Диссертация (1137280), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Облучение электронами. Облучение БТ электронами проводилось на линейномускорителе электронов ЛЭУТ-10-10ТМ, расположенном в Институте физической химии83и электрохимии им. А.Н. Фрумкина («ИФХиЭ») РАН. Средняя энергия пучка электронов ускорителя ЛЭУТ-10-10ТМ равна 7,5 МэВ, средний ток 1,2 мА. Дозиметрия проводилась с использованием цилиндра Фарадея, установленного на задней стенке крепления.
Облучение приборов электронами проводилось для дискретного набора доз Dei вдиапазоне от 104 до 107 рад. Погрешность дозиметрии не превышает 20%.Измерения характеристик приборов после облучения электронами производятсяпо аналогии с нейтронами.
Процедура повторяется m- раз для дискретных значенийсуммарных доз Dei.в. Облучение гамма-квантами. БТ облучались гамма-квантами на установкеГОИС-5 (гамма облучатель интегральных схем) в АО «НПП Пульсар». Облучение образцов проводилось с мощностью дозы 42 рад/с (Н2О) и энергией гамма-квантов0,661 МэВ. Активным элементом в установке ГОИС-5 является изотоп Cs. Погрешностьдозиметрии на установке ГОИС-5 менее 10%. Облучение приборов гамма-квантамипроводилось для дискретного набора доз Dγi в диапазоне от 103 до 107 рад.Измерения характеристик приборов после облучения гамма-квантами производятся p- раз для дискретных значений суммарной дозы Dγi.Для случаев облучения гамма-квантами и электронами с энергией 7,5 МэВ на образцах отсутствует наведенная активность. Поэтому измерения характеристик образцовможно проводить на коротких кабелях.
Однако если требуется проведение испытаний вактивном режиме необходимо также учитывать влияние сопротивлений проводников нахарактеристики БТ [88].г. Проведение эксперимента. Очевидно, что по сравнению с нормальными условиями, когда проводится только один цикл измерений характеристик, для каждого биполярного транзистора, подвергнутого воздействию трёх видов радиационного облучения, требуется проведение (k+m+p) циклов измерений.Процедура измерения электрических характеристик реализуется с помощью разработанной автоматизированной подсистемы измерений, позволяющей снизить трудоёмкость и длительность измерений. Она состоит из набора контрольно-измерительныхприборов (КИП), работающих под управлением ПО компьютера (управляющей средыLabView и отдельных макросов).
Начальными данными для работы системы, задаваемыми оператором, являются тип тестовой структуры, максимально допустимые значения тока, напряжения, мощности, а также набор дискретных значений радиационного84фактора, по достижении которых необходимо провести комплекс измерений. НаборКИП, подключаемых к ЭВМ по стандартным интерфейсам (GPIB, USB, RS-232), содержит: источник-измеритель Keithley 2602 для измерения статических вольт-амперных характеристик малой и средней мощности; осциллограф Tektronix DPO 7254; генераторГСС-120; а также отдельные источники и мультиметры для измерения импульсных характеристик средней и большой мощности; измеритель иммитанса Е7-12 для измеренияёмкостных характеристик.3.2.2 Процедура экстракции параметров биполярных транзисторов,унифицированной SPICE-макромодели Si БТ/ SiGe ГБТ для стационарногоизлученияЕдиная методика определения (экстракции) параметров [75], [76], [78] с учётомдозовых эффектов при воздействии различных радиационных излучений создана и отработана для разработанной макромодели, предложенной в диссертации.
Она являетсямодификацией стандартной методики и основана на результатах измерения, на тестовыхкристаллах электрических характеристик реальных облучённых и необлучённых приборов, или результатах приборного моделирования приборов, чей маршрут проектирования и конструкция ещё только разрабатываются.Важно отметить, что для разработанной методики экстракции требуется лишьнабор стандартных характеристик Si БТ и SiGe ГБТ, снимаемых по стандартным методикам.Для автоматизированного получения стандартного набора электрических характеристик Si БТ и SiGe ГБТ был собран специализированный аппаратно-программныйкомплекс, описанный ранее.
Для передачи в систему экстракции параметров результатов машинного эксперимента автором были разработаны макросы, функционирующие всистеме приборно-технологического моделирования Sentaurus Synopsys.Исходными данными являются стандартные наборы ВАХ: входные, выходные ичастотные характеристики Si БТ и SiGe ГБТ при разных дозах полученного облучения.Результаты реального или машинного эксперимента обрабатываются в комплексе математических расчетов MathCAD.Процедура экстракции позволяет получить параметры модели для промежуточных доз облучения различных видов и включает в себя следующие шаги:851) определяется набор параметров базовой модели для случая необлучённого биполярного транзистора – с использованием любых доступных методов и стандартныхпроцедур, в том числе, с использованием автоматизированного комплекса IC-CAP [91]и стандартного набора измеренных характеристик;2) из полного набора параметров, описывающих элементы эквивалентной схемымакромодели биполярного транзистора, выбирается перечень основных радиационнозависимых параметров при воздействии различных видов радиационного излучения;3) для каждого уровня полученной дозы Di или интегрального потока Фi определяются соответствующие значения: тока базы (ионизационные повреждения) Is_surf (D),получаемые экстраполяцией до напряжения база-эмиттер Uбэ=0 В; тока базы (структурные повреждения) Is_bulk (D), при напряжении база-эмиттер Uбэ= 0,6 0,8 В, напряжениянасыщения Vнас(D); напряжения лавинного пробоя Vпроб(D); влияния «горячих» носителей на радиационную деградацию Icor(D).
