close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY13703

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2010.10.30
(12)
(51) МПК (2009)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 13703
(13) C1
(19)
H 01L 21/00
СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ РАДИАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ
БИПОЛЯРНЫХ КРЕМНИЕВЫХ СТРУКТУР
(21) Номер заявки: a 20090143
(22) 2009.02.03
(71) Заявитель: Государственное научнопроизводственное объединение "Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по
материаловедению" (BY)
(72) Авторы: Коршунов Федор Павлович;
Марченко Игорь Георгиевич; Жданович Николай Евгеньевич (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научно-производственное объединение "Научно-практический центр
Национальной академии наук Беларуси по материаловедению" (BY)
(56) BY a 20050495, 2007.
BY 11372 C1, 2008.
BY 11098 C1, 2008.
ВОРОНКОВА Г.М. и др. // Физика и
техника полупроводников. - 2007. Т. 41. - Вып. 8. - C. 977.
BY 13703 C1 2010.10.30
(57)
Способ повышения радиационной стойкости биполярных кремниевых структур, при
котором осуществляют их термообработку при температуре 400-450 °С в течение 18002700 с и воздействуют проникающим излучением, отличающийся тем, что в процессе
термообработки облучают упомянутые структуры пучком электронов с интенсивностью
от 1·1010 до 5·1010см-2с-1.
Изобретение относится к электронной технике, а более конкретно к методам повышения стойкости полупроводниковых приборов к воздействию дестабилизирующих факторов, в частности к воздействию ионизирующих излучений, и может быть использовано
для увеличения радиационной стойкости приборов различных классов, основой которых
являются структуры с p-n-переходами на n-типа кремнии: диодов, транзисторов, тиристоров.
Обеспечение работоспособности полупроводниковых приборов в условиях длительного воздействия ионизирующих излучений - одна из основных проблем при их использовании в различных объектах ядерной и космической техники. Основным принципом
повышения радиационной стойкости дискретных полупроводниковых приборов является
использование для их изготовления исходного полупроводникового материала, характеристики которого (диффузионная длина, концентрация носителей заряда и т.д.) обладают
низкой чувствительностью к радиационному воздействию. Стойкость приборов к воздействию ионизирующего излучения возрастает, например, по мере увеличения уровня легирования исходного кремния, т.е. его электропроводности. Это связано с тем, что
начальная (до облучения) дефектность сильно легированного материала выше, чем слабо
легированного и "добавка" структурных дефектов радиационной природы в такой материал в значительно меньшей степени, чем в "чистый" кремний, исказит его параметры. Однако потребность в полупроводниковых приборах с набором самых различных значений
BY 13703 C1 2010.10.30
эксплуатационных параметров требует использования для их изготовления исходного материала в широком диапазоне удельных сопротивлений: 10-3-103 Oм см. Поэтому и уровень радиационной стойкости у таких приборов будет различен.
Увеличение радиационной стойкости полупроводниковых приборов к необратимым
радиационным нарушениям достигается также конструктивно технологическими и схемотехническими методами. Современные технологические методы в кремниевой электронике базируются на легировании исходного полупроводникового материала специальными
примесями, снижающими чувствительность его к излучениям, а также на различных способах радиационной и термической обработок приборов или приборных структур.
Известно [1], что при термической обработке кремния в интервале температур 300550 °С образуются термодоноры. Указанная термообработка осуществляется для оптимизации параметров и получения заданных характеристик полупроводниковых приборов.
Выбор условий термообработки определяет эффективность введения и тип образующихся
термодоноров. Для конкретных задач имеет ограниченное применение.
У полученных таким способом приборов увеличивается быстродействие и несколько
повышается радиационная стойкость, но растет также падение напряжения в проводящем
состоянии, что является крайне нежелательным.
Известен способ обработки полупроводниковых приборов [2], включающий термообработку свыше 350 °С плюс электронное облучение с последующей термообработкой
свыше 300 °С.
Однако приборы, полученные таким образом, имеют повышенные токи утечки в запорном состоянии. Этим способом не достигается максимально возможного увеличения
радиационной стойкости из-за ухудшения статических характеристик прибора. Способ
трудоемок, требует сложного оборудования и имеет ограниченное применение.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является
способ [3], предназначенный для обработки кремниевых структур. Способ включает, в
том числе, операцию термообработки, которую предлагается проводить при температурах
400-450 °С в течение до 60 минут.
Однако с наибольшей эффективностью он может быть применен лишь к униполярным
поверхностным приборным структурам и мало пригоден к биполярным. Воздействие же
рентгеновского и ультрафиолетового излучения, предусмотренное этим способом, до и
после термообработки вызывает нежелательный рост токов утечки.
Задача изобретения - расширение возможности способа за счет оптимизации режимов
терморадиационной обработки.
Способ повышения радиационной стойкости биполярных кремниевых структур, при
котором осуществляют их термообработку при температуре 400-450 °С в течение 18002700 с и воздействуют проникающим излучением.
Новым, по мнению авторов, является то, что в процессе термообработки облучают
упомянутые структуры пучком электронов с интенсивностью от 1⋅1010 до 5⋅1010 см-2с-1.
