 3. 8 Е 8 7. 9 E-12 4. 4 Е 8 9. 5 E-12 1. 8 Е 9 5. 2 E-12 6. 4 Е 9 9. 1 E-12 7. 5 Е 9 9. 1 E-12 8. 1 E 9 8. 9 E-12 2. 9 Е 10 8. 2 E-12 5. 0 Е 10 5. 3 E-12 6. 7 Е 10 4. 2 E-12 01. 02. 2018 1 НТ 001 Рmax, Р/с Кр, А с/Р 1. 3 E 8 4. 9 Е-10 1. 8 Е 8 6. 4 Е-10 3. 8 Е 8 4. 7 Е-10 7. 5 Е 8 5. 2 Е-10 9. 6 Е 8 4. 4 Е-10 1. 4 Е 9 4. 7 Е-10 3. 2 E 9 3. 3 E-10 6. 0 E 9 2. 9 E-10 1. 4 Е 10 2. 0 Е-10 21
Зависимость УБР биполярных транзисторов от длительности импульса излучения Тип БТ Ркр, отн. ед. РИУС 25 нс ИГУР 140 -180 нс 2 Т 001 1 1, 40 0, 30 2 Т 249 1 1, 25 0, 50 2 Т 928 01. 02. 2018 ЛИУ 15 нс 1 1, 25 0, 55 22
Зависимость УБР биполярных транзисторов от длительности импульса излучения 01. 02. 2018 23
Методы расчета К : экспериментальный (аналоговая реакция) 01. 02. 2018 24
Методы расчета К : экспериментальный (пороговая реакция) 01. 02. 2018 25
УБР цифровых ИС (триггеры) 01. 02. 2018 26
Асимптотическая модель 01. 02. 2018 27
Зависимость УБР от Тимп цифровых биполярных ИС 01. 02. 2018 28
Зависимость УБР МОП ИС от Тимп 01. 02. 2018 29
Зависимость УБР от Тимп (16 К RAM, LINAC) 01. 02. 2018 30
УБР БИС в зависимости от Ти (схема временной зависимости эффектов) 01. 02. 2018 31
01. 02. 2018 32
РадСтойкость_Лек_04.PPT