Влияние нейтронного облучения на процессы модуляции базовой области кремниевой p⁺nn⁺-структуры

Влияние нейтронного облучения на процессы модуляции базовой области кремниевой p⁺nn⁺-структуры

Приведены результаты исследования влияния нейтронного облучения на характер зависимости емкости от запирающего напряжения кремниевой p⁺nn⁺-структуры. Под воздействием нейтронного облучения дозой 3⋅10¹⁵ н/см² обнаружено увеличение исходной толщины слоя объемного заряда p⁺n-перехода в два с поло...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2013
Автор: Рахматов, А.З.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України 2013
Назва видання:Физическая инженерия поверхности
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99817
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Влияние нейтронного облучения на процессы модуляции базовой области кремниевой p⁺nn⁺-структуры / А.З. Рахматов // Физическая инженерия поверхности. — 2013. — Т. 11, № 1. — С. 129–132. — Бібліогр.: 13 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-99817
record_format dspace
spelling irk-123456789-998172016-05-04T03:02:19Z Влияние нейтронного облучения на процессы модуляции базовой области кремниевой p⁺nn⁺-структуры Рахматов, А.З. Приведены результаты исследования влияния нейтронного облучения на характер зависимости емкости от запирающего напряжения кремниевой p⁺nn⁺-структуры. Под воздействием нейтронного облучения дозой 3⋅10¹⁵ н/см² обнаружено увеличение исходной толщины слоя объемного заряда p⁺n-перехода в два с половиной раза, что объясняется образованием i-слоя у границы с p⁺n-переходом. При этом достижение заданной напряженности электрического поля после облучения достигается при напряжениях в два раза больших, в результате уменьшается емкость структуры и время включения ограничительного диода. Наведено результати дослідження впливу нейтронного опромінення на характер залежності ємності від замикаючої напруги кремнієвої p⁺nn⁺-структури. Під впливом нейтронного опромінення дозою 3⋅10¹⁵ н/см² виявлене збільшення вихідної товщини шару об’ємного заряду p⁺n-переходу у два з половиною рази, що пояснюється утворенням і-шару в границі з p⁺n- переходом. При цьому досягнення заданої напруженості електричного поля після опромінення досягається при напругах у два рази більших, у результаті зменшується ємність структури та час включення обмежувального діода. The results of research of the influence of neutron irradiation on the dependence of the capacitance on the reverse voltage of silicon p⁺nn⁺-structure are given. Under the influence of neutron irradiation dose of 3·10¹⁵ n/cm² is found the expansion of initial thickness of the p⁺n-junction’s space charge – two and a half times, which is explained with formation of i-layer near the border of p⁺n-junction. While achieving a given electric field strength after exposure achieved with twice higher voltages. As a result is reduced the capacitance of the structure and turn-on time of the transient voltage suppressor. 2013 Article Влияние нейтронного облучения на процессы модуляции базовой области кремниевой p⁺nn⁺-структуры / А.З. Рахматов // Физическая инженерия поверхности. — 2013. — Т. 11, № 1. — С. 129–132. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. 1999-8074 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99817 621.315.592 ru Физическая инженерия поверхности Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description Приведены результаты исследования влияния нейтронного облучения на характер зависимости емкости от запирающего напряжения кремниевой p⁺nn⁺-структуры. Под воздействием нейтронного облучения дозой 3⋅10¹⁵ н/см² обнаружено увеличение исходной толщины слоя объемного заряда p⁺n-перехода в два с половиной раза, что объясняется образованием i-слоя у границы с p⁺n-переходом. При этом достижение заданной напряженности электрического поля после облучения достигается при напряжениях в два раза больших, в результате уменьшается емкость структуры и время включения ограничительного диода.
format Article
author Рахматов, А.З.
spellingShingle Рахматов, А.З.
Влияние нейтронного облучения на процессы модуляции базовой области кремниевой p⁺nn⁺-структуры
Физическая инженерия поверхности
author_facet Рахматов, А.З.
author_sort Рахматов, А.З.
title Влияние нейтронного облучения на процессы модуляции базовой области кремниевой p⁺nn⁺-структуры
title_short Влияние нейтронного облучения на процессы модуляции базовой области кремниевой p⁺nn⁺-структуры
title_full Влияние нейтронного облучения на процессы модуляции базовой области кремниевой p⁺nn⁺-структуры
title_fullStr Влияние нейтронного облучения на процессы модуляции базовой области кремниевой p⁺nn⁺-структуры
title_full_unstemmed Влияние нейтронного облучения на процессы модуляции базовой области кремниевой p⁺nn⁺-структуры
title_sort влияние нейтронного облучения на процессы модуляции базовой области кремниевой p⁺nn⁺-структуры
publisher Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
publishDate 2013
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99817
citation_txt Влияние нейтронного облучения на процессы модуляции базовой области кремниевой p⁺nn⁺-структуры / А.З. Рахматов // Физическая инженерия поверхности. — 2013. — Т. 11, № 1. — С. 129–132. — Бібліогр.: 13 назв. — рос.
