ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Диоды из "Влияние облучения на материалы и элементы электронных схем " Как указывалось выше, число ионизованных электронов при облучении полупроводников зависит от общего количества поглощенной энергии. Энергия, необходимая для образования электронно-дырочной пары, равна 3 эв для германия и 3,5 эв для кремния. Возможна непосредственная рекомбинация избыточных электронов и дырок с испусканием фотона. Однако рекомбинация большей части неравновесных носителей происходит на дефектах кристаллической решетки. [c.311] Эти дефекты рассматриваются как центры рекомбинации и связываются с различными энергетическими уровнями внутри запрещенной зоны. [c.311] Энергетические уровни, которые обычно располагаются вблизи центра запрещенной зоны, обеспечивают промежуточный этап в двухступенчатом процессе рекомбинации. Иногда оказывается, что для одного из этапов этого процесса вероятность перехода очень мала. Тогда центр называется ловушкой, так как захватывает носители какого-либо типа и поддерживает неравновесное состояние. [c.311] Наиболее заметно влияние неравновесных носителей, вызванных ионизирующим излучением, проявляется в полупроводниковых переходах, поскольку переход разделяет электронно-дырочные пары, образовавшиеся вблизи него. Обратный ток в полупроводниковом переходе зависит главным образом от концентрации неосновных носителей вблизи перехода, а электропроводность, наоборот, зависит от основных носителей. Ионизирующее излучение, которое способно увеличить концентрацию основных носителей и, следовательно, электропроводность на пренебрежимо малую величину, может увеличить концентрацию неосновных носителей на несколько порядков. Если, например, область базы кремниевого плоскостного полупроводникового прибора имеет концентрацию основных носителей 2-10 на кубический сантиметр, то эта область при комнатной температуре содержит около 1 10 неосновных носителей на кубический сантиметр. Если излучение вызывает увеличение концентрации основных носителей только на 0,1%, то концентрация неосновных носителей увеличивается до 2-10 см- , или в 200 ООО раз. В этом случае обратный ток в переходе должен увеличиться, что может отрицательно повлиять на нормальную работу прибора. Фактически ток, аналогичный фототоку, при воздействии ионизирующего излучения может наблюдаться и в неработающем приборе. [c.312] Поскольку g прямо пропорциональна мощности дозы излучения R, то величина радиационно-индуцированного тока также прямо пропорциональна R. [c.313] В выражении (6.17) подразумевается, что t мало по сравнению с т, но достаточно велико по сравнению с временем t, необходимым для переноса носителя через область пространственного заряда (г = 10 сек). [c.313] В течение импульса излучения наблюдается переходное увеличение тока I o как в германии, так и в кремнии. На рис. 6.15 показан типичный переходный ток /со германиевого транзистора типа 51 (прп) фирмы IBM [15, 40, 41]. Во всех исследованных транзисторах переходные токи утечки примерно повторяли импульс излучения. [c.314] Поскольку количественную реакцию каждого из этих эффектов на внешнее облучение можно определить для каждого отдельно взятого транзистора с помощью импульсного ядерного реактора, то предсказание поведения конкретного транзистора в условиях ядерного взрыва является разрешимой проблемой. [c.314] Большая часть данных получена при облучении в реакторе Годива , причем скорость изменения мощности дозы у-облучения со временем была такой, что с помощью уравнения (6.17), в котором х заменено на L или В, можно предсказать переходную величину тока /со- То же самое справедливо и для облучения на реакторе TRIGA. [c.314] Некоторые эксперименты были проведены с помощью линейного ускорителя. Тормозное уизлучение, вызванное торможением электронов в материале мишени, было источником ионизирующего излучения [14]. Линейный ускоритель на 6 Мэе выдавал либо один, либо серию импульсов излучения различной длительности вплоть до 1,8-10-в сек. Для описания величин максимального переходного тока 1со в этом случае нужно пользоваться уравнением (6.17). Регистрация изменений I o производилась во время подачи отдельных импульсов излучения от ускорителя, причем изменение обратного тока транзисторов носило почти целиком переходный характер. [c.317] На рис. 6.16 показано изменение величины этих переходных импульсов для исследованных транзисторов в зависимости от мощности дозы. Выходное напряжение (снимаемое с 75-омного сопротивления) для каждого о61разца зависит от мощности дозы, как это следует из уравнения (6.16), где / пропорционален RAx. Скорость изменения