Способ определения коэффициента относительной эффективности и эквивалентной дозы источника рентгеновского излучения



Способ определения коэффициента относительной эффективности и эквивалентной дозы источника рентгеновского излучения
Способ определения коэффициента относительной эффективности и эквивалентной дозы источника рентгеновского излучения
Способ определения коэффициента относительной эффективности и эквивалентной дозы источника рентгеновского излучения
Способ определения коэффициента относительной эффективности и эквивалентной дозы источника рентгеновского излучения
Способ определения коэффициента относительной эффективности и эквивалентной дозы источника рентгеновского излучения
Способ определения коэффициента относительной эффективности и эквивалентной дозы источника рентгеновского излучения
Способ определения коэффициента относительной эффективности и эквивалентной дозы источника рентгеновского излучения
Способ определения коэффициента относительной эффективности и эквивалентной дозы источника рентгеновского излучения
Способ определения коэффициента относительной эффективности и эквивалентной дозы источника рентгеновского излучения
Способ определения коэффициента относительной эффективности и эквивалентной дозы источника рентгеновского излучения
Способ определения коэффициента относительной эффективности и эквивалентной дозы источника рентгеновского излучения
Способ определения коэффициента относительной эффективности и эквивалентной дозы источника рентгеновского излучения
Способ определения коэффициента относительной эффективности и эквивалентной дозы источника рентгеновского излучения
Способ определения коэффициента относительной эффективности и эквивалентной дозы источника рентгеновского излучения
Способ определения коэффициента относительной эффективности и эквивалентной дозы источника рентгеновского излучения
Способ определения коэффициента относительной эффективности и эквивалентной дозы источника рентгеновского излучения

 


Владельцы патента RU 2480861:

Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова" (RU)

Изобретение относится к области измерительной техники. Технический результат - получение в реальном масштабе времени величины коэффициента относительной эффективности и эквивалентной дозы источника рентгеновского излучения, что позволяет по известной зависимости для транзисторов оценить радиационное изменение амплитудных и временных параметров. В способе определения коэффициента относительной эффективности и эквивалентной дозы источника рентгеновского излучения в состав каждой БИС вводят встроенные дозиметры сопровождения в виде независимых тестовых n- и p-канальных транзисторных структур МДП, включенных в режиме конденсатора, эти структуры независимо облучают в составе разных БИС импульсным излучением рентгеновского источника или излучением гамма-квантов нуклидного источника Co60, электрофизические параметры структур МДП до и в процессе облучения определяют с использованием способа кулонометрического измерения и по изменению импульсного падения напряжения на измерительном резисторе RH, включенном последовательно между телом структуры МДП, сформированной по единой базовой технологии, что и для основной БИС, и его приращения при воздействии ионизирующих излучений различной природы получают значение RDEF результата воздействия на БИС технологии КМОП/КНД излучения импульсного рентгеновского источника по сравнению с гамма-излучением эталонного нуклидного источника Co60 с использованием определенного соотношения. 3 з.п. ф-лы, 8 ил., 3 табл.

 

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к оценке уровня стойкости больших интегральных схем (БИС) на основе структур «металл - диэлектрик - полупроводник» (МДП) к воздействию дозовых эффектов от импульсного ионизирующего излучения при реализации варьирующихся технологических процессов.

В современной электронике широкое распространение получили комплементарные, т.е. взаимодополняющие структуры «металл - оксид - полупроводник» (КМОП), сформированные в тонком приборном слое кремния на сапфировой подложке (КМОП/КНИ) или в гетероэпитаксиальных структурах со скрытым слоем изолятора из диоксида кремния (КМОП/КНИ). Такие структуры имеют общее название «кремний-на-диэлектрике» (КНД).

При проведении импульсных радиационных исследований интегральных схем, изготовленных по технологии КНД, актуальной задачей является контроль уровня стойкости к дозовым эффектам (эффектам интегральной дозы - Total Integrated Dose, TID), вызванным генерацией радиационно-индуцированных зарядов Qot в подзатворный диэлектрик и на уровни дефектов структуры на границе раздела «полупроводник - диэлектрик» - Qit.