Сущность изобретения. Известно, что термообработка "кислородного" n-типа кремния
в диапазоне 400-500 °С существенно увеличивает его электропроводность. Это связано с
введением термодоноров - структурных дефектов донорного типа, дающих в зависимости
от типа дефекта энергетические уровни в запрещенной зоне с энергией ионизации
0,03÷0,07 эВ и 0,14÷0,17 эВ. В результате их введения концентрация носителей заряда в
исходном материале увеличивается. Если аналогичной термообработке подвергается приборная структура (диодная, транзисторная или тиристорная) на основе "кислородного" nтипа кремния, то это приведет к изменению характеристик самого прибора, определенных
нормами ТУ для приборов данного типа. Это нежелательное явление. Для практики
необходимо добиться компромисса и ввести такую концентрацию термодоноров, чтобы электропроводность исходного кремния возросла в пределах, когда основные эксплуатационные характеристики прибора еще не выходят за пределы норм ТУ. В этом случае
2
BY 13703 C1 2010.10.30
более радиационно-стойким будет прибор на основе материала с большей проводимостью, как имеющий более высокую исходную степень дефектности. С другой стороны
термодоноры снижают эффективность образования радиационных дефектов, а также компенсируют их влияние на характеристики прибора. В результате у термообработанных по
заявляемому способу приборных структур критические изменения параметров наступают
при дозах облучения в 5-8 раз больших, чем у обработанных по способу прототипа.
Вероятно, при термообработке приборных структурах в условиях электронного облучения небольшой интенсивности (интенсивность - количество электронов, падающих на 1
см2 поверхности кристалла в 1 с) более эффективно вводятся термодоноры самых различных типов (конфигураций) [4], определенное сочетание которых обусловливает наилучшее поведение электрических характеристик прибора при последующем радиационном
воздействии. Интервал интенсивности электронного облучения выбран экспериментально.
Термообработка при средней интенсивности облучения < 1⋅1010 см-2с-1 (< 1⋅1013 см-2с-1 в
импульсе) и продолжительности > 2700 с дает худшие результаты по радиационной стойкости, а при средней интенсивности > 5⋅1010 см-2с-1 (> 5⋅1013 см-2с-1 в импульсе) и продолжительности < 1800 с приборы начинают выходить из строя по обратному току.
Пример конкретного выполнения. На пластинах n-типа кремния марки КЭФ диаметром 30 мм по стандартной диффузионной технологии были изготовлены образцы р+-nструктур в количестве 60 шт. После нанесения контактов, скрайбирования и посадки р+-nструктур на термокомпенсатор их помещали в капсулу, где задавалась и поддерживалась
постоянной в период всего процесса обработки определенная температура из диапазона
400-450 °С. Так, например, при достижении в капсуле температуры 425 °С и выдержке
образцов без облучения в течение 300 сек структуры подвергали электронному облучению
с энергией 4 МэВ и интенсивностью пучка электронов 1⋅1010-5⋅1010 см-2с-1 в течение 18002700 сек при температуре 425 °С. После выключения электронного пучка структуры снова
выдерживались в капсуле без облучения при температуре 425 °С в течение 300 сек.
Затем диодные структуры помещались в корпуса таблеточного типа и подвергались
процедуре испытаний на радиационную стойкость. Испытание изготовленных диодов
проводилось путем их облучения быстрыми электронами с энергией 4 МэВ при средней
интенсивности потока частиц 2⋅1012 см-2с-1 и комнатной температуре облучения. В качестве критерия радиационной стойкости использовалось двукратное изменение (увеличение) прямого падения напряжения на диоде при прямом токе 10 А. Обратный ток
контролировался при напряжении 500 В.
В таблице приведены результаты испытаний диодов на радиационную стойкость после терморадиационной обработки, проведенной по заявляемому способу и способу прототипа.
Интенсивность электронного
Условия
5⋅109 1⋅1010 2,5⋅1010 5⋅1010
1⋅1011
-2 -1
пучка, см с
прототипа
Продолжительность облуче3500
2700
2200
1800
1000
ния, с
Флюенс облучения, при котором наблюдается двукрат6,5⋅1014 1,5⋅1015 2⋅1015 2,5⋅1015
2,0⋅1015
<3⋅1014
ное увеличение прямого
падения напряжения, см-2
Обратный ток, IУТ, мА
У 30 % при- У 55 % приТемпература измерений:
норма норма норма норма боров IУТ
боров IУТ
ТУ
ТУ
ТУ
ТУ
выше нор- выше нормы
-60÷125 °С
мы ТУ
ТУ
3
BY 13703 C1 2010.10.30
Как видно из данных, приведенных в таблице, обработка диодных структур по заявляемому способу позволяет получить приборы в 5-8 раз более радиационно-стойкие, чем в
случае обработки по способу прототипа, а выход за пределы интервалов интенсивности и
продолжительности облучения приводит к худшим результатам.
Источники информации:
1. Бабич В.М. и др. Кислород в монокристаллах кремния. - Киев: Интерпресс ЛТД,
1997.
2. Патент США 6261874, опубл. 17.6.2001.
3. Патент SU 1464797 А1, опубл. 20.11.1995.
4. Макаренко Л.Ф., Маркович В.П., Мурин Л.И. // Электронная техника, сер. 6. Материалы. - 1986. - Вып. 1. - С. 67-69.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
86 Кб
Теги
патент, by13703
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа