Диссертация (1137280), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Проведение экспериментальных исследований, является достаточно сложным и дорогим, а в ряде случаев невозможным. Поэтому математическоемоделирование – единственный способ получить необходимую информацию о процессах в БТ при облучении.В настоящее время для приборно-технологического проектирования широко применяются программы Sentaurus фирмы Synopsys и TCAD фирмы SILVACO. В этихСАПР включены некоторые модели радиационных эффектов.В программу Sentaurus Synopsys входят модели для учета стационарного гаммаизлучения и воздействия ОЯЧ.
Учет влияния гамма-излучения в Sentaurus Synopsysосуществляется моделью, которая описывает скорость генерации электронно-дырочныхпар в объеме SiO2. Однако, этого не достаточно для моделирования электрических характеристик Si БТ и SiGe ГБТ с учетом гамма-излучения, так как не учитывает два основных эффекта: 1) образование поверхностных состояний; 2) изменение скорости поверхностной рекомбинации.В TCAD фирмы SILVACO [8] разработаны механизмы влияния структурных дефектов и ионизационных эффектов с использованием ловушек в объеме структуры прибора. Однако данные механизмы были адаптированы только к структуре металл-оксидполупроводникового (МОП) транзистора, и пока не подходят к структурам Si БТ и SiGe15ГБТ.
В программе TCAD SILVACO также достаточно полно описано влияние ОЯЧ наэлектрические характеристики полупроводниковых приборов.Учет влияния ОЯЧ на переходные электрические характеристики биполярныхтранзисторов и интегральных схем является самостоятельным направлением исследований и в настоящей диссертации не рассматривается.Существенный вклад в разработку математических моделей для приборнотехнологического проектирования с учётом радиационного воздействия и использование этих моделей для расчёта радиационно-стойких БТ и ГБТ внесли отечественные авторы: Д.Г.
Дроздов, Т.Ю. Крупкина, В.С. Першенков, К.О. Петросянц, Е.М. Савченко,А.И. Чумаков, Н.А. Шелепин и др., также зарубежные авторы: R. J. Milanowski, A.K.Sutton, J. D. Cressler, M. Bellini, K. A. Moen, M. Benoit и др.В работах [10], [11] рассматриваются вопросы и разработки быстродействующихсубмикронных интегральных Si БТ и SiGe ГБТ с использованием TCAD моделирования.В работах [12]-[14] приводятся методики, критерии выбора моделей при моделированиисубмикронных транзисторов, а также описаны основные проблемы приборнотехнологического моделирования биполярных структур.В работе Т.Ю.
Крупкиной [15] рассматриваются общие подходы и методики приборно-технологического моделирования с учетом внешних воздействующих факторов, атакже использование сквозного моделирования, когда основными результатами приборно-технологического моделирования являются схемотехнические параметры, которые вдальнейшем используются для проектирования БИС в схемотехнических САПР.В работе В.В. Лавлинского [16] рассматриваются модели, алгоритмы синтеза проектных решений, а также модели и алгоритмы воздействий тяжёлых ядерных частиц наотдельные элементы или на совокупность элементов электронной компонентной базыспециального назначения с возможностью оценивать радиационную стойкость элементов на энергетическом уровне и определять напряжённые связи с использованием методов синтеза виртуальной реальности.В ряде работ [18], [19] проводятся исследования с использованием стандартныхмоделей в TCAD по накоплению заряда в объемной области оксида при воздействиигамма-излучения, а также отклику полупроводниковых приборов при воздействии ОЯЧ.В ряде зарубежных работ [20], [24] с использованием имеющихся в TCAD моделей ра-16диационных эффектов также исследуются только распределения заряда в объеме SiO2,без последующей оценки его влияния на характеристики Si БТ и SiGe ГБТ.В работе R.
J. Milanowski [21] исследуется влияние эффекта низкой интенсивности дозы гамма-излучения на накопление заряда в объеме SiO2 и на границе материаловSi/SiO2 в базе биполярного транзистора. Утверждается, что усиленная деградация характеристик БТ обусловлена влиянием граничных зарядов. При этом сами исследованиярекомбинационных токов проводятся на упрощенной структуре базы биполярного транзистора.В работе [23] исследовались радиационные эффекты в структурах планарных диодов и транзисторов после импульсного гамма-нейтронного воздействия путем учетараспределения ловушек в объеме приборов. Однако при этом не учитывалось влияниеизменения параметров материалов при воздействии радиации, влияние на радиационную стойкость уровня легирования базы, а также ряда других параметров.В заключении обзора опубликованных работ, посвященных учету радиационныхэффектов в системе моделирования TCAD, следует отметить, что во всех работах рассматривается исключительно воздействие гамма-квантов.
Публикации по учету воздействия нейтронов и протонов в системе TCAD отсутствуют.Таким образом, нерешённой задачей остаётся разработка математических моделей для электрофизических эффектов, возникающих в структурах биполярных полупроводниковых приборов при воздействии радиации с целью прогнозирования в системеTCAD характеристик субмикронных Si БТ и SiGe ГБТ при облучении различными видами стационарных радиационных излучений: нейтронами, протонами и гаммаквантами.1.2 Обзор современного состояния исследований в области разработкисхемотехнических SPICE-моделей, учитывающих радиационные эффектыв Si и SiGe биполярных транзисторахИнтегральные схемы, применяемые в специальной аппаратуре, подвергаются воздействию различных видов радиационного облучения: гамма-квантов, электронов,нейтронов и протонов, а также ОЯЧ, что приводит к деградации электрических характеристик ИС.
Поэтому, в схемотехнических САПР, предназначенных для расчета радиа-17ционно-стойких ИС и БИС, необходимо создавать библиотеки SPICE-моделей элементов, которые учитывают влияние радиационных эффектов.К сожалению, сегодня применение SPICE-подобных программ анализа ИС и БИСограничено, как правило, стандартными схемотехническими модели, которые не учитывают радиационные эффекты. Учет влияния радиационных факторов на электрическиехарактеристики Si БТ и SiGe ГБТ осуществляется с использованием двух подходов: введение зависимостей параметров SPICE-модели биполярного транзистора от поглощенной дозы [25], [26], [29], [30] или создание компактных моделей [27], [28], [31], [33]-[37],[39]-[41], в которые вводятся дополнительные элементы, параметры которых зависят отпоглощенной дозы или интегрального потока. Оба подхода используются отечественными и зарубежными специалистами.Первый подход, который заключается во внесении зависимостей основных параметров SPICE-модели биполярного транзистора от уровня воздействующего фактора,является достаточно трудоемким, так как зависимости параметров SPICE-модели биполярных транзисторов от поглощенной дозы необходимо задать для большого числа параметров SPICE-модели.
При этом каждая модель биполярного транзистора VBIC, Mextram, GP и др. описывается своим набором SPICE-параметров. Поэтому требуются переделывать модель транзисторов в каждом случае, когда требуется учитывать дополнительные эффекты или использовать другую базовую модель БТ, что накладывает ограничения на применение разработанной модели.Второй подход заключается в подключении к базовой модели (ядру), описываемой одной из известных стандартных SPICE-моделей Si БТ или SiGe ГБТ, дополнительных схемных элементов, учитывающих специфику влияния радиационных излучений наэлектрические характеристики биполярного транзистора. Такой подход обеспечиваетдостаточную точность.
При этом время моделирования существенно не изменяется. Однако, на разработчика накладываются дополнительные требования по знанию схемотехники и особенностей конкретного симулятора.В большинстве практических случаев провести необходимые модификации можетлюбой квалифицированный пользователь целевой САПР.181.2.1 Анализ математических моделей для схемотехническогомоделирования c учётом радиационных эффектов в структуре Si и SiGeбиполярных транзисторовМатематические модели для схемотехнического моделирования при воздействиирадиационного облучения субмикронных Si БТ и SiGe ГБТ приведены в работах отечественных авторов А.С. Аверяскина, А.В. Хананова, С.Г. Крутчинского, А.Е.
Титова,А.И. Серебрякова, О.В. Дворникова, В.Н. Гришкова, К.О. Петросянца, И.А. Харитонова,Э.Н. Вологдина, Д.С. Смирнова и др. [26]-[34], а также зарубежных авторов: М. VanUffelen, P. Leroux, W. De Cock, Deng Yanqing T.A. Fjeldly, D.G. Mavis and P.H. Eaton, H.S. Hajghassem, J. R. Yeargan, O. Rinaudo, T.
Zimmer [35]-[44] и др.Существенный вклад в разработку математических моделей для схемотехнического моделирования с учётом радиационного воздействия и их использование для расчёта радиационно-стойких биполярных БИС внесли отечественные авторы Ю.Ф. Адамов, В.Н. Гришков, О.В. Дворников, А.И. Титов, К. О. Петросянц, В.В. Репин, П.К. Скоробогатов, И. А.
Харитонов, а также ряд зарубежных авторов: M. Van Uffelen, T.A DengYanqing, T. Zimmer, R.W. Dutton, H. Barnaby и др.В работе К.О. Петросянца, И.А. Харитонова [28] (МИЭМ) описана модель биполярного транзистора с учетом поглощенной дозы, с помощью добавления выраженийдля ряда параметров модели Гуммеля-Пуна, которые зависят от суммарной поглощенной дозы.Подход, описанный в данной работе, можно использовать для моделирования биполярных транзисторов с учетом радиационных эффектов на базе модели ГуммеляПуна. Предлагаемая модель с достаточной точностью описывает изменение тока базыпри воздействии нейтронного и гамма-излучения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
