WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Журнал технической физики, 2005, том 75, вып. 4 05;06;12 Радиационная стойкость перспективных арсенид галлиевых полевых транзисторов Шотки © Е.В. Киселева, М.А. Китаев, С.В. Оболенский, В.Т. Трофимов, В.А. Козлов Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, 603950 Нижний Новгород, Россия e-mail: obolensk@rf.unn.ru (Поступило в Редакцию 17 августа 2004) Исследована радиационная стойкость арсенид галлиевых полевых транзисторов Шотки с длиной канала 30-80 nm. Показано, что уровень стойкости определяется квазибаллистическими эффектами в канале транзистора и составляет 5 · 1014-5 · 1015 cm-2 быстрых нейтронов.

Известно, что уменьшение размеров активных обла- ственного заряда (ОПЗ) затвора [9] и, следовательно, стей полупроводниковых приборов сопровождается не сильно зависит от напряжения, поданного на затвор и только улучшением их высокочастотных характеристик, сток, то параметры безстолкновительного движения, а но и повышением радиационной стойкости. Полевые значит, и радиационная стойкость прибора зависят от GaAs транзисторы Шотки (ПТШ) можно разделить постоянных напряжений питания (смещения).

на три больших класса [1,2], включающих приборы с В [8] показано, что распределение радиационных дедлинами канала: 1) значительно превышающими длину фектов в планарных структурах типа металл–полупрорелаксации энергии (> 1 µm), 2) сравнимые с длиной водник неоднородно из-за инжекции атомов металла в релаксации энергии (0.2... 1 µm), 3) сравнимые с длиполупроводник при облучении. Это приводит к тому, ной релаксации импульса (0.05... 0.2 µm). Последняя что в активной области прибора концентрация и разгруппа приборов представляет собой новейшие разрамер СКРД неоднородны по глубине, причем в канале ботки, а их радиационная стойкость практически не транзистора концентрация субкластеров может быть в исследована.

несколько раз выше, чем в подложке [8]. В данной При нейтронном облучении в GaAs возникают клаработе для повышения радиационной стойкости предстеры радиационных дефектов (КРД), состоящие из ложено использовать композиции типа Au / легкий ме5... 10 субкластеров дефектов (СКРД) с характерныталл / полупроводник (рис. 1). Важно, что прилегающий ми размерами 10... 15 nm и расстоянием между ними к полупроводнику слой металла (Ti) имел атомную 10... 40 nm [3,4]. Для электронов с энергиями порядмассу меньше, чем атомы полупроводника, а толщина ка тепловой КРД полностью непрозрачен, а горячие этого слоя была больше, чем пробег атомов золота, электроны (W = 0.3... 1eV) рассеиваются на отдельполучивших энергию от быстрых нейтронов. При облуных СКРД. Из-за этого у ПТШ из первой группы чении атомы Au застревали в титановой прослойке и крутизна ВАХ при нейтронном облучении снижается не достигали слоя GaAs, а инжектированные в полупропропорционально его флюенсу (Fn), в то время как для водник атомы Ti создавали в нем меньше радиационных транзисторов второй группы Fn [3,5,6].

нарушений, чем атомы самого полупроводника.

Переход к длинам канала, соответствующим третьей группе, приводит к еще большему увеличению радиационной стойкости за счет эффекта всплеска скорости [7,8].

Сечение рассеяния на СКРД в случае коротких длин канала существенно снижается: так как энергии носителей достигают 1 eV [2], величина области пространственного заряда субкластеров уменьшается и рассеяние происходит практически на ядрах СКРД [8]. Электроны претерпевают в основном упругое малоугловое рассеяние на примесях и заряженных точечных радиационных дефектах и субкластерах [8], т. е. носители практически „не чувствуют“ рассеивающих центров.

Радиационная стойкость ПТШ определяется целым комплексом параметров: концентрацией носителей, материалом металлизации затвора, длиной затвора и т. д. [3,5,6]. В данной работе изучалось влияние нейРис. 1. Схема движения носителей заряда в полевом тронного облучения на сверхкороткоканальные ПТШ транзисторе с V-образным затвором. n+ = 1019 cm-3; n1 = (3 группы). Поскольку в таких транзисторах длина кана- = 2 · 1017 cm-3; n2 = 7... 9 · 1019 cm-3; n- = 1014 cm-3. Пункла определяется как удвоенная длина области простран- тир — область пространственного заряда затвора.

