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半导体器件低剂量率辐照效应及表征方法研究

作　者: 胡博
导　师: 庄奕琪
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 半导体器件低剂量率辐照效应 1/f噪声表征方法
分类号: TN303
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

目前,双极型器件及电路已经广泛应用于航空航天、核武器爆炸以及核反应堆等具有辐射性的领域。自从1991年Enlow等人发现双极型器件具有低剂量率辐射损伤增强效应(enhangced low dose rate sensitivity, ELDRS)以来,国内外大量研究结果表明,许多双极型器件及电路都具有ELDRS效应。具体表现为双极型晶体管在低剂量率辐照下电流增益下降更为显著,这是由于低剂量率辐照在Si02钝化层内感生了更多的氧化物陷阱电荷Nox和界面态Nit电荷浓度。氧化层陷阱电荷改变Si中的表面势；界面陷阱成为复合中心,增加表面复合速率So。进而导致低剂量率下过量基极电流明显增大,且npn管比pnp管明显。随着对电子元器件低频噪声的深入研究,人们发现双极晶体管经辐照引起的内部缺陷同样可以导致低频噪声的变化。本文采用国产的2N2484(npn)、2N2907A(pnp)双极型晶体管以及LM117、LM317可调三端稳压器作为实验器件和电路,按照西安电子科技大学微电子学院的要求,在西北核技术研究所60Coγ源上进行了γ射线多次剂量(10krad、30krad、50krad、70krad、100krad、150krad)和高低不同剂量率(10rad (Si)/s和O.1rad(Si)/s)的辐照试验。并对半导体器件及电路的辐照结果、损伤机理、物理模型及表征方法进行了深入的研究。同时本文还增加了双极型器件及电路低频噪声辐照变化及对比分析等内容。较为详尽的阐述了双极型器件及电路辐射后产生的缺陷以及缺陷对器件电参数、噪声参数的影响。结果表明随着辐照剂量的增加以及辐照剂量率的降低,双极型器件及电路的电参数不断退化,1/f噪声不断增加。基于上述实验结果和理论研究,结合双极晶体管现有的1/f噪声模型,引入辐射机制,建立双极型器件及电路辐射损伤的1/f噪声表征方法。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章绪论  9-13
  1.1 研究对象  9-10
  1.2 国内外研究结果  10-11
  1.3 本文的研究方法与论文结构  11-13
第二章空间辐照环境及辐射效应  13-25
  2.1 辐射环境概述  13-14
    2.1.1 空间环境  13-14
    2.1.2 核爆炸环境  14
  2.2 模拟辐射环境  14-16
    2.2.1 中子辐射环境  14
    2.2.2 ~(60)Coγ射线辐射环境  14-15
    2.2.3 X射线辐射环境  15
    2.2.4 重离子源辐射环境  15-16
    2.2.5 核动力辐射环境  16
  2.3 位移效应  16-17
  2.4 总剂量效应  17-23
    2.4.1 BJT的总剂量效应  17-19
    2.4.2 FET总剂量效应  19-21
    2.4.3 运算放大器的总剂量效应  21-23
  2.5 小结  23-25
第三章低剂量率辐照实验方法及效应分析  25-41
  3.1 低剂量率辐射实验方法  25-29
    3.1.1 高温高剂量率辐照法  26-27
    3.1.2 反向偏置高温高剂量率辐照法  27-28
    3.1.3 室温高剂量率辐照加高温退火法  28-29
    3.1.4 重复两次室温高剂量率辐照加高温退火法  29
    3.1.5 过量辐照法  29
  3.2 双极型器件及电路低剂量率辐照效应分析  29-37
    3.2.1 BJT的低剂量率效应  29-36
    3.2.2 三端稳压器的低剂量率效应  36-37
  3.3 低剂量率辐照效应及实验方法的对比分析  37-39
    3.3.1 低剂量率辐照实验方法对比分析  37-38
    3.3.2 低剂量率辐照效应对比分析  38-39
  3.4 小结  39-41
第四章双极型器件低剂量率辐照效应及表征方法  41-69
  4.1 双极型器件低剂量率辐照实验方法  41-42
  4.2 双极型器件低剂量率辐照结果分析  42-50
    4.2.1 pnp型双极晶体管  42-46
    4.2.2 npn型双极晶体管  46-50
  4.3 双极型器件低剂量率辐照机理研究  50-54
    4.3.1 常规电参量辐照机理研究  50-53
    4.3.2 噪声参量辐照机理研究  53-54
  4.4 双极型器件低剂量率辐照表征方法  54-64
    4.4.1 常规电参数低剂量率辐照表征方法  54-61
    4.4.2 噪声参数低剂量率表征方法  61-64
  4.5 双极型器件抗辐射能力表征方法  64-68
    4.5.1 常规电参量双极型器件抗辐射能力表征方法  64-65
    4.5.2 双极型器件抗辐射损伤的1/f噪声表征方法  65-68
  4.6 小结  68-69
第五章双极型电路低剂量率辐照效应及表征方法  69-79
  5.1 双极型电路低剂量率辐照实验方法  69
  5.2 双极型电路低剂量率辐照结果分析  69-72
    5.2.1 三端稳压器输出电压V_o辐照结果分析  69-70
    5.2.2 噪声参数辐照结果分析  70-72
  5.3 三端稳压器LM117工作原理分析  72-73
  5.4 双极型电路低剂量率辐照机理研究及表征方法  73-77
  5.5 小结  77-79
第六章总结与展望  79-81
  6.1 总结  79
  6.2 展望  79-81
致谢  81-83
参考文献  83-89
研究成果  89

半导体器件低剂量率辐照效应及表征方法研究

内容摘要

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