14321б_Светохин_С_С-ElMag

Содержание

Введение ……………………………………………………………………………..3 Теоретическая часть:

Краткое понятие о диодах, транзисторов и принципе их работы………………..4 Основные понятия и виды облучения……………………………………………...4 Воздействие радиации на полупроводниковые приборы………………….……...5 Экспериментальная часть........……………………………………………………...6 Результаты и их обсуждение……….…………………………………………..……8 Выводы.……………………………………………………………………....…........9 Библиографический список ………………………………………….……............10

2

Введение

Внастоящее время почти вся радиоэлектронная аппаратура работает на полупроводниковых приборах и микросхемах. Такое распространение полупроводниковые приборы получили благодаря малым габаритам и массе, незначительному потреблению электроэнергии, высокой надёжности и долговечности.

Всвязи с постоянно увеличивающейся необходимостью в радиационно - стойких приборах как специального назначения ( в военной технике...), так и в сфере гражданского применения ( в метеорологических спутниках и спутниках связи, в медицинском оборудовании, на атомных электростанциях...), а так же с развитием и всё большим применением радиационно - технологических процессов, использующихся для изготовления и испытания полупроводниковых устройств, создаётся необходимость обеспечения их длительного функционирования в условиях воздействия излучений различного типа источниками интенсивной радиации.

По результатам исследований, под воздействием радиационного облучения наиболее уязвимыми частями интегральных микросхем являются диодные и транзисторные элементы, поэтому понимание и изучение процесса радиационной деградации транзисторов и диодов является одной из важнейших задач, и имеет как практическую, так и научную значимость.

Таким образом, тема данной курсовой работы является актуальной. Целью работы является исследование влияния радиационного излучения

на физические свойства полупроводниковых приборов.

Для достижения этой цели в работе решались следующие задачи: 1. Изучение влияния облучения на положительную часть вольт-амперной характеристики полупроводниковых приборов. 2. Рассмотрение радиационной деградации в полупроводниковых приборах при облучении.

3

Краткое понятие о диодах, транзисторов и принципе их работы

Диод – это электронный элемент, обладающий различной проводимостью в зависимости от направления электрического тока. Полупроводниковые диоды используют свойство односторонней проводимости p-n перехода – контакта между полупроводниками с разным типом примесной проводимости, либо между полупроводником и металлом ( диод Шотки ). Более высокую радиоактивную стойкость по сравнению с кремниевыми имеют арсенид галлиевые ( Ga As ) диоды.

Арсенид галлия – важный полупроводник, находящийся на третьем месте по масштабам использования после кремния и германия.

Транзистор – это полупроводниковый прибор, основой которого является кристаллическая пластинка полупроводника, в котором используются те или иные свойства полупроводникового материала и электронно - дырочных переходов. Транзисторы различаются по числу основных видов носителей заряда,используемых при работе прибора. Транзисторы, в которых используются оба вида носителей, дырки и электроны, называются биполярными, у которых только один основной носитель заряда – полевыми или полярными.

Взависимости от геометрической структуры размещения зон с различной проводимостью они могут быть прямой p-n-p или обратной n-p-n проводимости.

Самыми известными и доступными являются биполярные транзисторы прямой и обратной проводимости. В настоящее время они занимают первое место по выпуску и использованию в аппаратуре.

Воснове принципа работы полупроводниковых диодов и транзисторов находятся электрические процессы, происходящие в переходном слое, образованном на границе двух зон с проводимостями p- и n- типа ( в ней происходит переход от одного типа проводимости к другому). Эту границу для простоты принято называть p-n переходом или электронно-дырочным переходом, что характеризует вид основных носителей зарядов.

Основные понятия и виды облучения

Ионизирующая радиация – это облучение, обладающее свойством проникать в толщу вещества и вызывать в нём ионизацию. Рассматривая воздействие радиации для её характеристики применяют следующие термины:

1. При корпускулярном излучении – мощность потока ( измеряется количеством частиц, падающих перпендикулярно на площадку 1 см^2 за всё время облучения) и интегральный поток ( полный поток частиц, прошедший через площадку 1 см^2 за всё время облучения).

4

2. При гамма-излучении – мощность дозы облучения ( измеряется в рентгенах в секунду (Р/с)) и доза облучения (измеряется в рентгенах (Р)).

Воздействие радиации на вещество зависит от вида радиации, дозы (потока) облучения, мощности дозы облучения, распределения энергии радиации по спектру, а также окружающих условий и природы облучаемого вещества.

Облучение быстрыми нейтронами носит обширный характер и вызывает такие нарушения структуры вещества, как смещение атомов в кристаллической решётке, образование примесей других элементов и радиоактивных изотопов; а также, вследствие выделения из атомов заряженных частиц, вызывает выраженную в небольшой степени ионизацию.

Облучение быстрыми протонами является поверхностным и вызывает ионизацию и нарушение структуры вещества в небольшой степени.

Воздействие гамма-лучей также имеет обширный характер. Под их влиянием возникает сильная ионизация, химические реакции, явление фотопроводимости, люминесценция, изменение анизотропных (различные свойства среды в различных направлениях внутри этой среды) свойств кристаллических веществ.

