Отзыв ведущей организации (Повышение импульсно-частотных, тепловых и инжекционных характеристик биполярных кремниевых структур методом радиационно-термической обработки)

«УТВКРЖДАКЬ> Проректор по науке и инновациям ФГБОУ ВО кРГРТУ» ,.;.-"'-;=джи.. профессор Гусев С.И. и бХ- 2018 г. ОТЗЫВ' ведущей организации на диссертацию Лагова Петра Борисовича «ПОВЫШЕНИЕ ИМПУЛЬСНО-ЧАСТОТНЫХ, ТЕПЛОВЫХ И ИНЖЕКЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК БИПОЛЯРНЫХ КРЕМНИЕВЫХ СТРУКТУР МЕТОДОМ РАДИАЦИОННО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ» на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.27.01- «Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и нано- электроника, приборы на квантовых эффектах» Актуальность работы.

Электрические параметры полупроводниковых структур в составе дискретных приборов и интегральных схем в значительной степени зависят от режимов их работы и воздействия различных внешних факторов вследствие особенностей физических свойств полупроводниковых материалов. В связи с этим возможность целенаправленного контролируемого изменения электрических параметров приборных структур с помощью технологического облучения и последующего стабилизирующего отжига на завершающей стадии маршрута изготовления является актуальным научным направлением, позволяющим максимально раскрыть потенциальныс возможности приборов, изготавливаемых по базовым технологическим процессам. Достижение наибольшего эффекта от применения радиационно-термической обработки (РТО) при существующем разнообразии выпускаемой электронной компонентной базы предполагает реализацию индивидуального подхода при разработке технологических режимов для конкретного прибора илн микросхемы.

Такой подход реализуется с учетом конструктивно-технологических особенностей конкретной полупроводниковой структуры, режимов ее работы и распределения носителей заряда в активных областях. Эффект от применения РТО достигается преимущественно за счет равномерного или локального формирования в полупроводниковой структуре термически стабильных наноразмерных центров с глубокими уровнями в запрещенной зоне полупроводника, Практическая реализация РТО может быть осуществлена с применением различных источников проникающего излучения надпороговых энергий, приводящего к смеп|ению атомов из узлов кристаллической решетки. Наиболее перспективными для применения в технологии электронной компонентной базы являются ускорители электронов н легких ионов с энергией до 10 МэВ.

В свою очередь применение РТО на основе электронного облучения используется при изготовлении ряда полупроводниковых приборов на отечественных предприятиях. в том числе благодаря усилиям автора. Отдельные результаты по локальному регулированию времени жизни в приборных структурах были получены около 40 лет назад, однако реальное применение высокоэнергетичных протонов или легких ионов при создании отечественных полупроводниковых приборов отсутствует. Исключение составляют силовые кремниевые приборы ЗЛО «Протон-Электргггекс» г.Орел, при производстве которых используется обработка протонами с относительно высокой начальной энергией, обеспечивающая формирование скрытых рекомбинационных слоев.

В связи с изложенным, в диссертационной работе Лагова П.Б. проведены актуальные исследования по радиационно-термической модификации кремниевых приборных структур. выпускаемых отечественными предприятиями гили планируемых к выпуску). пучками заряженных частиц высокой энергии для достижения наилучшего сочетания их электрических параметров. Основное содержание диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав.

заключения н списка литературы из 29! наименования, приложения. Объем работы составляет 342 страницы. Во введении автором сформулирована цель работы, перечислены основные задачи исследований, определена научная новизна и значимость работък ее практическая ценность. Здесь же сформулированы основные положения, представляемые к защите, приведены сведения об апробации работы. В первой главе проанализированы физические процессы, происходящие в кремнии и кремниевых приборных структурах при воздействии различных видов проникающих излучений. Рассмотрены ионизационные и структурные эффекты, характерные для взаимодействия различных видов излучений с полупроводниковыми материалами и приборными структурами.