Для измерения полной (интегральной) поглощенной дозы в гетероструктуре БИС, TID обычно используют внешние термолюминесцентные дозиметры (ТЛД) сопровождения, представляющие собой стеклянные цилиндры, прозрачные для света, переменных размеров с примесью либо флюорида лития (LiF), либо флюорида кальция (CaF2) /1/. Они могут быть смешаны с другими веществами или войти в состав специализированной изотопной смеси для особых целей, таких как нейтронная дозиметрия. ТЛД - наиболее часто используемый вид малогабаритных дозиметров. Их действие основано на том, что когда какие-либо вещества поглощают энергию ионизирующего излучения, они ее накапливают, так что впоследствии при нагревании веществ она может быть высвобождена в виде светового излучения. В большой степени интенсивность светового излучения прямо пропорциональна поглощенной энергии ИИ и таким образом поглощенной дозе в веществе. Эта пропорция справедлива для широкого диапазона энергии ионизирующего излучения и показателей поглощенных доз. Так как основной материал матрицы ТЛД - Al2O3 отличается по плотности от основных материалов БИС - Si или SiO2, то возникает задача пересчета измеренной TID на условия поглощения в Si или SiO2 /2-3/. Другим недостатком является несоизмеримость толщины ТЛД порядка 0,5…1 мм с толщиной приборного слоя гетероструктуры БИС порядка 0,18…0,6 мкм или оксида подзатворного узла, что вызывает необходимость учета реального спектрально-энергетического распределения (СЭР) источника ионизирующего излучения (ИИ) /4/. Особенно это актуально при использовании в качестве источника ИИ импульсных рентгеновских аппаратов с максимальной энергией квантов рентгеновского излучения в спектре до 100 кэВ /5-6/. Известно, что при применении ТЛД с толщиной до 1 мм возможна погрешность оценки величины TID до 40%, а при пересчете на условия облучения на эталонном нуклидном источнике Co60 со средней энергией гамма-квантов Еγ=1,25 МэВ такая погрешность может достигать величины 20% /4/. Коэффициент относительной эффективности (КОЭ) (Relative Dose Enhancement Factor (RDEF)) воздействия гамма-рентгеновского излучения определяется как отношение TID источников ИИ с различным СЭР, вызывающих одинаковые изменения радиационно-критических параметров (РКП) в виде:

где Dγ(Co60) - TID от излучения эталонного нуклидного источника Со60; DX-Ray - TID от излучения рентгеновского источника ИИ при постоянстве мощности дозы обоих источников Pγ(Co60)≈PX-Ray = Const и радиационного изменения РКП - ΔРКП=Const.

Для уменьшения значения RDEF целесообразно выполнить интегрированный в чип БИС дозиметр ИИ, на базе транзисторной структуры МОП в едином технологическом цикле с остальными транзисторными структурами БИС технологии КМОП/КНД (далее - МДП) /8, 10/. Это позволит скоррелировать результаты измерения TID или мощности дозы Pγ, X-Ray при мониторинге импульса ИИ по результатам контроля амплитудно-временного распределения импульса ИИ /3, 5, 6/.

Известен способ определения эквивалентной TID источника рентгеновского излучения с использованием результатов предварительного облучения на нуклидном источнике Со60 /6/ и контроля сдвига порогового напряжения ΔVTH на выходной характеристике зависимости тока стока от напряжения «затвор - исток» ID=f(VGS) (Фиг.1-Фиг.3).

Недостатком указанного способа является высокая стоимость подобных испытаний и продолжительность во времени проведения подобных экспериментов, а также отсутствие однозначно определенных RDEF воздействия излучения X-Ray относительно γ-излучения Со60 и зависимости от результата оценки значения RDEF от электрического режима структуры МОП в процессе облучения и в результате измерения /3/.

Наиболее близким по технической сущности и принятым за прототип является экспериментально разработанный способ прогнозирования интенсивности параметрических отказов БИС в нолях рентгеновского и гамма-излучений по критерию радиационного дрейфа порогового напряжения ΔVTH на зависимости тока стока ID n- и p-канальных транзисторных структур от напряжения «затвор - исток» VGS /8/. Существенным недостатком этого способа является необходимость получения большого объема экспериментальных данных для получения соответствия результатов облучения на моделирующих установках ИИ и эталонном источнике Co60, что во многом ограничивает получение информации в реальном масштабе времени о возможности реализации параметрического отказа по выбранному критерию - току стока ID. Коэффициент RDEF в этом способе определяют с использованием соотношения:

где Kg - постоянная генерации носителей заряда, [Кл см-3·рад(Si)-1]; fy - предельная доля нерекомбинированного радиационно-индуцированного заряда; Bde - фактор дозового накопления; D- доза ИИ, [рад(SiO2)]; индексы «Co-60» и «Х-Ray» относятся к нуклидному источнику и рентгеновскому излучению, соответственно.

Техническим результатом предлагаемого способа является получение в реальном масштабе времени величины коэффициента относительной эффективности RDEF и эквивалентной дозы источника рентгеновского излучения (полной интегральной дозы, TID), что позволяет по известной зависимости VTH=f(TID) для транзисторов n-МДП и p-МДП оценить радиационное изменение амплитудных и временных РКП для БИС.

Технический результат достигается тем, что в способе определения коэффициента относительной эффективности и эквивалентной дозы источника рентгеновского излучения, включающем введение в состав каждой БИС встроенных дозиметров сопровождения в виде независимых тестовых n- и p-канальных транзисторных структур МДП, включенных в режиме конденсатора, независимое облучение таких структур в составе разных БИС импульсным излучением рентгеновского источника или излучением гамма-квантов нуклидного источника Со60, измерения электрофизических параметров до и в процессе облучения, электрофизические параметры структур МДП определяют с использованием способа кулонометрического измерения путем подачи на затвор этих структур импульса напряжения прямоугольной формы положительной полярности длительностью τP и величиной UP и контроля падения напряжения на измерительном резисторе RH, включенном последовательно между телом структуры МДП, сформированной по единой базовой технологии, что и для основной БИС, сравнения результатов измерения падения напряжения на измерительном резисторе и его приращения при воздействии ионизирующих излучений различной природы, а коэффициент относительной эффективности RDEF результата воздействия на БИС технологии КМОП/КНД излучения импульсного рентгеновского источника по сравнению с гамма-излучением эталонного нуклидного источника Со60 получают из измерений падения напряжения на резисторе нагрузки RH и его приращения в результате воздействия ИИ с использованием соотношения ((ПА.21 Приложение «А»):

