ЭФФЕКТЫ НИЗКОИНТЕНСИВНОГО ОБЛУЧЕНИЯ В ПРИБОРАХ И ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМАХ НА БАЗЕ КРЕМНИЯ

This paper is a review on total ionizing dose effects in silicon semiconductor devices and integrated circuits under low dose rate irradiation that is typical of space applications. We consider the mechanism of radiation induced charge buildup in the dielectric of MOS structures and at the semiconductor/dielectric interface; in addition, the paper reports an analysis of the nature of defects in Si/ SiO2 structure which are responsible for these processes. Also, the paper describes specific features of annealing of the charge trapped in dielectric and interface traps. The degradation of MOS and bipolar devices is considered for low dose rate irradiation conditions inherent to space application. We show that under low dose rate irradiation MOS devices are susceptible to time−dependent effects which are determined by the kinetics of charge buildup and annealing in the Si/SiO2 structure, while bipolar devices may be susceptible to true dose rate effects. The paper considers basic experimental modeling methods for low dose rate effects during accelerated testing of silicon devices and integrated circuits. We show that it is necessary to use essentially different experimental approaches for the modeling of time−dependent effects in MOS devices and true dose rate effects in bipolar devices and integrated circuits.Рассмотрены дозовые ионизационные эффекты в полупроводниковых приборах и интегральных схемах на базе кремния в условиях воздействия низкоинтенсивного ионизирующего излучения космического пространства. Дано описание механизма радиационно−индуцированного накопления заряда в диэлектрике МОП−структур и на границе раздела полупроводник/диэлектрик. Также проанализирована природа дефектов в структуре Si/SiO2, отвечающих за эти процессы. Преведены особенности отжига накопленного при облучении заряда в диэлектрике и поверхностных состояний. Рассмотрены особенности деградации МОП− и биполярных приборов в условиях низкоинтенсивного радиационного облучения, характерного для космического пространства. Показано, что в условиях низкоинтенсивного облучения в МОП−приборах возникают зависящие от времени эффекты, обусловленные особенностями кинетики накопления и отжига зарядов в структуре Si/SiO2, тогда как в биполярных приборах наблюдаются истинные эффекты мощности дозы. Дан обзор основных методов экспериментального моделирования эффектов низкоинтенсивного облучения при ускоренных испытаниях кремниевых приборов и микросхем. Показано, что для моделирования зависящих от времени эффектов в МОП−приборах и истинных эффектов мощности дозы в приборах и микросхемах биполярной технологии используют принципиально разные экспериментальные подходы

РАДИАЦИОННО–ИНДУЦИРОВАННАЯ ДЕГРАДАЦИЯ КМОП–ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ МОЩНОСТИ ДОЗЫ И ТЕМПЕРАТУРЫ ПРИ ОБЛУЧЕНИИ

The degradation of CMOS operational amplifiers with bipolar and CMOS input stages under irradiation at different dose rates and temperatures has been investigated. We show that such circuits can be susceptible to enhanced low dose rate and temporal degradation. Moreover, some features inherent to radiation response of bipolar devices have been revealed in operational amplifiers which contained CMOS elements only, for example, an increase in degradation with the temperature applied during irradiation. This is not typical for most CMOS devices. Our results suggest that the test procedures for devices and integrated circuits containing bipolar and CMOS elements should combine existing test approaches developed for the radiation testing of bipolar and CMOS devices. We have also shown that ionizing current generated by irradiation can affect the input current of operational amplifiers with CMOS input stages as measured during testing. This current can be estimated as the difference between input currents measured during irradiation and immediately after an interruption of irradiation. Исследована деградация КМОП− операционных усилителей с биполярным и КМОП−входным каскадом при облучении с различными значениями мощности дозы и температуры. Показано, что такие микросхемы могут быть подвержены как повышенной чувствительности к низкоинтенсивному облучению, так и зависящим от времени эффектам. При исследованиях операционных усилителей, содержащих только КМОП−элементы, выявлены некоторые особенности, присущие радиационному отклику изделий биполярной технологии, например усиление деградации при увеличении температуры облучения. Это не типично для большинства изделий КМОП−технологии. На основе полученных результатов показано, что методы радиационных испытаний приборов и микросхем, содержащих как биполярные, так и КМОП− или МОП−элементы, должны объединять существующие подходы к испытаниям МОП− и биполярных приборов. Установлено, что при измерении в процессе испытаний входного тока операционных усилителей с КМОП− входным каскадом необходимо учитывать влияние ионизационного тока, генерируемого при облучении. Этот ток может быть оценен как разность значений входного тока, измеренных в процессе облучения и сразу же после прерывания облучения.