Радиационная стойкость перспективных арсенид галлиевых полевых транзисторов Шотки Изменение характеристик квазибаллистического ПТШ с V-образным затвором при нейтронном облучении № Флюенс, Напряжение Емкость Коэффициент усиления, dB Коэффициент шума, dB Ток стока, mA ПТШ ·1015 cm-2 исток–затвор, V затвор–исток, pF (37 GHz) (37 GHz) 1 До -0.97 11 0.083 6 3.-0.97 6.5 0.067 6 4.0.-0.64 10.1 0.078 5.5 3.2 До -0.21 12.6 0.095 6 3.+0.08 12.6 0.093 6 4.0.7 0 11.5 0.087 6 3.-0.21 8.2 0.076 6 3 До -0.3 14.2 0.098 6 3.+0.44 9.3 0.085 6 4.4 0 4.5 0.067 5 3.-0.3 1.8 0.055 1.6 4 До -0.96 13.6 0.086 5.5 3.+0.07 13.6 0.103 6 4 0 12.6 0.095 5.8 4.-0.96 1.6 0.034 1.2 5 До -0.52 14.0 0.079 6.0 3.+0.6 14.0 0.095 6 5.6.5 0 7.3 0.067 5.5 4.-0.52 2.2 0.045 2.1 6 До -0.95 10.7 0.078 5.5 3.0 11.4 0.082 6 5.6.5 -0.07 10.7 0.065 6 -0.95 1.9 0.047 0.9 7 До 0 10.1 0.078 6 4.0 0.8 0.023 1.1 +0.59 5 0.056 4.2 5.8 До -0.21 14.0 0.095 6 3.+0.63 14.0 0.092 6 3.15 0 5.9 0.067 5 5.-0.21 2.2 0.043 0.5 П р и м е ч а н и е. Напряжение на стоке подбиралось в диапазоне 2-3 V исходя из минимального значения коэффициента шума при коэффициенте усиления 5.5 или 6 dB.

В работе рассмотрены приборы с повышенным транзистора 3... 10 mA, что позволяло использовать уровнем легирования активной области такой режим питания прибора при измерении высоко(7-9 · 1017 cm-3). Рассматривалось два режима частотных параметров тразисторов.

функционирования прибора: режим аттенюатора Измерялись статические и данамические характери(напряжение исток–сток V12 =+0.1... 0.3eV) и режим стики приборов до и после воздействия нейтронного усилителя (V12 =+2... 2.5eV). При напряжениях излучения с колоколообразным энергетическим спекзатвор–исток V31 =+0.3... 0.4 и исток–сток тром (0.01... 3MeV) и средней энергией нейтронов V12 =+0.1... 0.2 V и указанном уровне легирования 1.5 MeV (см. таблицу). Диапазон исследуемых флюенсов длина канала, оцененная как удвоенный размер ОПЗ излучения 1014... 1.5 · 1016 cm-2. Результаты измерений затвора, составляет около 30 nm, что в 2... 4 раза приведены на рис. 2 и в таблице.

меньше, чем у приборов, рассмотренных в [8]. В этом Для обработки результатов эксперимента привлекарежиме питания междолинные переходы электронов лись модели, описанные в [4,7]. Анализировалось расэнергетически запрещены, так как eV12 < W L, где пределение энергии электронов вдоль канала при разW L — энергетический зазор между и L долинами.

личных флюенсах радиационного воздействия и разВ режиме усиления длина канала составляла личных режимах работы транзистора. Сопоставление результатов расчета и эксперимента позволяют сделать 80... 100 nm. Благодаря высококачественному барьеру Шотки положительное напряжение на затворе вплоть следующие выводы.

до +0.6 V приводило к незначительному увеличению 1. При уменьшении напряжения питания стока тока затвора (до 10... 30 µA) при рабочих токах стока (рис. 2), т. е. при переходе из режима усилителя в режим Журнал технической физики, 2005, том 75, вып. 138 Е.В. Киселева, М.А. Китаев, С.В. Оболенский, В.Т. Трофимов, В.А. Козлов собность транзистора может быть восстановлена изменением напряжения на затворе. При больших флюенсах для восстановления параметров прибора необходимо подавать на затвор положительные смещения более 0.5... 0.6 V, что вызывает увеличение токов утечки затвора.