где - падение напряжения на измерительном резисторе на участке формирования резистивных утечек подзатворного диэлектрика Ф4 процесса кулонометрического измерения электрофизических параметров при облучении структур МДП импульсным рентгеновским излучением источника X-Ray; - падение напряжения на измерительном резисторе на участке Ф4 при облучении структур МДП гамма-квантами источника Со60; UD - падение напряжения на измерительном резисторе в отсутствие воздействия ионизирующего излучения;

- приращение падения напряжения на измерительном резисторе в условиях облучения гамма- квантами источника Со60;

- приращение падения напряжения на измерительном резисторе в условиях облучения рентгеновским излучением источника X-Ray;

- приращение падения напряжения на измерительном резисторе на участке Ф4 в условиях отсутствия облучения, а эквивалентную дозу импульсного рентгеновского излучения определяют в единицах, эквивалентных спектру нуклидного источника, с использованием значения RDEF, полученного для конкретной величины поглощенной дозы нуклидного источника Со60, из соотношения:

где - мощность дозы нуклидного источника Со60; - длительность воздействия излучения нуклидного источника Со60.

Для исключения эффекта «супервосстановления» порогового напряжения транзисторов n-МДП и p-МДП мощность дозы источника импульсного рентгеновского излучения и источника гамма-квантов Со60 выбирают из условия PX-Ray,Co-60≥103рад(SiO2)·c-1.

Для получения результатов измерений в реальном масштабе времени подачу импульсного напряжения прямоугольной формы положительной полярности длительностью τP и величиной UP и контроль падения напряжения на измерительном резисторе RH синхронизируют по времени по переднему фронту или заднему фронту рентгеновского импульса, а при облучении гамма-квантами источника Со60 динамику накопления дозы и изменения величины RDEF осуществляют путем подачи импульса напряжения UP на тестовые структуры встроенных дозиметров с периодичностью, определяемой соотношением между предельной возможной частой генерации электрического импульса напряжения UP и временем экспозиции тестовых структур МДП нуклидного источника Со60 для набора требуемого верхнего допустимого уровня полной поглощенной дозы ИИ.

С целью создания условий равенства радиационно-индуцированных зарядов в структурах МДП время воздействия излучения нуклидного источника Со60 выбирают в соответствии с соотношением ((ПА.24) Приложение «А»):

где - поглощенная доза от источника импульсного рентгеновскою излучения в единицах энергии квантов Eγ=1,25 МэВ.

На Фиг.1 показан радиационный сдвиг интерфейсной компоненты ΔVit и объемной компоненты ΔVot порогового напряжения на выходных вольтамперных характеристиках IDD=f(VGS) транзисторов структуры p-МОП и n-МОП.

На Фиг.2 показан радиационный сдвиг порогового напряжения ΔVTH и его объемной ΔVot и интерфейсной ΔVit составляющих в относительных единицах от величины полной интегральной дозы в относительных единицах а) для транзистора n-МОП и б) для транзистора p-МОП.

На Фиг.3 показаны зоны доминирующего влияния на сдвиг порогового напряжения ΔVTH объемных и интерфейсных радиационно-индуцированных зарядов в структуре n-МОП и зона их суперпозиции в структуре p-МОП.

На Фиг.4 показано изменение радиационного сдвига порогового напряжения ΔVTH по отношению к значению, полученному для условий облучения на нуклидном источнике Со60, в зависимости от энергии быстрых электронов и протонов. Толщина подзатворного диэлектрика приведена в качестве параметра (10 и 35 нм). Отрезками прямых линий показан диапазон изменения соответствующих расчетных значений с использованим метода Моте-Карло.

Фиг.5 приведена схема для кулонометрического измерения ЭФП тестовых конденсаторов структуры МДП:

- генератор прямоугольных импульсов напряжения;

R1=ρ - согласующее волновое сопротивление;

МДП - тестовая структура конденсатора МДП;

RH - измерительный резистор;

TDS - осциллографический регистратор релаксационного процесса.

На Фиг.6 показаны зависимости:

(a) - UR((t) - напряжение на измерительном резисторе от времени: выделенные участки: Ф1 - (АФ1, τФ1) - интегрирование переднего фронта импульса; Ф2 - (АФ2, τФ2) - отсечки буферного слоя или формирования нелинейного конденсатора (варикапа); Ф3 - (АФ3, τФ3) - формирование инверсного слоя; Ф4 - (АФ4, τФ4) - участок формирования резистивных утечек подзатворного диэлектрика; участки С1 - (AC1, τС1) или Ф5, С2 - (АС2, τС2) или Ф6 - фазы релаксации тестового конденсатора МДП от заднего фронта зондирующего импульса;

(б) - UP(t) - напряжение генератора прямоугольных импульсов от времени: зондирующий прямоугольный импульс генератора при дифференциальной схеме включения тестовой структуры.