series Физическая инженерия поверхности
work_keys_str_mv AT rahmatovaz vliânienejtronnogooblučeniânaprocessymodulâciibazovojoblastikremnievojpnnstruktury
first_indexed 2025-07-07T09:57:46Z
last_indexed 2025-07-07T09:57:46Z
_version_ 1836981701602967552
fulltext 129 В последнее время для улучшения пара- метров полупроводниковых приборов стали подвергать их радиационному воздействию. В фотоэлектрических приборах воздействие радиации приводит к уменьшению концент- рации основных носителей заряда и к соот- ветствующему расширению области объем- ного заряда, уменьшению емкости, что спо- собствует увеличению фоточувствитель- ности и полосы пропускания [1]. Если в ходе радиационного воздействия в базовой облас- ти образуются акцепторные центры, то в такой структуре область объемного заряда может разделиться на области сильного и слабого полей [2]. Вместе с тем, при воздействии ра- диационным излучением характеризующие свойства р-n-перехода могут измениться от резкого до плавного [3], хотя технологически исходные профили могут быть различными. Так, ампульным способом диффузии созда- ются кремниевые низковольтные ограничи- тели напряжения [4], а высоковольтные огра- УДК 621.315.592 ВЛИЯНИЕ НЕЙТРОННОГО ОБЛУЧЕНИЯ НА ПРОЦЕССЫ МОДУЛЯЦИИ БАЗОВОЙ ОБЛАСТИ КРЕМНИЕВОЙ p+nn+-СТРУКТУРЫ А.З. Рахматов ОАО “Foton” Поступила в редакцию 03.01.2013 Приведены результаты исследования влияния нейтронного облучения на характер зависимости емкости от запирающего напряжения кремниевой p+nn+-структуры. Под воздействием нейтронного облучения дозой 3⋅1015 н/см2 обнаружено увеличение исходной толщины слоя объемного заряда p+n-перехода в два с половиной раза, что объясняется образованием i-слоя у границы с p+n-переходом. При этом достижение заданной напряженности электрического поля после облучения достигается при напряжениях в два раза больших, в результате уменьшается емкость структуры и время включения ограничительного диода. Ключевые слова: ограничительный диод, нейтронное облучение, кремниевая p+nn+-структура, емкость. ВПЛИВ НЕЙТРОННОГО ОПРОМІНЕННЯ НА ПРОЦЕСИ МОДУЛЯЦІЇ БАЗОВОЇ ОБЛАСТІ КРЕМНІЄВОЇ p+nn+-СТРУКТУРИ А.З. Рахматов Наведено результати дослідження впливу нейтронного опромінення на характер залежності ємності від замикаючої напруги кремнієвої p+nn+-структури. Під впливом нейтронного опромінення дозою 3⋅1015 н/см2 виявлене збільшення вихідної товщини шару об’ємного заряду p+n-переходу у два з половиною рази, що пояснюється утворенням і-шару в границі з p+n- переходом. При цьому досягнення заданої напруженості електричного поля після опромінення досягається при напругах у два рази більших, у результаті зменшується ємність структури та час включення обмежувального діода. Ключові слова: обмежувальний діод, нейтронне опромінення, кремнієва p+nn+-структура, ємність. THE INFLUENCE OF NEUTRON IRRADIATION ON THE PROCESSES OF MODU- LATION IN BASE REGION OF SILICON p+nn+-STRUCTURE A.Z. Rakhmatov The results of research of the influence of neutron irradiation on the dependence of the capacitance on the reverse voltage of silicon p+nn+-structure are given. Under the influence of neutron irradiation dose of 3·1015 n/cm2 is found the expansion of initial thickness of the p+n-junction’s space charge – two and a half times, which is explained with formation of i-layer near the border of p+n-junction. While achieving a given electric field strength after exposure achieved with twice higher voltages. As a result is reduced the capacitance of the structure and turn-on time of the transient voltage suppres- sor. Keywords: transient voltage suppressor, neutron irradiation, a silicon p+nn+-structure, capacitance.  