МИКРОЭЛЕКТРОНИКА, 2004, том 33, № 2, с. 143-147
РАДИАЦИОННЫЕ ЭФФЕКТЫ = В ПЕРСПЕКТИВНЫХ МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ ИЗДЕЛИЯХ НА ОСНОВЕ АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ
УДК 621.315.592
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЕТЕРОСЕЛЕКТИВНЫХ ОаАз/АЮаАэ
ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ
© 2004 г. Д. В. Громов*, В. В. Елесин*, С. А. Полевич*, Ю. Ф. Адамов**, В. Г. Мокеров**
*Экспериментальное научно-производственное объединение "Специализированные электронные системы"
**Институт радиотехники и электроники Российской АН Поступила в редакцию 28.04.2003 г.
Проведено исследование влияния излучений гамма-квантов от источника 60Со и рентгеновского излучения с энергией 50 кэВ на характеристики гетероселективных псевдоморфных ОаАв/АЮаАв полевых транзисторов. Показано, что ионизирующее электромагнитное излучение при определенных условиях может приводить к улучшению характеристик гетероструктурных приборов. Одним из возможных механизмов наблюдаемого эффекта может служить отжиг или перераспределение энергетических параметров ОХ - центров гетероэпитаксиальных структур при воздействии излучений.
ВВЕДЕНИЕ
Полевые транзисторы на гетероструктурах с высокими значениями подвижности и дрейфовой скорости носителей заряда в настоящее время являются одними из наиболее быстродействующих полупроводниковых приборов. Полевые транзисторы на гетероструктурах применяются в полупроводниковых аналоговых и цифровых устройствах СВЧ-диапазона с рабочими частотами до нескольких десятков гигагерц [1]. Дальнейшее развитие физики полупроводников и совершенствование молекулярно-лучевой технологии привело к созданию псевдоморфных полевых транзисторов. Более ранние исследования показали, что при анализе дозовых эффектов в псевдоморфных полевых транзисторах на гетероструктурах наблюдается монотонный характер зависимостей характеристик приборов от поглощенной мощности при воздействии гамма-квантов [2-4].
В данной работе приведены результаты исследования влияния эффектов от поглощенной дозы при воздействии гамма-квантов от источника 60Со и рентгеновского излучения с энергией квантов 45 кэВ на характеристики псевдоморфных полевых транзисторах на гетероструктурах. Для сравнения приведены аналогичные дозовые зависимости для типовых полевых транзисторов с затвором Шоттки (ПТШ) на ваАв.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА И РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ
Технологическое сечение исследуемых образцов псевдоморфных полевых транзисторов на гетероструктурах, сформированных с использованием молекулярно-лучевой эпитаксии, показано
на рис. 1. В работе исследовались псевдоморфные полевые транзисторы на гетероструктурах с длиной и шириной затвора 0.3 мкм и 65 мкм соответ-
и
С
81 = 5 х 1016 ОаАв 28 нм
А102 ва08 Ав 18 нм
81 = 2.5 х 1016 А10 2 ва0 8 Ав 18 нм
Спейсер А10 2 ва0 8 Ав 4.4 нм
Нелегированный 1п0.17 Оа0 83 Ав 12 нм
Буферный слой ОаАв 100 нм
Полуизолирующая (001) ОаАв подложка
Рис. 1. Псевдоморфный полевой транзистор на гетероструктурах, технологическое сечение.
3
^си/^сио
1.3 1.2 1.1 1.0
0.9 0.8 0.7 0.6
°.5104 105 106 107 108 Доза гамма-квантов, рад
Рис. 2. Экспериментальные зависимости относительного изменения тока стока псевдоморфного полевого транзистора на гетероструктурах и ПТШ от дозы гамма-квантов при низких напряжениях иси. Псевдоморфный гетероселектив-ный полевой транзистор: 1 - нормально-закрытый; 2 - нормально-открытый. Нормально-открытый ПТШ - 3, нормально-закрытый ПТШ - 4.
9 /| /б.
/ / / С) \ X
/ / / / ъ
/ о .л--------/а— / / о----□-----ц. 'ТЗч
— — — ^ 1 "/ " ....... / \ \ 1-.....■.. а \ \ \
\ \ \ \ 1 1 1 1
—о—1 Ъ 1 \ /
-в—2 ■■■■»■■■ 3 \ \ '' 1
—а— 4 • *
ственно, а также типовые ПТШ с длиной затвора 1 мкм и шириной 50 мкм.
Дозовые эффекты от гамма- и рентгеновского излучения исследовались для нормально открытых и нормально закрытых псевдоморфных полевых транзисторах на гетероструктурах.
Для сравнения исследовались аналогичные характеристики для нормально открытого и нормально закрытого типового ПТШ.
Источник 60Со с интенсивностью 380 рад(ОаА$)/с в диапазоне доз 2.2 х 105 рад ... 2.0 х 108 рад исполь-
зовался для исследования влияния гамма-излучения на характеристики приборов.