На Фиг.7 показана зависимость изменения величины падения напряжения UR(t) на измерительном резисторе RH на участке Ф4 структуры МДП при возбуждении прямоугольным импульсом напряжения амплитудой Up=6 B с длительностью τp=10 мс до («Без облучения») и в процессе ионизации («Экспозиция ИИ»).

На Фиг.8 показаны эпюры изменения во времени и от TID величин: 1) мощности дозы импульсного рентгеновского излучения PX-Ray(t) во времени; 2) TID источника рентгеновского излучения во времени; 3) мощности дозы нуклидного источника PCo-60(t) во времени; 4) TID нуклидного источника Co60 во времени; 5) сдвига порогового напряжения ΔVTH в структуре n-МДП от TID в SiO2; 6) сдвига порогового напряжения ΔVTH в структуре p-МДП от TID в SiO2; 7) циклическое изменение во времени импульсов тестового генератора прямоугольных импульсов в облучательном эксперименте с нуклидным источником Со60; 8) RDEF для структур n-МДП от TID в SiO2 и 9) RDEF для структур p-МДП от TID в SiO2.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Известно, что дрейф порогового напряжения ΔVTH определяется соотношением величин радиационно-индуцированных зарядов в подзатворном диэлектрике Qot и на границе раздела, или интерфейсе «полупроводник - диэлектрик» структуры КНД Qit /13/ (Фиг.1-Фиг.3), а толщина слоя подзатворного диэлектрика влияет на результаты измерения ΔVTH в зависимости от СЭР источника (Фиг.4).

В способе определения коэффициента относительной эффективности и эквивалентной дозы источника рентгеновского излучения в состав каждой БИС вводят встроенные дозиметры сопровождения в виде независимых тестовых n- и p-канальных транзисторных структур МДП, включенных в режиме конденсатора.

Затем производят независимое облучение таких структур в составе ограниченной выборки разных БИС импульсным излучением рентгеновского источника или излучением гамма-квантов нуклидного источника Со60.

Выполняют измерения до и в процессе облучения с использованием способа кулонометрического измерения электрофизических параметров структур МДП путем подачи на затвор этих структур импульса напряжения прямоугольной формы положительной полярности длительностью τP и величиной UP и контроля падения напряжения на измерительном резисторе RH, включенном последовательно между телом структур МДП, сформированным по единой базовой технологии, что и для основной БИС (Фиг.5).

Амплитуду импульса генератора в способе кулонометрического измерения ЭФП на Фиг.5 выбирают из условий формирования на зависимости падения напряжения UR на измерительном резисторе во времени пяти характерных участков с амплитудой Ai и временем завершения формирования τi, включающих участок Ф1 интегрирования переднего фронта импульса, участок Ф2 отсечки буферного слоя или формирования нелинейного конденсатора (варикапа), участок Ф3 формирования инверсного слоя, участок Ф4 формирования резистивных утечек подзатворного диэлектрика, участок С1 фазы релаксации структуры МДП от заднего фронта зондирующего импульса, формируемый выходными характеристиками генератора импульсов, участок С2, формируемый величиной сопротивления измерительного резистора RH (Фиг.6), измеряют при фиксированной амплитуде напряжения UP зондирующего импульса величину падения напряжения UR на измерительном резисторе RH.

С целью повышения достоверности результата измерений с использованием способа кулонометрического измерения приращения падения напряжения на измерительном резисторе RH до и в процессе облучения проводят на участке Ф4 формирования резистивных утечек подзатворного диэлектрика (Фиг.6).

Производят сравнение результатов измерения падения напряжения и его приращения при воздействии ионизирующих излучений различной природы (Фиг.7).

При этом коэффициент относительной эффективности RDEF результата воздействия на БИС технологии КМОП/КНД излучения импульсного рентгеновского источника по сравнению с гамма-излучением эталонного нуклидного источника Со60 получают путем измерения падения напряжения на резисторе нагрузки RH и его приращения в результате воздействия ИИ с использованием соотношения (3).

Эквивалентную дозу импульсного рентгеновского излучения определяют в единицах, эквивалентных спектру нуклидного источника, с использованием значения RDEF, полученного для конкретной величины поглощенной дозы нуклидного источника Со60, из соотношения (7).

Для исключения эффекта «супервосстановления» порогового напряжения транзисторов n-МДП и p-МДП мощность дозы источника импульсного рентгеновского излучения и источника гамма-квантов Со60 выбирают из условия .

Для получения результатов измерений в реальном масштабе времени подачу импульса напряжения прямоугольной формы положительной полярности длительностью τP и величиной UP и контроль падения напряжения на измерительном резисторе RH синхронизируют по времени по переднему фронту или заднему фронту рентгеновского импульса.

При облучении гамма-квантами источника Со60 динамику накопления дозы и изменения величины RDEF осуществляют путем подачи импульса напряжения UP на тестовые структуры встроенных дозиметров с периодичностью, определяемой соотношением между предельной возможной частотой генерации электрического импульса напряжения UP и временем экспозиции тестовых структур МДП нуклидного источника Со60 для набора требуемого верхнего допустимого уровня полной поглощенной дозы ИИ (Фиг.8-7)).

С целью создания условий равенства радиационно-индуцированных зарядов в структурах МДП, т.е. условия RDEF=1, время воздействия излучения нуклидного источника Со60 выбирают в соответствии с соотношением (8).