А.З. Рахматов, 2013 ФІП ФИП PSE, 2013, т. 11, № 1, vol. 11, No. 1130 ничители напряжения – с помощью тради- ционного способа диффузии бора и фосфора дающего плавный переход или применением кассетного способа диффузии обеспечиваю- щего резкий профиль распределения при- месей [5, 6]. Применительно к кремниевым ограничителям напряжения в работах [7, 8, 9] предложены пути идентификации про- бойных напряжений и повышения быстро- действия под воздействием радиационного излучения. Допустимые импульсные мощ- ности и физические процессы, протекающие в ограничителях напряжения под воздейст- вием мощных импульсов, приведены в ра- ботах [10, 11, 12]. В настоящей работе приводятся результаты исследования влияния нейтронного облуче- ния на процессы модуляции базовой области кремниевого ограничительного диода произ- водимого в ОАО “FOTON”. Исследуемые ограничительные диоды с p+nn+-структурой получены путем однократ- ной диффузии примесей бора и фосфора на одну и другую поверхности кремния n-типа проводимости с удельным сопротивлением 2 Ом⋅см при толщине 200 мкм. В них сфор- мированный p+n-переход является плавным в отличие от диодов полученных пакетным способом диффузии [6]. Зависимости емкости от запирающего напряжения описываются закономерностью 1/С3 ∼ Uобр. и претерпевают излом, связанный со сменой градиента рас- пределения примесей фосфора. Можно ска- зать, что первый участок охватывает до 10 В, чему соответствует толщина обедненного слоя порядка 6 мкм, определенная из вольт- емкостной зависимости [13] Wp-n = εε0S/C(U), и далее следует второй участок, рис. 1. По мере увеличения запирающего напря- жения свыше 10 В толщина слоя объемного заряда стремится к насыщению, то есть его рост замедляется, рис. 2, кривая 1. После воз- действия нейтронным облучением дозой 3⋅1015 н/см2 исходная толщина слоя объем- ного заряда p+n-перехода увеличивается с 2 мкм до 7 мкм и далее наблюдается харак- терное изменение, рис. 2, кривая 2. Такое по- ведение области объемного заряда от запи- рающего напряжения можно объяснить соответствующим изменением градиента рас- пределения примесей у границы p+n-пере- хода и увеличением удельного сопротивления базовой области после облучения. Из характера зависимости толщины облас- ти обеднения после воздействия нейтронно- го облучения следует, что базовая область раз- бивается на два участка. Вначале имеется ком- пенсированный участок, далее концентрация носителей увеличивается близко к линейно- му, а затем следует незначительная компен- сация носителей сменяющийся в малой сте- пени нарастающей концентрацией носите- лей. Согласно данным значениям, зависимости толщины слоя объемного заряда от запираю- щего напряжения до облучения, принимая толщину p+-области равной 40 мкм, а n+-об- ласти 50 мкм и с вычетом исходной толщины области объемного заряда 2 мкм получим тол- щину квазинейтральной области порядка 108 мкм. После радиационного облучения происходит добавка к области объемного заряда дополнительной области толщиной Рис. 1. Зависимость емкости от запирающего напря- жения ограничительного диода. Рис. 2. Зависимости толщины слоя объемного заряда от запирающего напряжения для однокристального ог- раничителя напряжения до – 1 и после облучения – 2. ВЛИЯНИЕ НЕЙТРОННОГО ОБЛУЧЕНИЯ НА ПРОЦЕССЫ МОДУЛЯЦИИ БАЗОВОЙ ОБЛАСТИ КРЕМНИЕВОЙ p+nn+-СТРУКТУРЫ 131 5 мкм с собственной концентрацией носи- телей, за которым следует высокоомная об- ласть толщиной 1.5 мкм и участок с нара- стающей концентрацией носителей порядка 9 мкм. В результате толщина квазинейтраль- ной n-области уменьшается до 92.5 мкм. По- строенные на основе этих данных качест- венные