Анотація до роботи:

Храмов Є.П. Електричні параметри елементів інтегральних схем в умовах дії радіації. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.27.01 – твердотільна електроніка. – Одеський національний політехнічний університет.

Досліджувався вплив опромінення на параметри інтегральних схем та розроблялись методи підвищення радіаційної стійкості. Вивчені закономірності перерозподілу енергії між гармонійними складовими сигналу, що поширюється у металевих і напівпровідникових резисторах, p-n переходах і транзисторах досліджуваних ІС. На основі вивчення нелінійних процесів в опромінених напівпровідниках реалізований спосіб виміру дози і флюэнса частинок. Виявлені раніше не описані мікронеоднорідності, які утворюються у плівках германія при гамма-опроміненні. Іонне легування, хоча і приводить до значної концентрації дефектів, підвищує радіаційну стійкість на 30%. Проаналізовані термодинамічні процеси й ентропія термопольових впливів і їх позитивний вплив на радіаційну стійкість ІС. Проаналізовано процес виникнення оптичного випромінювання і його поширення в прошарках ІС.

В наслідок проведення експериментальних, модельних досліджень та теоретичного аналізу встановлено, що динамічні процеси радіаційного дефектотворення в напівпровідниках, металах, резисторах ІС, ємностях ІС, p-n переходах та транзисторних структурах ІС впливають визначально на параметри ІС, що і дало можливість зробити наступні висновки:

1. Вперше проаналізовано оптичне випромінювання, яке виникає при взаємодії високо енергетичних частинок з кремнієм, його поширення в структурах ІС і вплив на електричні параметри p-n переходів і р-n-р структур. Експериментально встановлено збільшення до 300% часу розсмоктування транзисторів та до 200% часу затримки сигналів в ІС. Показано, що транзистори, опромінені дозою 10¹²н см^-2, при подальшому опромінені нейтронами (510¹³н см^-2) змінюють параметри значно менше, ніж неопромінені. Енергія нейтронів – 14 МеВ.

2. Вперше сформульовані і досліджені закономірності явища перерозподілу енергії між першою, другою і третьою гармонійними складовими сигналу, що поширюється у опромінених ІС, в елементах твердотільної електроніки. Отримані експериментальні результати по вивченню характеристик елементів твердотільної електроніки (транзистори, діоди, резистори), що є нелінійними і змінюються в процесі опромінення високоенергетичними частинками (як окремих так і елементів, що входять до складу ІС). На основі вивчення нелінійних процесів в опромінених структурах вперше установлена висока інформативність третьої гармоніки про ступінь радіаційного пошкодження матеріалу (зміна досягає 600% порівняно з величиною опору, де зміна 2-6%). Метод вивчення зміни гармонійних складових при опроміненні може бути перспективною методикою для дослідження природи радіаційних дефектів.

3. Вперше отримані експериментальні результати по утворенню дефектів при гама-опроміненні в аморфних структурах германія і кремнію внаслідок процесів вибухової кристалізації. При цьому в об’ємі утворюється сферичний тепловий центр в вигляді термічного пика і парних центрів кристалізації, що можна пояснити генерацією електроно-позитроних пар при взаємодії гама-квантів з напівпровідниками.

4. Показано, що термоелектротренуваня підвищує стійкість ІС до радіаційних впливів і наведене термодинамічне пояснення цьому явищу.

5. Експериментально установлено, що використання іонного легування, хоча і веде до виникнення значної концентрації дефектів в приповерхневому шарі кремнію, підвищує РС більш ніж на 30%. Це пов’язано з виключенням поверхневих дефектів з процесу термічної дифузії і утворенням нових витоків для радіаційних дефектів. Запропонована технологія підвищення РС ІС.

6. На основі вивчення нелінійних процесів в опромінених напівпровідниках реалізовано спосіб виміру дози і флюенса високоенергетичних частинок з допомогою мікродатчиків, які можна розмістити в конструкціях реактору та інших механізмах, які знаходяться в полі високоенергетичного випромінювання. Розроблено пристрій для дистанційного виміру параметрів електронно-діркових переходів і ІС, які опромінюються в горизонтальному каналі ядерного реактора [14, 15].

Публікації автора:

1. Викулина Л.Ф., Храмов Е.Ф. Метод компенсации действия радиации на магнитоуправляемые микросхемы // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. – 2001. – №4-5. – С. 49-50.