Пример реализации способа

С использованием импульсного способа кулонометрического измерения ЭФП измерялись для встроенного в чип основной БИС n-МДП дозиметра длиной LC=100 мкм, шириной WC=100 мкм следующие значения падения напряжения на измерительном резисторе RH в режимах: отсутствия воздействия ИИ, UD; при воздействии импульса рентгеновского излучения, ; при воздействии гамма-излучения нуклидного источника Со60, и их изменения: из (4); из (5); ΔUD из (6) при амплитуде импульса генератора прямоугольных импульсов UP=6 B и длительности электрического импульса τ=10 мс, что позволяет определить ток в RH и величину заряда Выборка чипов с тестовыми структурами составляла 10 ед. Результаты измерения этих изменений в отсутствие облучения и для условий облучения на источнике импульсного X-Ray и нуклидном источнике Со60 приведены в табл.1 для структуры n-МДП. Величина экспозиционной мощности дозы составляла ~1010 Р·с-1 и длительность импульса ИИ для рентгеновского источника и для нуклидного источника Со60.

Таблица 1
Условия измерения Величина в зависимости от условий измерения, мВ
ΔUD
До облучения 7"+"/6,9"-"
Облучение на источнике Х-Ray 43,08"+"/43,04"-"
Облучение на источнике Со60 40,06"+"/40,0"-"
Примечание: - Значки «+» и «-» в табл.1 означают соответствие верхней допустимой и нижней допустимой границ, измеренных в выборке величин.

Результаты расчетов компонентов соотношения (3) приведены в табл.2 и в табл.3. Оценка верхней («+») и нижней («-») границ изменения RDEF с учетом этих данных составила RDEF=12,8"+"/16,22"-" для условий проведения эксперимента.

С использованием соотношения (ПА.19) Приложения «А» вычисляют для структуры n-МДП эквивалентную мощность дозы импульсного рентгеновского излучения в единицах, эквивалентных спектру нуклидного источника. При облучении на источнике X-Ray величина эквивалентной мощности дозы , соответствующая облучению на нуклидном источнике Co60 с длительностью экспозиции равна:

что превышает технические возможности имевшегося импульсного источника рентгеновского излучения . Расчет времени воздействия излучения нуклидного источника Со60 в условиях равенства радиационно-индуцированных зарядов в структурах МДП, выполненный с использованием соотношения (8), дает значения:

,

что затрудняет точность реализации условий эксперимента на нуклидном источнике Со60. Исходя из анализа соотношения (8) для приемлемых условий управления источником достаточная величина TID в единицах должна составлять значение

.

Таким образом, реализуются сформулированные цели и иллюстрируется возможность реализации заявленного способа.

Преимущества заявленного способа по сравнению с прототипом состоят в следующем:

В заявленном способе, во-первых, все измерения проводятся в течение времени одного тестирующего импульса напряжения длительностью не более 10 мс; во-вторых, реализуется синхронизация процесса формирования режима инверсии в структурах МДП на фоне воздействия ИИ; в-третьих, учитываются СЭР источников рентгеновского и гамма-излучений путем оценки мощности дозы источника рентгеновского излучения в единицах эквивалентной энергии источника Со60; в-четвертых, процесс вычисления количественных значений RDEF проводится с использованием прикладного программного обеспечения; в-пятых, условия радиационного эксперимента корректируются путем вариации амплитудных и временных характеристик ИИ для достижения условий эквивалентности радиационного эффекта при воздействии ИИ рентгеновского источника и эталонного Со60; в-шестых, прямые экспериментальные данные, полученные при реализации предлагаемого способа, позволяют утверждать о его практических возможностях.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет достаточно просто и точно в режиме реального масштаба времени определить динамику изменения RDEF и получить оценку мощности дозы или источника рентгеновского излучения в единицах эквивалентной энергии источника Со60, что дает возможность планирования радиационного эксперимента со структурами КМОП/КНД.

ПРИЛОЖЕНИЕ «А»: ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ И ЭКВИВАЛЕНТНОЙ ДОЗЫ ИСТОЧНИКА РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Обозначения:

D - Dark «темновой», т.е. без облучения ИИ;

X-Ray - экспозиция рентгеновскими квантами;

Со-60 - экспозиция квантами нуклидного источника Со60;

REFF - Factor Relatively Efficiency (коэффициент относительной эффективности - КОЭ);

Ph - Photocurrent - фототок;

UPh - падение напряжения на измерительном резисторе RH на участке Ф4 при облучении структур МДП импульсным рентгеновским излучением источника X-Ray или квазиимпульсным излучением источника Со60;

- падение напряжения на измерительном резисторе RH на участке Ф4 при облучении структур МДП импульсным рентгеновским излучением источника X-Ray;

- падение напряжения на измерительном резисторе RH на участке Ф4 при облучении структур МДП квазиимпульсным излучением нуклидного источника Со60;

UD - падение напряжения на измерительном резисторе RH на участке Ф4 в отсутствии облучения источниками ИИ («темновое» напряжение);

H - нагрузка;

Ф3 - фаза формирования инверсного слоя (Фиг.6);

Ф4 - фаза формирования резистивных утечек подзатворного диэлектрика (Фиг.6).