Данная процедура повторяется для всех запланированных уровней облучения;4) табличные функции зависимости Is_surf (D), Is_bulk (D), Vнас(D), Vпроб(D), Icor(D) аппроксимируются аналитическими функциями вида a1 [1 – b1·exp(–a2D)], a3 [1 + b2D)] – спомощью программы оптимизации; коэффициенты таких функций как раз и составляютнабор радиационных параметров всей макромодели;5) полученные коэффициенты из аналитических функций включаются в описаниеSPICE-RAD-макромодели биполярного транзистора;6) макромодель биполярного транзистора, содержащая радиационно-зависимыепараметры, включается в состав библиотеки моделей.Данная процедура даёт возможность получить параметры модели для промежуточных доз облучения.При схемотехническом моделировании в программах Eldo, Spectre, UltraSim и др.величина поглощённой дозы D или интегрального потока Ф задаётся для всей схемы вцелом.3.2.2.1 Процедура экстракции параметров разработанной макромодели длянеоблученных биполярных транзисторовСтандартная процедура экстракции параметров модели без учёта радиационныхэффектов проводится с использованием любых доступных методов и стандартных про-86цедур, в том числе, с использованием автоматизированного комплекса IC-CAP.
Исходными данными являются наборы входные, выходные и частотные характеристики Si БТи SiGe ГБТ структур, передаваемые в IC–CAP.Если при проектировании биполярных схем используются транзисторы с различными размерами, то для корректного их описания во всём диапазоне размеров необходимо использовать набор транзисторных структур различных размеров.Необходимый набор экспериментальных статических характеристик каждой тестовой транзисторной структуры для экстракции полного набора параметров моделиприведён в таблице 3.5; указано стандартное название семейства характеристик, входящий в него набор зависимостей, а также требуемая для измерений тестовая структура.При нахождении параметров модели используется локальная стратегия оптимизации (разбиение параметров на группы и оптимизация каждой группы в отдельности)и сочетание глобальной и локальной стратегии экстракции (разбиение набора транзисторов различных размеров на группы и усреднение их характеристик).Таблица 3.5.
Набор экспериментальных характеристик, необходимый для экстракции полного набора параметров модели биполярного транзистораНазвание семействахарактеристикf_input, r_input(прямая и обратнаявходная характеристика)icvce(выходная)f_early, r_early(прямая и обратнаявыходная характеристика)re_flyback(сопротивление эмиттера)rc_flyback(сопротивление коллектора)Состав семействаIб, Iк от Vбэ при нескольких VкэIб, Iэ от Vбэ при нескольких VэкIк от Vкэ при нескольких IбIк от Vкэ при нескольких VбэIэ от Vэк при нескольких VбэIб, от Vкэ при нескольких VбэIб от Vбэ при нескольких Vэк3.2.2.2 Процедура экстракции параметров разработанной макромодели дляучета поверхностной составляющей радиационно-индуцированного токаДля определения параметров Issmax, nes и Ks нужно измерить ток базы до и послевоздействия радиации.
Далее для каждой полученной дозы и интегрального потокаопределяются абстрактное значение значения тока базы Iб_(0), которое определяется экс-87траполяцией тока базы при напряжении Uбэ= 0,2 0,5 В до значений напряжения Uбэ=0 В, и коэффициент неидеальности nes. Значения параметров Issmax и nes выбираются для максимального уровня поглощенной дозы или интегрального потока. Для того,чтобы определить параметр Ks необходимо построить зависимость Iб_(0) от дозы. Нарис. 3.54 приведен пример экстракции параметра Ks для n-p-n Si БТ интегральной схемы(см.
пункт 4.3.2). После чего зависимость Iб_(0) от дозы аппроксимируется функцией видаa1 [1 – b1·exp(–a2D)]·exp(Uбэ/nes·φt), где а1 = Issmax = 1,755·10-10 А, b1 = 1, nes = 2,519, a2 = Ks= 3,1·10–7 1/рад.Рис. 3.54. Экстракция радиационно-зависимого параметра Ksпо значениям Iб_(0) Si n-p-n биполярного транзистораПосле проделанной процедуры все параметры для учета поверхностной составляющей радиационно-индуцированного тока определены. Стоит отметить, что даннаяметодика определения радиационно-зависимых параметров используется только примоделировании электронного, протонного и гамма-излучений. Для нейтронного излучения поверхностной составляющей можно пренебречь и, следовательно, при моделировании её не требуется учитывать.3.2.2.3 Процедура экстракции параметров макромодели для учета объемнойсоставляющей радиационно-индуцированного токаТребуется определить три параметра Isd, Kd и ned, отвечающие за объемную составляющую радиационно-индуцированного тока.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