зонные диаграммы приведены на рис. 3. Как видно из зонной диаграммы p+nn+- структуры до облучения нейтронами исход- ная толщина области объемного заряда от запирающего напряжения увеличивается по одному закону за счет охвата квазинейтраль- ной области слоем объемного заряда, рис. 3а. В дальнейшем по мере достижения критичес- кого поля наступает режим пробоя, и пере- стает расширяться слой объемного заряда. При этом за счет диффузионного распреде- ления носителей толщина обедненного слоя увеличится до 6.8 мкм, а в дальнейшем будет увеличиваться до достижения критической величины. После облучения нейтронами созданная у границы p+n-перехода i-область оказывается охваченным объемным зарядом при низких напряжениях и в дальнейшем замедляется рост толщины слоя объемного заряда с по- следующим расширением объемного заряда в направлении более равномерной области, рис. 3б. После облучения нейтронами вместе с увеличением толщины области объемного заряда напряженность электрического поля уменьшается, рис. 4. Заданная напряженность электрического поля (1⋅104 В/см) после облу- чения достигается при в два раза больших напряжениях (10 В вместо 5 В), аналогично для увеличенной напряженности электричес- кого поля 1.5⋅104 В/см имеем 20 В и 10 В со- ответственно и существенное уменьшение емкости, приводящее к снижению времени включения ограничительного диода. Таким образом, базовая область (110 мкм) ограничительного диода после нейтронного воздействия разбивается на две части, с гра- диентным (17.5 мкм) и равномерным распре- делением примесей (92.5 мкм). При этом у границы p+n-перехода создается i-область, приводящая к уменьшению емкости. ЛИТЕРАТУРА 1. Алиев Р.Ю., Аскеров К.А. Влияние ионизиру- ющих излучений на основные параметры фо- тодиодов на основе селенида индия//Приклад- ная физика. – 1999. – № 3. – С. 28. 2. Козловскийй В.В., Емцев В.В., Емцев К.В., Строкан Н.Б. и др. Влияние электронного об- лучения на скорость удаления носителей в кремнии и карбиде кремния модификации 4Н //ФТП. – 2008. – Т. 42, Вып. 2. – С. 243-248. 3. Саакян В.А. Действие различных видов облу- чения полупроводниковых приборов//Извес- тия НАН Армении, Физика. – 2008. – Т. 43, № 5. – С. 348-354. 4. Рахматов А.З., Скорняков С., Каримов А.В., Ёдгорова Д.М., Абдулхаев О., Бузруков У. Физико-технологические аспекты создания низковольтных ограничителей напряжения на основе кремния//Технология и конструирова- а) б) Рис. 3. Качественные зонные диаграммы p+nn+-струк- туры до (а) и (б) после облучения. Рис. 4. Зависимости напряженности электрического по- ля р-п-перехода от запирающего напряжения до – 1 и после облучения – 2. А.З. РАХМАТОВ ФІП ФИП PSE, 2013, т. 11, № 1, vol. 11, No. 1 ФІП ФИП PSE, 2013, т. 11, № 1, vol. 11, No. 1132 ние в электронной аппаратуре (Одесса). – 2010. – № 5-6. – С. 30-35. 5. Рахматов А.З. Разработка физико-техничес- ких основ получения кремниевых ограничи- телей напряжения.– Автореф. дис. на соиска- ние ученой степени к.т.н. – Ташкент, 2008. 6. Способ изготовления кремниевых ограничи- телей напряжения/Муратов А., Рахматов А., Меркулов А.А., Исмоилов И.Р. – Патент РУз № 5328. Бюл. № 3 от 30.09.1994. 7. Рахматов А.З., Петров Д.А., Каримов А.В., Ёдгорова Д.М., Абдулхаев О.А. Исследова- ние влияния нейтронного облучения на напря- жение пробоя кремниевых ограничителей на- пряжения//Радиоэлектроника. Киев. – 2012. – № 7. – С. 1-4. 8. Рахматов А.З., Каримов А.В., Ёдгорова Д.М., Абдулхаев О.А. Исследование влияния ней- тронного облучения на характеристические параметры кремниевых ограничителей напря- жения//Компоненты и технологии. – 2012. – № 5. – С. 52-54. 9. Рахматов А.З., Каримов А.