Распределение заряда в системе Al2O3-SiO2 при воздействии ионизирующих излучений
Г.А. Мустафаев1, А.Г. Мустафаев2, Н.В. Черкесова1
1 ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова»
2 ГАОУ ВО «Дагестанский государственный университет народного хозяйства»
DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.329
Оригинальная статья
Аннотация: Полупроводниковые МДП (металл – диэлектрик – полупроводник) структуры являются ключевыми элементами современной электронной техники, в том числе устройств работающих в условиях воздействия проникающих излучений. Одним из возможных подходов к уменьшению радиационных эффектов в МДП структурах является использование диэлектриков, которые уменьшают генерацию и накопление избыточного пространственного заряда в объеме диэлектрика. В работе исследована система диэлектриков Al2O3–SiO2. Исследование показывает пригодность использования МДП структур, на основе системы диэлектриков, для формирования приборов с высокой радиационной стойкостью. Нанесение слоя Al2O3 поверх слоя SiO2 улучшает рабочие характеристики МДП структур за счет повышения однородности параметров. Основной эффект влияния слоя Al2O3 на параметры структур заключается в уменьшении механических напряжений на границе SiO2 -подложка. Захват ловушками электронов в Al2O3 , компенсирует заряд захваченных дырок в Al2O3 , и снижает паразитный ток через Al2O3.
Ключевые слова: ионизирующее излучение, поверхностные состояния, распределение заряда, система диэлектриков, радиационная стойкость
- Мустафаев Гасан Абакарович – д.т.н., профессор кафедры электроники и информационных технологий, ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова»
- Мустафаев Арслан Гасанович – д.т.н., профессор кафедры информационных технологий и информационной безопасности, ГАОУ ВО «Дагестанский государственный университет народного хозяйства»
- Черкесова Наталья Васильевна – к.ф.-м.н., доцент кафедры электроники и информационных технологий, ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова»
Ссылка на статью:
Мустафаев, Г.А. Распределение заряда в системе Al2O3-SiO2 при воздействии ионизирующих излучений / Г.А. Мустафаев, А.Г. Мустафаев, Н.В. Черкесова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2021. — Вып. 13. — С. 329-337. DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.329.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Gaillardin, M. Radiation effects in CMOS isolation oxides: differences and similarities with thermal oxides / M. Gaillardin, V. Goiffon, C. Marcandella et al. // IEEE Transactions on Nuclear Science. – 2013. – V. 60. – I. 4. – P. 2623-2629. DOI: 10.1109/TNS.2013.2249094.
2. Barnaby, H.J. Modeling ionizing radiation effects in solid state materials and CMOS devices / H.J. Barnaby, M.L. McLain, I.S. Esqueda, X.J. Chen // IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers. – 2009. – V. 56. – I. 8. – P. 1870-1883. DOI: 10.1109/TCSI.2009.2028411.
3. Matsunaga, K. First-principles calculations of intrinsic defects in Al2O3 / K. Matsunaga, T. Tanaka, T. Yamamoto, Y. Ikuhara / Physical Review B. – 2003. – V. 68. – I. 8. – P. 085110-1-085110-9. DOI: 10.1103/PhysRevB.68.085110.
4. Shaw, C. Total dose radiation hardening of MOS transistors by fluorine implantation / C. Shaw, K. Potter, K. Morgan et al. // 17th European Conference on Radiation and Its Effects on Components and Systems (RADECS), 2-6 October 2017, Geneva, Switzerland. – New York: IEEE Publ., 2017. – P. 1-3. DOI: 10.1109/RADECS.2017.8696125.
5. Lee, C. Evaluating the impact of thermal annealing on Al2O3 / с – Si interface properties by non-destructive measurements / C. Lee, X. Cui, T. Zhang et al. // IEEE 7th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion (WCPEC), 10-15 June 2018, Waikoloa, HI, USA. – New York: IEEE Publ., 2018. – P. 2788-2791. DOI: 10.1109/PVSC.2018.8547787.
6. Мустафаев, Г.А. Конструктивные приемы увеличения радиационной стойкости КНИ МОП-транзисторов к накопленной дозе ионизирующего излучения / Г.А. Мустафаев, Н.В. Черкесова, А.Г. Мустафаев, // Известия Кабардино-Балкарского государственного университета. – 2018. – Т. 8. – № 4. – С. 10-12.
7. Петухов, К.А. Влияние электрического режима на образование поверхностных дефектов в МОП-транзисторе при длительном низкоинтенсивном воздействии гамма-излучения / К.А. Петухов, В.Д. Попов // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. – 2017. – №1. – С. 22-25.
8. Пат. 2308785 Российская Федерация, МПК H01L 21/263. Способ повышения радиационной стойкости полупроводниковых приборов / Мустафаев А.Г., Шаваев Х.Н., Мустафаев А.Г., Мустафаев Г.А.; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова. – № 2006108679/28; заявл. 20.03.2006; опубл. 20.10.2007, Бюл. № 29. – 4 с.
9. Bhandaru, S. Accelerated oxidation of silicon due to x-ray irradiation / S. Bhandaru, E.X. Zhang, D.M. Fleetwood et al. // 12th European Conference on Radiation and Its Effects on Components and Systems, 19-23 September 2011, Seville, Spain. – New York: IEEE Publ., 2011. – P. 77-79. DOI: 10.1109/RADECS.2011.6131371.
10. Dolzhenko, D.I. The Dielectric properties and radiation resistance of aluminum oxide layers obtained by atomic layer deposition / D.I. Dolzhenko, V.M. Kapralova, N.T. Sudar // IEEE International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech), 22-23 October 2018, St. Petersburg, Russia. – New York: IEEE Publ., 2018. – P. 182-185. DOI: 10.1109/EExPolytech.2018.8564381.
11. Seo, M.Y. Characterization of Al2O3 films grown by electron beam evaporator on Si substrates / M.Y. Seo, E.N. Cho, C.E. Kim, P. Moon, I. Yun // 3rd International Nanoelectronics Conference (INEC), 3-8 January 2010, Hong Kong, China. – New York: IEEE Publ., 2010. – P. 238-239. DOI: 10.1109/INEC.2010.5424657.
12. Hoex, B. On the с – Si surface passivation mechanism by the negative-charge-dielectric / B. Hoex, J.J.H. Gielis, M.C.M. van de Sanden, W.M.M. Kessels // Journal of Applied Physics. – 2008. – V. 104. – I. 11. – P. 113703-1-113703-7. DOI: 10.1063/1.3021091.