4. Изменением напряжения на затворе удается полностью восстановить величину коэффициента усиления, в то время как минимальный коэффициент шума восстанавливается до значения на 10... 30% хуже, чем до облучения (см. таблицу). Это объясняется расширением колоколообразной функции распределения электронов по энергии после нейтронного облучения, что вызвано как увеличением частот рассеяния на дефектах, так и чаРис. 2. Зависимость относительного изменения тока стока стот междолинных переходов. Последнее обуславливает транзистора от напряжения на стоке после облучения быстрырост флуктуаций тока стока транзистора и его шумы.

ми нейтронами с флюенсами: 5 · 1014 (a), 1015 cm-2 (b). I0 — Авторы выражают благодарность за детальное обток стока до облучения. На вставке — зависимость тока стока транзистора от напряжения на стоке до (1) и после (2, 3) суждение результатов работы, ценные комментарии и облучения быстрыми нейтронами с флюенсом 1015 cm-2 при пожелания Т.М. Агаханяну, Д.В. Громову, В.Т. Громову, различных напряжениях на затворе: -1.25 (1, 3); -0.9V (2).

В.К. Киселеву, А.Н. Качемцеву, Д.И. Тетельбауму.

Список литературы аттенюатора область проявления квазибаллистического [1] Шур М. Современные приборы на основе арсенида галлия.

движения носителей заряда (и эффекта всплеска скоМ.: Мир, 1991. 632 с.

рости) занимает весь канал транзистора, энергия но[2] Пожела Ю. Физика быстродействующих транзисторов.

сителей заряда в канале имеет величину 0.1... 0.25 eV.

Вильнюс: Мокслас, 1989. 264 с.

Частота рассеяния низкоэнергичных электронов на кла[3] Аствацатурьян Е.Р., Громов Д.В., Ломако В.М. Радиастерах дефектов велика, а радиационная стойкость, оцеционные эффекты в приборах и интегральных схемах на ненная как отношение тока стока до и после облучения арсениде галлия. Минск: Университетское, 1992. 219 с.

(рис. 2), ниже, чем в случае больших напряжений стока.

[4] Оболенский С.В. // Изв. вузов: Электроника. 2002. № 6.

2. Высокие значения плотности тока в канале транзи- С. 67–71.

стора достигаются за счет высокой скорости электронов [5] Зулиг Р. // Арсенид галлия в микроэлектронике / Под ред.

Н. Айспрука, У. Уиссмена. М.: Мир, 1988. С. 501–547.

в условиях проявления эффекта всплеска скорости. В то [6] Бобыль А.В., Конакова Р.В., Кононов В.К. и др. // Электронже время концентрация электронов в канале транзистоная техника. Сер. Управление качеством. 1992. Вып. 4–5.

ра мала (1... 5 · 1016 cm-2). При введении радиационС. 31–40.

ных дефектов область канала прибора перекрывается, в [7] Демарина Н.В., Оболенский С.В. // ЖТФ. 2002. Т. 72.

то время как области под истоком и стоком транзистора Вып. 1. С. 66–71.

слабо изменяют свое сопротивление. Это обусловливает [8] Оболенский С.В. // Микроэлектроника. 2004. № 2. С. 153– возможность восстановления как статических, так и 159.

динамических режимов работы транзистора за счет сни[9] Волчков Н.А., Журавлев К.С., Китаев М.А. и др. // Изв.

жения напряжения смещения затвора (вставка на рис. АН. Сер. физ. 2004. Т. 68. № 1. С. 93–97.

и таблица). При напряжении на затворе +0.6 V, несмотря на рост токов утечки, транзистор продолжает эффективно работать вплоть до флюенсов 1.5 · 1016 cm-2.

Цепочка автосмещения, являющаяся детектором флюенса нейтронного облучения, может быть реализована с помощью делителя напряжения из полупроводниковых и металлических резисторов, изготовленных на одном кристалле с транзистором.

3. При фиксированном напряжении смещения на затворе скорость деградации параметров прибора, как и в случае длинноканальных транзисторов, пропорциональна флюенсу нейтронного облучения, но пороговое значение флюенса, при котором начинают наблюдаться изменения характеристик ПТШ, в 1.5... 3 раза выше.

При облучении флюенсами до 5 · 1015 cm-2 работоспоЖурнал технической физики, 2005, том 75, вып.




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.