Проанализированы различные методы исследования параметров центров рекомбинации ЩР) радиационного и химического происхождения. Приведены характерные спектры релаксационной спектроскопии глубоких уровней, наблюдающиеся в кремниевых структурах в результате радиационных воздействий. Обоснована эффективность применения радиационных методов при создании полупроводниковых структур как метода управления их электричесизми параметрами. Во второй главе проанализированы теоретические представления о рекомбинационных процессах и их влиянии на статические и динамические параметры биполярных кремниевых структур.

Приведены наиболее распространенные способы регулирования времени жизни, основанные па термодиффузионном легировании рекомбинапионными примесями, технологические особенности проведения этих процессов. Рассмотрены применяемые на практике варианты радиационных методов, основанные на облучении пластин со структурами приборов для формирования ЦР и последующем стабилизирующем отжиге. Проанализированы их преимущества и недостатки, В третьей главе рассмотрены проблемы улучшения импульсно-частотных характеристик биполярных транзисторов, проведена оптимизация комплекса параметров биполярных транзисторов методами радиационно-термических обработок.

Предложены критерии выбора режимов радиационной обработки биполярных транзисторов с учетом конструкции кристалла, опирающиеся на некоторые особенности и принципы их работы, Проведены экспериментальные исследования на различных структурах. выпускаемых отечественными предприятиями, Выполнено моделирование особенностей взаимодействия ускоренных ионов со структурами транзисторов. Проведено сопоставление с ранее полученными результатами, В четвертой главе исследованы радиационно-технологические методы повышения импульсно-частотных характеристик кремниевых диодных структур, включая лиодные элементы, интегрированные в структуры транзисторов с изолированным затвором и мощных полевых транзисторов, Приведены оригинальные экспериментальные результаты исследования влияния технологической обработки ускоренными электронами на параметры импульсных диодов, В пятой главе приведено краткое описание применснпого экспериментально- технологического оборудования для радиационно-технологических обработок, обзор существую~них конструкций автоматизированных камер для высокоскоростной подачи полупроводников пластин со структурами приборов в зону обработки.

Разработаны рекомендапии по созданию технологического ускорителя протонов и мишенной камеры. В заключении сформулированы и обоощены наиболее важные результаты диссертации, намечены некоторые направления дальнейших исследований. Научная новизна полученных результатов заклю истся в том, что: 1. На основе имитационного моделирования и экспериментальных результатов доказано, что имплантация ускоренных ионов бора или углерода позволяет осуществлять локальное регулирование времени жизни неосновных носителей заряда в активных областях кремниевых биполярных структур различных конструктивно-технологических типов. При этом по сравнению с имплантацией протонов и ионов гелия обеспечивается больпщя локальность модифицируемого слоя структуры, термическая стабильность изменений физических свойств, отсутствие легирования дополнительными примесями.

2. Показано, что имплантация ионов бора и углерода харакгеризуется меньшим ион изационным структурным повреждением диоксида кремния в структуре «диоксид кремния — кремний» при сопоставимых концентрациях первичных вакансий в конце пробега имплантируемых ионов в сравнении с ионами водорода и гелия, и может оыть использована как средство повышения быстродействия структур мощных полевых транзисторов.

3. Показано, что импланташи ионов бора и углерода может использоваться для локального регулирования времени жизни кремниевых биполярных структур до формирования слоев металлизации приборных структур за счет большей тсрмостабильности изменений физических свойств материала.

4. Локальная имплантация ионов водорода, гелия, бора и углерода в оптимальных режимах позволяет реализовать снижение времени переключения коллекторного перехода биполярных транзисторов и фототранзисторов без ухудшения усилительных и фотоэлектрических характеристик и не приводит к нежелательному росту напряжения насыщения коллектор — эмиттер. 5. Показано, что повышенная термостабильность локально модифицированных свойств биполярных структур после обработки ионами бора или у1лерода может бы гь использована для реализации способа локального термодиффузионного легирования примесями металлов диффузией нз напылепного СЛОЯ. 6. Получены оригинальные закономерности изменения основных электрических параметров биполярных и биполярно-полевых приборов различных классов при технологической радиационной обработке на ускорителях электронов и ионов и последующем стабилизирующем отжиге.