Сопротивление поперечной утечки в подзатворном оксиде

«Темновое» напряжение UD (ток ID).

Напряжение при фотоионизации UPh (ток фотоионизации IPh).

IPh>ID; Uph>UD на участке Ф4 формирования тока резистивной утечки подзатворного оксида.

Длительность процесса τ=(τф3ф4) при импульсном кулонометрическом измерении на участке Ф4 (Фиг.6).

Напряжение импульса возбуждения UP=const.

Сопротивление утечки в режиме без воздействия ИИ

Сопротивление утечки при экспозиции ИИ

Заряд в пределах развития фазы Ф4 (Фиг.6)

«Темновой» ток

Фототок утечки при экспозиции ИИ

Приращение заряда при экспозиции ИИ из (ПА.6) и (ПА.5)

С другой стороны радиационно-индуцированный заряд гамма-излучением источника Со60 равен

где q - элементарный заряд, [Кл]; - постоянная генерации носителей заряда обоего знака (ehp-электронно-дырочные пары) под действием ИИ, [[eph·рад-1(SiO2)]; - мощность дозы ИИ источника Со60, [рад(SiO2)·c-1] - длительность импульса ИИ источника Со60, [с] Приравнивая (ПА.7) и (ПА.8) с подстановкой (ПА.5) и (ПА.6) в (ПА.7), получают

Постоянная генерации носителей заряда при экспозиции квантами источника Со60 из (ПА.9)

Радиационно-индуцированный заряд рентгеновскими квантами источника импульсного рентгеновского излучения (X-Ray) равен аналогично (ПА.9)

Аналогично (ПА.11) постоянная генерации носителей заряда при экспозиции квантами источника рентгеновского излучения

Мощность дозы источника рентгеновского излучения в единицах, эквивалентных спектру нуклидного источника Со60 (средняя энергия квантов ), с учетом допущения об эквивалентности зарядов при облучении структуры МДП ИИ соответствующих источников, равна

откуда с учетом (ПА.11) и (ПА.12)

Обозначим:

Тогда мощность эквивалентной дозы источника рентгеновского излучения равна

а величина коэффициента относительной эффективности RDEF равна

Так как произведение мощности дозы на длительность импульса ИИ при его аппроксимации прямоугольным импульсом равно TID,

можно представить в виде

При достижении равенства радиационно-индуцированных зарядов в условиях облучения на рентгеновском и нуклидном источниках (Фиг.8) (ПА.19) можно представить в виде

откуда определяют время достижения эквивалентности радиационно-индуцированных зарядов

1. Способ определения коэффициента относительной эффективности и эквивалентной дозы источника рентгеновского излучения, включающий введение в состав каждой БИС встроенных дозиметров сопровождения в виде независимых тестовых n- и p-канальных транзисторных структур МДП, включенных в режиме конденсатора, независимое облучение таких структур в составе разных БИС импульсным излучением рентгеновского источника или излучением гамма-квантов нуклидного источника Co60, измерения электрофизических параметров до и в процессе облучения, отличающийся тем, что электрофизические параметры структур МДП определяют с использованием способа кулонометрического измерения путем подачи на затвор этих структур импульса напряжения прямоугольной формы положительной полярности длительностью τP и величиной UP и контроля падения напряжения на измерительном резисторе RH, включенном последовательно между телом структуры МДП, сформированной по единой базовой технологии, что и для основной БИС, сравнения результатов измерения падения напряжения на измерительном резисторе и его приращения при воздействии ионизирующих излучений различной природы, а коэффициент относительной эффективности RDEF результата воздействия на БИС технологии КМОП/КНД излучения импульсного рентгеновского источника по сравнению с гамма-излучением эталонного нуклидного источника Co60 получают из измерений падения напряжения на резисторе нагрузки RH и его приращения в результате воздействия ИИ с использованием соотношения

где - падение напряжения на измерительном резисторе на участке формирования резистивных утечек подзатворного диэлектрика Ф4 процесса кулонометрического измерения электрофизических параметров при облучении структур МДП импульсным рентгеновским излучением источника X-Ray;
- падение напряжения на измерительном резисторе на участке Ф4 при облучении структур МДП гамма-квантами источника Со60;
UD - падение напряжения на измерительном резисторе в отсутствие воздействия ионизирующего излучения;

- приращение падения напряжения на измерительном резисторе в условиях облучения гамма-квантами источника Со60;

- приращение падения напряжения на измерительном резисторе в условиях облучения рентгеновским излучением источника X-Ray;
ΔUD=UP-UD
- приращение падения напряжения на измерительном резисторе на участке Ф4 в условиях отсутствия облучения, а эквивалентную дозу
импульсного рентгеновского излучения определяют в единицах, эквивалентных спектру нуклидного источника, с использованием значения RDEF, полученного для конкретной величины поглощенной дозы нуклидного источника Со60, из соотношения

где - мощность дозы 1 нуклидного источника Со60;
- длительность воздействия излучения нуклидного источника Co60.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для исключения эффекта «супервосстановления» порогового напряжения транзисторов n-МДП и p-МДП, мощность дозы источника импульсного рентгеновского излучения и источника гамма-квантов Со60 выбирают из условия PX-Ray,Со-60≥103рад(SiO2)·с-1.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью получения результатов измерений в реальном масштабе времени, подачу импульсного напряжения прямоугольной формы положительной полярности длительностью τP и величиной UP и контроль падения напряжения на измерительном резисторе RH синхронизируют по времени по переднему фронту или заднему фронту рентгеновского импульса, а при облучении гамма-квантами источника Co60 динамику накопления дозы и изменения величины RDEF осуществляют путем подачи импульса напряжения UP на тестовые структуры встроенных дозиметров с периодичностью, определяемой соотношением между предельной возможной частотой генерации электрического импульса напряжения UP и временем экспозиции тестовых структур МДП нуклидного источника Со60 для набора требуемого верхнего допустимого уровня полной поглощенной дозы ИИ.