2. Пелихатий М.М., Гнап А.К., Храмов Є.П., Прохоров Г.В., Коваленко М.Й., Сухова Т.П., Рохманов М.Я. Області розупорядкування в напівпровідниках // Вісник ХНУ ім. В.Н.Каразіна, №574, серія фізична “Ядра, частинки, поля”, випуск 4/20/2002. – С. 81-88.

3. Гнап А.К., Коваленко Н.И., Храмов Е.Ф., Прохоров Г.В. Моделирование изменения частотных свойств транзисторных структур // Системи обробки інформації. Збірник наукових праць. Вип. 3(19), м. Харків, НАНУ, ПАНИ, ХВУ. – 2002. – С. 13-21.

4. Храмов Є.П., Прохоров Г.В., Гнап А.К. Растрова електронна мікроскопія вибухової кристалізації в напівпровідникових плівках // Технология приборостроения. – 2002. – №2. – С. 3-6.

5. Вікулін І.М., Гнап А.К., Прохоров Г.В., Храмов Є.П. Мікронеоднорідності об’єму іонно-легованного кремнія // Технология приборостроения. – 2002. –№1. – С. 83-87.

6. V.G.Volkov, V.D.Ryznikov, A.K.Gnap, N.I.Kovalenko, V.V.Chernikov, E.F.Khramov Optical processes in silicon and microelectronic structures based there on upon interaction with high-energy radiation // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (83). – 2003. – №3. – С. 154-157.

7. Храмов Е.Ф., Прохоров Г.В., Пелихатый Н.М., Гнап А.К. Взрывная кристаллизация тонких пленок полупроводников при облучении g-квантами // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. – 2003. – №2. – С. 58-60.

8. Викулин И.М., Храмов Е.Ф., Прохоров Г.В., Гнап А.К. Микронеоднородности поверхности ионно-легированного слоя кремния // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. – 2003. – №1. – С. 55-58.

9. Викулин И.М., Прохоров Г.В., Храмов Е.Ф., Коваленко Н.И. Отбор радиационно стойких интегральных микросхем // Труды V Международной научно-практической конференции «Системы и средства передачи и обработки информации» Академия связи Украины, ОНАС им. А.С. Попова, 4-9 сентября 2001 г., г. Одесса. – С. 58-59.

10. Храмов Е.Ф., Прохоров Г.В., Пелихатый Н.М. Способ измерения дозы высокоэнергетического излучения // Труды V Международной научно-практической конференции «Системы и средства передачи и обработки информации» Академия связи Украины, ОНАС им. А.С. Попова, 4-9 сентября 2001г., г. Одесса. – С. 68-69.

11. Коваленко Н.И., Храмов Е.Ф., Гнап А.К. Нелинейность характеристик электронно-дырочных переходов, подвергнутых воздействию высокоэнергетичных частиц // Додаток до журналу 4,5 2002р Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. Матеріали виступів (тези доповідей) учасників 15-ї Міжнародної школи-семінару “Перспективні системи управління на залізничному, промисловому та міському транспорті” (м. Алушта, 13-20 вересня 2002 р.). – С. 25.

12. Прохоров Г.В., Храмов Е.Ф., Коваленко Н.И. Диагностика надежности и качества слоистых полупроводниковых структур на основе комплексных измерений, включающих 1/f // 1-а Українська наукова конференція з фізики напівпровідників.-м.Одеса, 10-14 вересня 2002 р. – Том 1. – С. 161-162.

13. Пелихатый Н.М., Коваленко Н.И., Храмов Е.Ф., Гнап А.К. Оптичні дослідження мікронеоднородностей плівок германію, опромінених гамма-квантами // Сучасні проблеми науки та освіти. Матеріали 3-ї Міжнародної міждисциплінарної науково-практичної конференції 1-9 травня 2002. – С. 19.

14. Патент України №51923А, G21K5/08. Спосіб аналізу та контролю поля високоенергетичного випромінювання / Гнап А.К, Храмов Є.П., Коваленко М.Й. Бюл. №12, 2002 р.

15. Патент України №63158А, G01R29/00. Пристрій для дистанційного дослідження зразків / Гнап А.К., Коваленко М.Й., Прохоров Г.В., Храмов Є.П., Бюл. №1, 2004 р.