Методи та засоби радіаційної модифікації властивостей напівпровідникових матеріалів та приладів

АНОТАЦІЇ

Банзак О. В. Методи та засоби радіаційної модифікації властивостей напів провід-никових матеріалів та приладів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.27.01 - Твердотільна електроніка. Захист відбудеться в Одеському національному політехнічному університеті, м. Одеса, 2009 р.

Дисертацію присвячено створенню та удосконаленню методів, методик та технологій керування властивостями напівпровідникових матеріалів і приладів твердотільної електроніки за допомогою іонізуючих випромінювань (ІВ). На основі теорії взаємодії ІВ з твердим тілом обрані як засіб керування (модифікації) швидкі електрони і нейтрони, гамма-кванти, визначені ефективні джерела їх генерації, розроблені технології опромінення конкретних об'єктів.

В роботі використані такі матеріали, як об'ємні монокристали та епітаксійні шари кремнію, бінарних сполук А₂В₆, А₃В₅ та їх тверді розчини. Серед приладів обрані дискретні транзистори, напівпровідникові та гібрідні інтегральні схеми, світлодіоди, лазери інжекційні та з електронним накачуванням енергії тощо.

Розроблено та удосконалено моделі фізичних процесів, що відбуваються в твердому тілі при дії ІВ, залежно від типу і вихідних властивостей матеріалів та приладів. На основі цих моделей розроблені методи та методики модифікації приладів твердотільної електроніки. Розроблені рекомендації щодо підвищення стійкості їх параметрів при експлуатації в умовах дії ІВ.

Ключові слова: швидкий електрон, нейтрон, гамма-квант, бінарні сполуки, тверді розчини, твердотільний прилад.

Банзак О. В. Методы и средства радиационной модификации свойств полупровод-никовых материалов и приборов. - Рукопись.

Диссертация на получение научной степени кандидата технических наук по специальности 05.27.01 - Твердотельная электроника. Защита состоится в Одесском национальном политехническом университете, г. Одесса, 2009 г.

Диссертация посвящена созданию и усовершенствованию методов, методик и технологий управления свойствами полупроводниковых материалов и приборов твердотельной электроники с помощью ионизирующих излучений (ИИ). На основе теории взаимодействия ИИ с твердым телом были избраны как средство управления (модификации) быстрые электроны и нейтроны, гамма-кванты, определены эффективные источники их генерации, разработаны технологии облучения конкретных объектов.

В работе использованы такие материалы, как объемные монокристаллы и эпитаксиальные слои кремния, бинарных соединений А₂В₆, А₃В₅ и их твердые растворы. Среди приборов избраны дискретные транзисторы, полупроводниковые и гибридные интегральные схемы, светодиоды, лазеры инжекционные и с электронной накачкой энергии и т.п.

Разработаны и усовершенствованы модели физических процессов, которые происходят в твердом теле при действии ИИ, в зависимости от типа и исходных свойств материалов и приборов. На основе этих моделей разработаны методы и методики модификации свойств приборов твердотельной электроники. Разработаны рекомендации относительно увеличения стойкости их параметров при эксплуатации в условиях действия ИИ.

Экспериментальные исследования дали следующие результаты. Подтверждено, что чувствительность свойств полупроводниковых материалов к изменению электронного состояния и структуры кристаллической решетки обуславливает сильное влияние на их свойства облучения квантами и частицами высоких энергий. Основным результатом облучения, например, электронами и гамма-квантами высокой энергии на вещество является образование простейших радиационных дефектов - пар Френкеля и их комплексов с атомами примеси, находящимися в веществе.

Облучение гамма-квантами эпитаксиальных слоев кремния дозами до 2^.10²² квантов/м² увеличивает концентрацию носителей заряда по сравнению с исходными значениями. Слои кремния проявляют стойкость свойств к облучению электронами до значений дозы 1^.10²⁰ м^-2.

Влияние нейтронов на электрофизические параметры эпитаксиальных слоев арсенида галлия характеризуется существованием некоторого порога в значениях дозы облучения: до нее облучение не влияет или улучшает свойства слоев, а после нее их параметры ухудшаются. По этому признаку такую дозу можно условно считать порогом стойкости свойств слоев к облучению нейтронами.

Основной результат воздействия ионизирующих излучений на монокристаллы твердых растворов типов А₂В₆ и А₃В₅ - увеличение концентрации электронов.

Радиационная стойкость кристаллов многокомпонентных соединений ограничивается дозой около 10¹⁹ м^-2. Увеличение дозы приводит к существенному уменьшению как проводимости, так и подвижности носителей заряда.

Облучение малыми дозами электронов приводит к следующим эффектам в транзисторах на основе эпитаксиальных слоев кремния: наблюдается тенденция к повышению пробивных напряжений, изменяется форма участка пробоя; снижается коэффициент усиления приблизительно на 5-15 %.

Облучение электронами с энергией 2,4 МэВ лазерных диодов на основе четверного твердого раствора индий-галлий-мышьяк-фосфор и светодиодов на основе фосфида галлия показало, что обработка дозами от 10¹³ до 10¹⁵ см^-2 уменьшает сопротивление диодов и изменяет наклон вольтамперной характеристики.

Ключевые слова: быстрый электрон, нейтрон, гамма-квант, бинарные соединения, твердые растворы, твердотельный прибор.

Banzak O. V. Methods and means of radiating updating properties of semi-conductor materials and devices. - Manuscript.

The dissertation on reception of a scientific degree the candidate technical of sciences behind a speciality 05.27.01 - Solid-state electronics. Protection takes place in the Odessa national polytechnical university, Odessa, 2009.

The dissertation is devoted to creation and improvement of methods, techniques and technologies of management by properties of semi-conductor materials and devices of solid-state electronics by means of ionizing radiation (ІR). On the basis of the theory of interaction ІR with a firm body elites as a control facility (updatings) fast electrons and neutrons, the scale-quantums, the certain effective sources of their generation, the developed technologies of an irradiation of concrete objects.

In work the used such materials, as volumetric monocrystals and epitacsilation layers of silicon, binary connections А₂В₆, А₃В₅ and their firm solutions. Among devices the selected discrete transistors, semiconductors and hybrid integrated schemes, light diodes, lasers injection and with electronic накачкой energy and so further.

It is developed and advanced models of physical processes which occur in a firm body at action ІR, depending on type and initial properties of materials and devices. On the basis of these models the developed methods and techniques of updating of devices of solid-state electronics. The developed recommendations concerning increase of stability of their parameters at operation in conditions of action ІR.

Keywords: fast electron, neutron, scale-quantum, binary connections, firm solutions, solid-state device.

Размещено на Allbest.ru