I в зависимости от мощности дозы меняется от образца к образцу, причем различные наклоны полученных характеристик связаны, очевидно, с различными величинами Ах. Переходные значения 1со при наличии внешнего электрического поля и без него были величинами одного порядка, что указывает на возникновение фототока во время импульса излучения. [c.317] В общем случае для транзисторов, указанных в табл. 6.12, переходные величины 1со меньше для кремниевых устройств, чем для германиевых. В случае устройств с одинаковыми начальными характеристиками (особенно в отношении Ах) из теории следует, что для германия переходные величины тока /ео должны бы быть примерно в 2,5 раза больше, чем для кремния. Однако, не имея обширных данных о германиевых и кремниевых полупроводниковых приборах, можно предполагать, что основные различия между величинами /со для приборов из этих двух материалов являются следствием различий в технологии изготовления и свойствах материалов базы. [c.318] Следует ожидать различия в переходных токах через переход коллектор — база для транзисторов при измерении по схеме с отключенным эмиттером, как это делалось в описанных исследованиях, и в схеме с заземленным эмиттером. Это значит, что ток между базой и коллектором при определенных условиях может содержать вклад переходных процессов, как это имело бы место в случае заземленного эмиттера. Поэтому при описании избыточных токов утечки, вызванных в устройстве ионизирующим излучением, крайне важно указывать способ измерения. Кроме того, для правильной оценки электрических свойств данного транзистора в условиях облучения необходимо иметь более точные данные об отдельных частях перехода. [c.318] В общем случае в диодах переходные токи утечки, вызванные излучением, гораздо меньше, чем в транзисторах, так как токи утечки в диодах гораздо меньше и при отсутствии излучения, а следовательно, у них значительно меньше и первоначальные значения Ах. Осциллограммы токов утечки в диодах подобны по форме осциллограммам, показанным на рис. 6.15 для транзистора. [c.318] Стил [72] облучал диоды импульсами реактора Годива с максимальной мощностью дозы -у-облучения 2,7-10 эрг г-сек) и получил переходные токи утечки примерно 7 мка. Поскольку при этом величина импульса переходного тока была одинакова как при наличии внешнего напряжения, так и без него, был сделан вывод, что наблюдаемый переходный ток утечки есть фототок. [c.318] Переходные токи утечки при облучении на импульсном реакторе Годива измеряли для плоскостных диодов с различной площадью переходов. Для получения больших площадей использовали мощные диоды и диодные секции транзисторов. Результаты показывают, что переходный ток утечки примерно нронорционален площади перехода в диодах. [c.318] Несколько диодов облучали импульсами у-квантов на линейном ускорителе [43]. Мощность дозы у О лучения в импульсе составляла 2-10 эрг/(з-сек) в течение 10 мксек. В табл. 6.13 приведены данные о начальной амплитуде импульса переходного тока диода. При измерениях, проведенных в ходе облучения на двух стеклянных корпусах диодов с припаянными к ним проводами, а также на двух необлучаемых кремниевых диодах, были получены соответственно токи в 2 и 1 мка в течение импульса излучения. Эти величины незначительны по сравнению с другими сигналами и внушают уверенность в том, что при использованной мощности излучения электрические наводки и ионизация воздуха внутри корпуса диода были невелики. В течение импульса излучения получали значения обратных токов диода в пределах от 10 до 100 мка. Эти токи уменьшались до нуля за несколько микросекунд после прохождения импульса излучения. В результате облучения необратимые изменения характеристик диодов не наблюдали. Следует заметить, что один диод типа HD6008, выбранный из-за короткого времени восстановления, имел амплитуду импульса такую же, как и быстро восстанавливающийся диод типа 1N629. [c.319] Диоды указанных в табл. 6.13 типов были испытаны также на реакторе Година [61]. Максимальный обратный переходной ток в [Диоде HD6008 составлял 16 и 38 мка при напряжениях О и 100 в соответственно. Диод тина 1N76A при напряжении 50 в в течение импульса имел максимальный обратный ток 38 мка. [c.319] При облучении на реакторе Годива мощного кремниевого диода типа 1N1128 с большой площадью перехода были получены переходные обратные токи от 2,5 до 3,4 ма [62]. Импульсы этих токов на два порядка превышали импульсы, наблюдаемые в диодах с малой площадью перехода. Эти наблюдения подтверждают полученные Стилом [72] данные о том, что переходные токи утечки пропорциональны площади перехода в диоде. [c.319] Вернуться к основной статье