3.3.8 Накопление поверхностных состояний в зависимости от интенсивности излучения

Имеющиеся в настоящее время многочисленные экспериментальные данные говорят о том, что «истинная» зависимость скорости накопления ПС в МОП-приборах от мощности дозы отсутствует [13, 30]. На рис. 3.26 [30] показан график зависимости V_it от времени для транзисторов, облученных дозой 100 крад(SiO₂) при мощностях дозы от 610⁹ до 0,05 рад(SiO₂)/с. После облучения каждый транзистор отжигался с подачей на него смещения. Напряжение смещения при облучении и отжиге составляло 6 В. Следует отметить, что при одинаковом суммарном времени облучения и отжига получаются одинаковые сдвиги порогового напряжения, обусловленные накоплением ПС, независимо от мощности дозы ИИ. Если бы имела место «истинная» зависимость от мощности дозы, то данные, полученные при различных значениях мощности дозы, не ложились бы на одну и ту же кривую отклика.

Рис. 3.26. Накопление ПС в транзисторах, облученных при мощности дозы от 610⁹ до 0,05 рад(SiO₂)/с и отожженных при комнатной температуре с подачей смещения +6 В [30]

Однако если приборы не отжигаются, то облучение при различных интенсивностях может привести к различным значениям V_it. На рис. 3.27 [51] показан график зависимости V_it и V_ot от дозы для n-канальных транзисторов, облученных с помощью гамма-источников ⁶⁰Co и ¹³⁷Cs при мощностях дозы от 0,1 до 200 рад(Si)/с дозой 1 Мрад(Si) с подачей при облучении напряжения 10 В и последующим отжигом. При меньших значениях мощности дозы V_it больше, а V_ot меньше, чем при более высоких значениях мощности дозы. Меньшие значения V_it при высокой мощности дозы получаются из-за того, что в этих транзисторах накопление ПС за короткое время облучение при высокой мощности дозы не успевает насыщаться. Меньшие значения V_ot при малой мощности дозы объясняются тем, что при длительном низкоинтенсивном облучении в большей степени проявляется нейтрализация оксидных ловушек.

Рис. 3.27. Сдвиг порогового напряжения, обусловленный накопленным зарядом в оксиде и на ПС, для n-канальных транзисторов, облученных при мощности дозы от 0,01 до 200 рад(SiO₂)/с [51]

Таким образом, если транзисторы не отжигаются после облучения, то лабораторные эксперименты (например, при мощности дозы порядка 10² рад(Si)/с) будут завышать величину заряда в оксиде и занижать величину заряда ПС, характерные для космических условий. Поскольку в случае n-канальных транзисторов эти два заряда стремятся компенсировать друг друга, то результирующим эффектом будет более положительный сдвиг порогового напряжения при низкоинтенсивном облучении. Для данных, представленных на рис. 3.27, после облучения дозой 1 Мрад(Si) наблюдается разница в сдвиге порогового напряжения для транзисторов, облучавшихся при мощности дозы 0,1 и 200 рад(Si)/с, составляющая приблизительно 3 В.

3.3.9 Отжиг поверхностных состояний

В отличие от ловушек в оксиде, ПС не отжигаются при комнатной температуре. В ряде случаев наблюдается некоторый отжиг ПС при 100 С, однако, для того, чтобы был значительный отжиг ПС, как правило, требуются более высокие температуры [52, 53].

Рис. 3.28. Изохронный отжиг при повышенных температурах заряда ПС и заряда в оксиде после облучения дозой 3 Мрад(Si)

На рис. 3.28 [52] показан график зависимости от температуры величин V_th, V_it и V_ot для транзисторов с поликремниевым затвором, облученных дозой 3 Мрад(Si) и подвергнутых после этого изохронному отжигу при последовательно повышающихся значениях температуры. Отжиг транзисторов при каждой температуре проводился в течение 30 мин. Электрическое поле в оксиде при облучении и отжиге составляло 2,5 МВ/см. Видно, что при температурах от 25 до 125 С имеет место накопление ПС. При температурах, превышающих 125 С, число ПС начинает снижаться. После отжига при 300 С V_it снижается более чем в 5 раз по сравнению со своим максимальным значением при 125 С. Даже несмотря на то, что значительная часть ПС отожглась, после отжига при 300 С все еще присутствует некоторое количество ПС.