4. Способ по п.1 или 3, отличающийся тем, что, с целью создания условий равенства радиационно-индуцированных зарядов в структурах МДП, время воздействия излучения нуклидного источника Co60 выбирают в соответствии с соотношением

где - поглощенная доза от источника импульсного рентгеновского излучения в единицах энергии квантов Eγ=1,25 МэВ.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к контрольно-испытательному оборудованию изделий электронной техники. .

Изобретение относится к технологии изготовления и способам тестирования матричных или линейных МОП мультиплексоров. .

Изобретение относится к способу определения температуры активной области полупроводниковых светоизлучающих диодов (СИД), который может быть использован для контроля качества СИД на всех этапах производства.
Изобретение относится к полупроводниковой микроэлектронике и может быть использовано при создании и многократном регулировании сопротивления металлических перемычек, соединяющих электроды твердотельных приборов, работа которых основана на полярнозависимом электромассопереносе в кремнии (ПЭМП).
Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для контроля качества проводящих слоев и поверхностей полупроводниковых пленок, применяемых при изготовлении изделий микроэлектроники.

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано для контроля надежности металлизации, а именно металлической разводки, при производстве интегральных микросхем.

Изобретение относится к области микроэлектроники, в частности к устройствам контроля и диагностики полупроводниковых изделий (ППИ), таких как диоды, транзисторы и интегральные схемы.

Изобретение относится к области измерительной техники, к измерению электрофизических параметров (ЭФП) полупроводниковых транзисторных структур и может быть использовано для оценки качества технологического процесса при производстве твердотельных микросхем и приборов на основе МДП.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для бесконтактного определения времени жизни неравновесных носителей заряда в тонких полупроводниковых пластинках.

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано при исследовании как полупроводниковых материалов, так и полупроводниковых приборов, созданных на их основе.
Изобретение относится к аналитической химии, в частности к методам создания стандартных образцов химического состава наноматериалов

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к области неразрушающих методов контроля параметров полупроводниковых материалов с использованием зондирующего электромагнитного излучения и может быть использовано для определения времени жизни неосновных носителей заряда в кремниевых слитках

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к области неразрушающих методов контроля параметров полупроводниковых материалов с использованием зондирующего электромагнитного излучения, и может быть использовано для определения времени жизни неосновных носителей заряда в кремниевых слитках

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к области неразрушающего контроля параметров полупроводниковых материалов, и может быть использовано для выявления и анализа структурных дефектов в кремниевых слитках перед разрезанием слитков на пластины

Изобретение относится к области измерений неоднородностей поверхностей гетероструктур

Изобретение относится к области диагностики полупроводниковых структур нанометрового размера и может быть использовано для обнаружения и классификации квантовых точек. Сущность изобретения: в способе обнаружения квантовых точек, расположенных на диагностируемом образце, образец пошагово сканируют по координатам XY с помощью электропроводящей нанометрового размера иглы с пикосекундным разрешением и производят анализ электродинамических характеристик. Анализ осуществляется следующим образом: электрически воздействуют стимулирующим прямоугольным импульсом на полупроводниковую квантовую точку, принимают аналоговый сигнал отклика, преобразуют его в дискретный сигнал, выделяют информационную часть отклика, идентифицируют ее на принадлежность заданному классу разброса динамических характеристик, осуществляют запоминание координат XY в память и выполняют отображение топологий обнаруженных квантовых точек с параметрами, входящими в заданные допусковые зоны. Изобретение обеспечивает повышение достоверности обнаружения квантовых точек. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к полупроводниковой микроэлектронике. Сущность изобретения: в способе диагностики полупроводниковых эпитаксиальных гетероструктур, включающем сканирование образца в условиях брэгговского отражения в пошаговом режиме, производимом путем изменения угла падения рентгеновского луча, использование рентгеновской однокристальной дифрактометрии с немонохроматическим, квазипараллельным пучком рентгеновских лучей и позиционно-чувствительным детектором, рентгеновскую трубку и детектор устанавливают относительно углового положения характеристического пика θ от одной из систем кристаллографических плоскостей гетероструктуры на угол θ1=θ±(0.5°÷4°), по отклонению положения интерференционного пика тормозного излучения на шкале детектора от угла падения рентгеновского луча определяют погрешность положения образца, с учетом полученной погрешности независимым перемещением устанавливают трубку в положение Δθ, при котором ось симметрии между трубкой и детектором перпендикулярна к выбранной системе кристаллографических плоскостей, при таком положении трубки проводят пошаговое сканирование в диапазоне углов, характеризующих выбранную систему кристаллографических плоскостей, независимым перемещением устанавливают трубку на угол Δθ1=Δθ±(0.2°÷1°), выводя максимум тормозного пика за границы характеристического пика, затем проводят пошаговое сканирование всех слоев гетероструктуры, оставляя неизменным угловое положение характеристического пика от системы кристаллографических плоскостей путем перемещения шкалы детектора, и определяют угловые положения пиков от всех слоев гетероструктуры. Техническим результатом изобретения является повышение разрешения и точности измерения углов Брэгга наблюдаемых максимумов интенсивности при исследовании широкозонных гетероструктур AlGaN/GaN и КНИ-структур с субмикронными и нанометровыми слоями и, следовательно, более точное определение фазового состава и свойств слоев, формирующих гетероструктуры. 1 табл., 5 ил.