Облучение электронами носит поверхностный характер и вызывает ионизацию, вторичную эмиссию и небольшие изменения в кристаллической решётке вещества.

Вследствие поверхностного характера, воздействие частицами и осколками ядер можно практически не учитывать.

Воздействие радиационного излучения может вызывать обратимые, необратимые и полупостоянные изменения в веществе.

Воздействие радиации на полупроводниковые приборы

Воздействие различных видов радиационного излучения на кристаллическую структуру полупроводника ведёт к образованию радиационных эффектов, которые можно свести к двум основным видам:

1.Эффект смещения – обусловлен смещением атомов из своего нормального положения и вызывает долговременные обратимые и необратимые нарушения кристаллической решётки полупроводника;

2.Эффект ионизации – связан с образованием свободных носителей заряда и фототоков и обычно является кратковременным и обратимым. Накапливающиеся при облучении в полупроводниковых структурах радиационные дефекты приводят к деградации электронных характеристик полупроводниковых приборов и, в конечном счёте, к их выходу из строя. Радиационные дефекты можно условно разделить на: точечные – таким структурным нарушениям в первую очередь относится один из простейших и самых распространённых радиационных дефектов – точечный дефект Френкеля, который представляет из себя совокупность атома в междоузлии и

5

пустого узла ( вакансии) и точечный дефект Шоттки, который представляет из себя вакансию атома кристаллической решетки(образование этого дефекта может происходить из-за того, что при облучении, отдельные атомы перемещаются либо к поверхности кристалла, либо к внутрикристаллической границе, а вакансии уходят вглубь кристалла);

комплексы дефектов; кластеры радиационных дефектов, т.е. скопления точечных дефектов и их

комплексов, образующихся при воздействии быстрых нейтронов, космических протонов и более тяжёлых частиц.

Воздействие радиации на полупроводниковый прибор зависит от его конструктивных особенностей, вида материала, удельного сопротивления, а также от того, какой эффект использован в качестве основы его работы.

Основными радиационными дефектами в диодах являются: изменение сопротивления полупроводника; фототоки (на один или два порядка больше рабочих токов); время жизни носителей заряда.

При облучении биполярных транзисторов главным образом изменяется коэффициент передачи токов, то есть отношение выходного тока к входному и обратный ток коллектора. Изменение коэффициента усиления является не обратимым, а изменения обратного тока могут быть обратимыми и необратимыми. Эти изменения определяют радиационную стойкость транзисторов.

Экспериментальная часть

Объектом исследования явились: транзистор кт315, 2 диода и 2 светодиода.

Для получения вольт-амперных характеристик была собрана схема представленная на рис.1

Так как зависимость количества носителей заряда в полупроводниках от

6

температуры экспоненциальная, то для поддержания постоянной температуры мы использовали термостат(схема на рис.2)

+24В

+

-

Фотография текстолита до и после облучения

Облучение проводилось пучком электронов энергией 1.5МэВ на установке ИЛУ-10(ИЯФ СО РАН)

Облучение проходило в 4 этапа.

7

Результаты и их обсуждение

Для детального исследования мы выбрали четыре образца, но эксперимент с

биполярным транзистором потерпел неудачу. На графиках 1,2 и 3 представлены ВАХ для выбранных образцов диодов до и после облучения.

Как видно из первого графика при облучении явно видим изменение ВАХ, это показывает что произошла деградация.

На втором и третьем графике явных изменений нет, но 2 образец(красный светодиод) стал более тусклым.

8

Вывод

Методом исследования ВАХ было установлено, что под действием радиации происходит деградация полупроводников, которая проявилась в изменении положительной ветви вольтамперных характеристик этих образцов.

Также курсовая работа приводит нас к выводу, что понимание механизма процесса деградации полупроводниковых приборов является важным условием для их проектировки и для создания методик прогнозирования их радиационной стойкости.

Обобщая все выше сказанное, следует отметить что вопрос радиационной деградации радиоэлектронных компонентов: диодов и транзисторов, обладает широким потенциалом для дальнейшего исследования. Работа актуальна, но на сегодняшний день требует доработки.

Благодарности

Я выражаю признательность своему научному руководителю Старостенко А.А. за предложенную тему курсовой работы и моральную поддержку и Лебедеву Н.Н. за помощь в проведении измерений.

9

Библиографический список

1.Вологдин Э.Н., Лысенко А.П. Радиационная стойкость биполярных транзисторов. М.: МГИЭМ, 2000.

2.Матаре Г. Электроника дефектов в полупроводниках. М.: Мир, 1974. С.56.

3.Таперо К.И., Улимов В.Н., Членов А.М. Радиационные эффекты в кремниевых интегральных схемах космического применения. 2-е изд. ( электронное) М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014. С.27, с.67.

4.Вавилов В.С., Ухин Н.А. Радиационные эффекты в полупроводниках и полупроводниковых приборах. М.: Атомиздат, 1969.

10