В качестве источника рентгеновского излучения использовался источник рентгеновского излучения с энергией квантов 45 кэВ [5] в диапазоне доз 1.8 х 105 Р ... 2.7 х 106 Р. Использовались три сеанса облучения как в пассивном, так и в активном (при подключении источника постоянного смещения) режимах. Данные по режимам и условиям облучения рентгеновскими квантами для двух образцов нормально закрытых псевдоморф-
Данные по режимам и условиям облучения рентгеновскими квантами для двух образцов НЗ Р ГСПТ
Режим облучения
Диапазон доз, Р Образец № 1 Образец № 2
Цзи, В иси, В изи, В иси, В
1.8 х 105-1.26 х 106 0 0 ± 0.4 +0.4
1.26 х 106-2.16 х 106 0 0 ± 0.4 +0.4
2.16 х 106-2.70 х 106 -0.4 +0.4 0 0
^си/^сио
1.2
1.1
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5 104
1-■--Ц-ЛУ^-л \ \
V \ \ •. 1 Ь Г\
\,/' \ \ \ \ ^
1 2 ■
3 4
105 106 107 Доза гамма-квантов, рад
108
Рис. 3. Экспериментальные зависимости относительного изменения тока стока псевдоморфного полевого транзистора на гетероструктурах и ПТШ от дозы гамма-квантов при высоких напряжениях иси. Обозначения см. на рис. 2.
ных полевых транзисторов на гетероструктурах приведены в таблице.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Экспериментальные зависимости относительного изменения тока стока для малых и больших значений напряжения иси приведены на рис. 2 и рис. 3, соответственно.
Экспериментальные зависимости относительного изменения тока стока и напряжения отсечки и крутизны нормально закрытых псевдоморф-ных полевых транзисторов на гетероструктурах при облучении рентгеновскими квантами приведены на рис. 4 и рис. 5, соответственно.
Анализ зависимостей характеристик псевдо-морфных полевых транзисторов от дозы облучения показывает существенное отличие в радиационном поведении этих приборов при облучении гамма- и рентгеновскими квантами.
В случае облучения гамма-квантами в псевдо-морфных полевых транзисторах на гетерострук-
турах наблюдается немонотонная зависимость относительного изменения тока стока от дозы облучения, причем характер зависимостей отличается для крутой и пологой областей вольт-амперных характеристик. В обоих случаях наблюдается начальное уменьшение тока стока и деградация характеристик с ростом дозы облучения. При дозах более 2.0 х 107 рад наблюдается восстановление характеристик как минимум до исходного значения. Затем для доз, больших 108 рад, отмечается монотонная деградация характеристик приборов. Для ПТШ не отмечено немонотонности в характере дозовой зависимости изменения характеристик нормально открытых и нормально закрытых приборов и деградация характеристик начинается с значений доз 107 рад, что определяется уменьшением концентрации носителей в канале транзистора.
В случае облучения псевдоморфных полевых транзисторов рентгеновскими квантами наблюдается улучшение параметров структур во всем диапазоне доз облучения. Причем в зависимости от режима облучения наблюдаются процессы ча-
^си/^сио
3.8 3.6 3.4 3.2 3.0 2.8 2.6 2.4 2.2 2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0
0'° 6
о о Шг-л
1 2 о /Vй 0-0 / у"
/ о" 3
; у : о'
6 / 1
.о' { л
р ' т
о
о/
5.0 х 10
,5
1.5 х 106
2.5 х 106
Доза рентгеновских квантов, ед
Рис. 4. Экспериментальные зависимости относительного изменения тока стока псевдоморфного полевого транзистора на гетероструктурах от дозы рентгеновских квантов при высоких напряжениях иси. Псевдоморфный гетероселек-тивный полевой транзистор: 1 — образец < 1; 2 — образец < 2.
и^-—Цро, в
Ош/Ошо
0
—0.02 —0.04 —0.06 —0.08 —0.10 —0.12 —0.14 —0.16 —0.18 —0.20
1 2 9
\
X » • » • ► -
О. •> \ ■ * •
'»■■-«у щ • -
•
• \ • о » V » -
• • •
» \ ч. • •
•
0 5.0 х 105 106 1.5 х 106 2.0 х 106 2.5 х 106 3.0 х 106 Доза рентгеновских квантов, Р
Рис. 5. Экспериментальные зависимости относительного изменения напряжения отсечки и крутизны псевдоморфного полевого транзистора на гетероструктурах от дозы рентгеновских квантов при высоких напряжениях иси. Обозначения см. на рис. 4.
0
стичного отжига при общем росте значений тока стока и крутизны транзисторов.
Изменений в характеристиках ПТШ при облучении рентгеновскими квантами не наблюдалось. Это связано с тем, что рентгеновское облучение не вызывает структурных повреждений с образованием точечных дефектов и уменьшением концентрации носителей в канале транзистора.
По нашему мнению, в случае облучения псев-доморфных полевых транзисторов на гетероструктурах гамма-квантами наблюдаются конкурирующие процессы, определяющие радиационное поведение характеристик приборов. На первом этапе при относительно низких значениях доз проявляется деградация характеристик, связанная с перезарядкой и активацией ОХ-центров [1]. При дальнейшем увеличении доз по-видимому проявляется процесс устранения механических напряжений на границах раздела слоев псевдо-морфных гетероселективных полевых структур, что приводит к росту свободных носителей в области двухмерного электронного газа. Для повышенных значений доз за счет введения структурных дефектов происходит уменьшение концентрации носителей заряда и уменьшение тока прибора.
В случае облучения рентгеновскими квантами наблюдается устранение напряженных механических связей на границах раздела гетероструктуры и улучшение характеристик транзистора.
Подобные эффекты также возможно проявлялись при использовании низкотемпературных процессов выращивания слоев транзисторов и улучшении их параметров [6].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате исследования влияния дозовых эффектов про воздействии рентгеновских и гамма-квантов можно сделать следующие основные выводы.
Характер изменения характеристик приборов существенно отличается для гамма- и рентгеновского излучения.
В псевдоморфных гетероселективных полевых транзисторных структурах наблюдаются конкурирующие процессы, с
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.