Изобретение относится к области проектирования контактирующих устройств для бескорпусных электронных компонентов и микроплат для трехмерных сборок и может быть использовано при производстве интегральных схем для их функционального контроля и электротренировки (ЭТТ). Изобретение обеспечивает низкую стоимость операций функционального контроля и ЭТТ электронных компонентов. Сущность изобретения: контактирующее устройство выполняют в виде рамки с растянутой на ней гибкой печатной платой, имеющей выступ с внешним разъемом, на гибкой печатной плате ориентировано закреплены шаблоны, имеющие сквозные окна для размещения в них контролируемых электронных компонентов, на поверхности гибкой печатной платы проводники своими выступами образуют ламели с контактными зонами в соответствии с топологией контактных площадок контролируемых элементов, при этом суммарный зазор между окном шаблона и электронным компонентом не должен превышать расстояние между смежными ламелями, между основанием контактирующего устройства и гибкой печатной платой расположена эластичная прокладка, материал которой обладает свойством упругой деформации, электронные компоненты, размещенные в окнах шаблонов, со своей обратной стороны имеют тепловой контакт с теплоотводом, который одновременно служит механическим прижимом, на поверхности теплоотвода и рамки, контактирующих с гибкой печатной платой, нанесено электроизоляционное покрытие. 5 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области полупроводниковой фотоэлектроники - инфракрасным (ИК) фотодетекторам - и может быть использовано для контроля технологического процесса и материала. Способ измерения диффузионной длины неосновных носителей заряда в полупроводниках заключается в том, что в тестовой структуре, выполненной на общем базовом слое, на поверхности p-n или n-p переходов фотодиодов изготавливают контактные электроды, которые изолируют от базового слоя диэлектрическим слоем. Радиусы контактных электродов больше радиусов p-n или n-p переходов фотодиодов и имеют общую ось симметрии. На поверхности базового слоя изготавливают контакт. Освещение тестовой структуры осуществляют в спектральном диапазоне поглощения базового слоя, со стороны контактных электродов непрозрачных для потока ИК-излучения. Проводят измерение фототоков фотодиодов и вычисляют отношения фототоков двух фотодиодов в тестовой структуре. Осуществляют теоретически расчет фототоков разных фотодиодов тестовой структуры и построение графиков зависимости отношения фототоков фотодиодов от диффузионной длины неосновных носителей заряда. Найденные из измерений отношения фототоков сравнивают с теоретически рассчитанными по графикам и определяют величину диффузионной длины неосновных носителей заряда. Техническим результатом изобретения является повышение процента выхода годных матричных ИК-фотоприемников, упрощение способа и повышение его точности. Предлагается также тестовая структура для реализации способа. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области испытаний сложно-функциональной аппаратуры. Сущность изобретения заключается в том, что используют трехпараметрическое распределение Вейбулла или доверительный интервал, внутренние границы которого (U - нижняя и V - верхняя) получают на основе обработки экспериментальных данных по облучению выборки размером n, внешние границы (U - нижняя и V - верхняя) задают из общих физических представлений, определяющими из которых является уровень отсутствия наблюдаемых критических изменений и незначительное, на 20-30%, превышение требований по стойкости объектов к воздействию ИИ, в выбранных границах (U, V) вводят экспериментально полученную интегральную функцию распределения нижних допустимых уровней стойкости к различным видам ИИ, определяют скорость изменения вероятности параметрических или функциональных отказов (интенсивность изменения параметрического ресурса), затем строят семейство графиков зависимости функции распределения F(U, x) от различных видов ионизирующих излучений (флюенса нейтронов (Fn); мощности дозы гамма-рентгеновского излучения (Pγ-X-Rey); полной поглощенной дозы (Dγ-X-Ray); флюенса тяжелых заряженных частиц (ТЗЧ) Фион; величины линейных потерь энергии (LET) (для аппаратуры, размещаемой на космическом аппарате (КА) и т.п.) при фиксированных значениях , по построенным графикам определяют уровень радиационной нагрузки , при котором вероятность отказа прибора составляет FCRIT, или ресурс сохранения работоспособности RСОХР=1-FCRIT. Технический результат - повышение достоверности определения стойкости электронных компонентов и блоков РЭА к воздействию ионизирующего излучения. 3 з.п. ф-лы, 13 ил., 2 табл.
Наверх