В. Анализ переход- ных процессов в радиационно-облученных кремниевых p+nn+-структурах//ФИП. – 2012. – Т. 10. № 4. – С. 308-312. 10. Каримов А.В., Ёдгорова Д.М., Рахматов А.З., Скорняков С.Л.. Петров Д.А., Абдулхаев О.А. Исследование импульсных характеристик ог- раничителей напряжения//Технология и кон- струирование в электронной аппаратуре. – 2012. – № 3. – С. 26-31. 11. Рахматов А.З., Абдулхаев О., Каримов А., Ёдгорова Д.М. Особенности работы ограни- чителя напряжения в импульсном режиме// ФТП. – 2013. – Т. 47, Вып. 3. – С. 364-368. 12. Рахматов А.З., Каримов А.В., Ёдгорова Д.М., Абдулхаев О.А. Скорняков С.П. Приборные характеристики силовых диодов на основе кремниевых p+-n+, p+-n-n+ и p+-р-n-n+-струк- тур//Компоненты и технологии. – 2012. – № 4. – С. 38-41. 13. Sze S.M., Kwok K.Ng. Physics of Semiconduc- tor Devices. 3rd ed. Hoboken.- New Jersey: Wiley-Interscience, 2007. – 94 р. LITERATURA 1. Aliev R.Yu., Askerov K.A. Vliyanie ioniziruyu- schih izluchenij na osnovnye parametry fotodiodov na osnove selenida indiya//Prikladnaya fizika. – 1999. – № 3. – S. 28. 2. Kozlovskijj V.V., Emcev V.V., Emcev K.V., Stro- kan N.B. i dr. Vliyanie ‘elektronnogo oblucheniya na skorost’ udaleniya nositelej v kremnii i karbide kremniya modifikacii 4N//FTP. – 2008. – T. 42, Vyp. 2. – S. 243-248. 3. Saakyan V.A. Dejstvie razlichnyh vidov obluche- niya poluprovodnikovyh priborov//Izvestiya NAN Armenii, Fizika. – 2008. – T. 43, № 5. – S. 348-354. 4. Rahmatov A.Z., Skornyakov S.L., Karimov A.V., Edgorova D.M., Abdulhaev O., Buzrukov U.M. Fiziko-tehnologicheskie aspekty sozdaniya niz- kovoltnyh ogranichitelej napryazheniya na osnove kremniya//Tehnologiya i konstruirovanie v elekt- ronnoj apparature (Odessa). – 2010. – № 5-6. – S. 30-35. 5. Rahmatov A.Z. Razrabotka fiziko-tehnicheskih osnov polucheniya kremnievyh ogranichitelej nap- ryazheniya. – Avtoref. dis. na soiskanie uchenoj stepeni k.t.n. – Tashkent, 2008. 6. Sposob izgotovleniya kremnievyh ogranichitelej napryazheniya/Muratov A.F., Rahmatov A.Z., Merkulov A.A., Ismoilov I.R. – Patent RUz № 5328. Byul. № 3 ot 30.09.1994. 7. Rahmatov A.Z., Petrov D.A., Karimov A.V., Edgorova D.M., Abdulhaev O.A.Issledovanie vliyaniya nejtronnogo oblucheniya na naprya- zhenie proboya kremnievyh ogranichitelej nap- ryazheniya//Radio elektronika, Kiev. – 2012. – № 7. – S. 1-4. 8. Rahmatov A.Z., Karimov A.V., Edgorova D.M., Abdulhaev O.A. Issledovanie vliyaniya nejtron- nogo oblucheniya na harakteristicheskie para- metry kremnievyh ogranichitelej napryazheniya //Komponenty i tehnologii. – 2012. – № 5. – S. 52-54. 9. Rahmatov A.Z., Karimov A.V. Analiz perehodnyh processov v radiacionno-obluchennyh kremnie- vyh p+nn+-strukturah//FIP. – 2012. – T. 10, № 4. – S. 308-312. 10. Karimov A.V., Edgorova D.M., Rahmatov A.Z., Skornyakov S.L. Petrov D.A., Abdulhaev O.A. Issledovanie impulsnyh harakteristik ogranichi- telej napryazheniya//Tehnologiya i konstruiro- vanie v elektronnoj apparature. – 2012. – № 3. – S. 26-31. 11. Rahmatov A.Z., Abdulhaev O.A., Karimov A.V., Edgorova D.M. Osobennosti raboty ogranichite- lya napryazheniya v impulsnom rezhime//FTP. – 2013. – T. 47, Vyp. 3. – S. 364-368. 12. Rahmatov A.Z., Karimov A.V., Edgorova D.M., Abdulhaev O.A. Skornyakov S.P. Pribornye ha- rakteristiki silovyh diodov na osnove kremnievyh p+-n+, p+-n-n+ i p+-r-n-n+-struktur//Komponenty i tehnologii. – 2012. – № 4. – S. 38-41. 13. Sze S.M., Kwok K.Ng. Physics of Semiconduc- tor Devices. 3rd ed. Hoboken.– New Jersey: Wiley-Interscience, 2007. – 94 р. ВЛИЯНИЕ НЕЙТРОННОГО ОБЛУЧЕНИЯ НА ПРОЦЕССЫ МОДУЛЯЦИИ БАЗОВОЙ ОБЛАСТИ КРЕМНИЕВОЙ p+nn+-СТРУКТУРЫ

Схожі ресурси