ИЗУЧЕНИЕ ДЕГРАДАЦИИ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ НАНОГЕТЕРОСТРУКТУР АIIIВV В УСЛОВИЯХ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Solar radiation is practically inexhaustible and environmentally friendly source of energy. Solar panels are classified as devices very sensitive to radiation. Therefore, the problem of creating radiation− resistant solar panels is quite acute. In operation, solar batteries (SB) are exposed to hard corpuscular radiation (radiation belts, solar and cosmic radiation), resulting in the structure of accumulated violations leading to a gradual deterioration of their electrical characteristics. Conducted experimental studies of single−degradation characteristics of solar cells (SE) based on GaAs with Ge substrate due to the structural damage produced by irradiation with fast neutrons and electrons, step by irradiation with fast neutrons and electrons with different fluence. Before and after each set of neutron fluence and electrons were measured light current−voltage characteristics (CVC) and photosensitivity spectra of the AOC. Determined from the measured CVC following parameters: fault current circuit voltage with a maximum coefficient of performance (COP) (ratio of maximum power to the product of the flux density of solar energy and the cell area), fill factor (the ratio of maximum power to the product of the short−circuit current and voltage idling). Солнечное излучение, является практически неисчерпаемым и экологически чистым источником энергии. Солнечные батареи относятся к категории приборов, чувствительных к облучению. Поэтому проблема создания радиационно−устойчивых солнечных батарей стоит достаточно остро. При эксплуатации солнечные батареи (СБ) подвергаются воздействию жесткого корпускулярного излучения (радиационные пояса Земли, солнечное и космическое излучение), в результате чего в структуре накапливаются нарушения приводящие к постепенному ухудшению их электрических характеристик. Проведены экспериментальные исследования деградации характеристик однокаскадных солнечных элементов на основе GaAs с Ge−подложкой вследствие структурных повреждений, образующихся при пошаговом облучении быстрыми нейтронами и электронами с различным флюенсом. До и после набора каждого флюенса нейтронов и электронов проведены измерения световых вольт−амперных характеристик (ВАХ) и спектров фоточувствительности солнечных элементов. По измеренным ВАХ определены следующие параметры: ток короткого замыкания, напряжение холостого хода, максимальный коэффициент полезного действия (отношение максимальной мощности к произведению плотности потока солнечной энергии и площади элемента), фактор заполнения (отношение максимальной мощности к произведению тока короткого замыкания и напряжения холостого хода).

Effects of electron-irradiation darkening and its posterior bleaching by light in novel Cr-Mg-YAS fiber

Two remarkable effects for the recently invented chromium-magnesium (Cr-Mg) co-doped yttria-alumino-silicate fiber are reported: (i) strong and spectrally peculiar darkening under the action of energetic (6 MeV) beta-electrons with dosage up to 1.0 x 10(15) cm(-2) and (ii) posterior optical bleaching of the darkening loss at exposure to low-power (of a mW-range) 633 nm light. Both phenomena are revealed to be conspecific to co-doping the fiber with Mg and to the presence of versatile valence forms of Cr ions. The reported results seem to be impactful for exploiting fiber of such type for dosimetry and in space technology

Main principles of developing exploitation models of semiconductor devices

The paper represents primary tasks, solutions of which allow to develop the exploitation modes of semiconductor devices taking into account complex and combined influence of ionizing irradiation and operation factors. The structure of the exploitation model of the semiconductor device is presented, which is based on radiation and reliability models. Furthermore, it was shown that the exploitation model should take into account complex and combine influence of various ionizing irradiation types and operation factors. The algorithm of developing the exploitation model of the semiconductor devices is proposed. The possibility of creating the radiation model of Schottky barrier diode, Schottky field-effect transistor and Gunn diode is shown based on the available experimental data. The basic exploitation model of IRLEDs based upon double AlGaAs heterostructures is represented. The practical application of the exploitation models will allow to output the electronic products with guaranteed operational properties