vestifmИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-математических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physics and Mathematics Series1561-24302524-2415The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-2430-2019-55-4-498-504vestifm-492Research ArticleФИЗИКАPHYSICSМоделирование накопления заряда в облученных МОП/КНИ-транзисторахSimulating of charge build-up in irradiated MOS/SOI transistorsОгородниковД. А.OgorodnikovD. A.

Огородников Дмитрий Александрович – млад ший научный сотрудник.

ул. П. Бровки, 19, 220072, г. Минск

Dmitriy A. Ogorodnikov – Junior Researcher.

19, P. Brovka Str., 220072, Minsk

ogorodnikov@ifttp.bas-net.byЛастовскийС. Б.LastovskiiS. B.

Ластовский Станислав Брониславович – канди дат физико-математических наук, заведующий лабораторией радиационный воздействий.

ул. П. Бровки, 19, 220072, г. Минск

Stanislav B. Lastovskii – Ph. D. (Physics and Mathematics), Head of the Laboratory of Radiation Effects.

19, P. Brovka Str., 220072, Minsk

lastov@physics.byБогатыревЮ. В.BogatyrevYu. V.

Богатырев Юрий Владимирович – доктор технических наук, главный научный сотрудник.

ул. П. Бровки, 19, 220072, г. Минск

Yuriy V. Bogatyrev – Dr. Sc. (Engineering), Chief Researcher.

19, P. Brovka Str., 220072, Minsk

Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедениюSSPA “Scientific-Practical Materials Research Centre of NAS of Belarus”201907012020554498504Copyright © Огородников Д.А., Ластовский С.Б., Богатырев Ю.В., 20202020Огородников Д.А., Ластовский С.Б., Богатырев Ю.В.Ogorodnikov D.A., Lastovskii S.B., Bogatyrev Y.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestifm.belnauka.by/jour/article/view/492

С помощью программного комплекса Silvaco проведен расчет накопления встроенного в окисел заряда у границы раздела кремний – скрытый окисел в n-канальных МОП/КНИ-транзисторах в зависимости от их геометрических параметров и электрических режимов при воздействии ионизирующего излучения. Показано, что наиболее «жестким» является режим, при котором во время облучения на сток и исток подается напряжение +5 В, а на подложку, затвор и запитку канала – 0 В. При этом величину накопленного заряда удается существенно снизить, прикладывая к подложке отрицательное смещение и уменьшая толщину слоя захороненного окисла. Полученные результаты компьютерного моделирования могут быть использованы испытателями электронных компонентов для предварительной оценки стойкости МОП/КНИ-приборов к накопленной дозе ионизирующего излучения.

The charge build-up in the interface of silicon / buried oxide in n-channel MOS/SOI transistors depending on their geometric parameters and electrical modes during ionizing irradiation is calculated with the use of the software Silvaco. It is shown that the electrical mode is most “harsh”, when during irradiation the voltage of +5 V is applied to drain and source electrodes and 0 V is applied to substrate, gate and channel feeding. The amount of the built-up charge can be substantially reduced by applying a negative bias to the substrate and by decreasing the thickness of the buried oxide layer.

ионизирующее излучениеМОП/КНИ-транзисторрадиационная стойкостьмоделированиевстроенный зарядionizing radiationMOS/SOI transistorradiation hardnesssimulatinginterface chargeReferencesКоршунов, Ф. П. Воздействие радиации на интегральные микросхемы / Ф. П. Коршунов, Ю. В. Богатырев, В. А. Вавилов. – Минск: Наука и техника, 1986. – 254 с.Korshunov F. P., Bogatyrev Yu. V., Vavilov V. A. The Influence of Radiation on Integrated Circuits. Minsk: Nauka i tekhnikaPubl., 1986. 254 p. (in Russian).Таперо, К. И. Радиационные эффекты в кремниевых интегральных схемах космического применения / К. И. Таперо, В. Н. Улимов, А. М. Членов. – М.: БИНОМ. Лаб. знаний, 2012. – 304 с.Tapero K. I., Ulimov V. N., Chlenov A. M. Radiation Effects in Silicon Integrated Circuits for Space Applications. Moscow, BINOM, LaboratoriyaznaniiPubl., 2012. 304 p.(in Russian).Worst-Case Bias During Total Dose Irradiation of SOI Transistors / V. Ferlet-Cavrois [et al.] // IEEE Trans. Nucl. Sci. – 2000. – Vol. 47,№ 6. – P. 2183–2188. https://doi.org/10.1109/23.903751Ferlet-Cavrois V., Colladant T., Paillet P., Leray J. L., Musseau O., Schwank J. R., Shaneyfelt M. R., Pelloie J. L., du Port de Poncharra J. Worst-Case Bias During Total Dose Irradiation of SOI Transistors. IEEE Transactions on Nuclear Science, 2000, vol. 47, no. 6, pp. 2183–2188. https://doi.org/10.1109/23.903751Flament, O. Bias Dependence of FD Transistor Response to TotalDose Irradiation / O. Flament, A. Torres, V. Ferlet-Cavrois// IEEE Trans. Nucl. Sci. – 2003. – Vol. 50, № 6. – P. 2316–2321. https://doi.org/10.1109/tns.2003.822594Flament O., Torres A., Ferlet-Cavrois V. Bias Dependence of FD Transistor Response to TotalDose Irradiation. IEEE Transactions on Nuclear Science, 2003, vol. 50, no. 6, pp. 2316–2321. https://doi.org/10.1109/tns.2003.822594Сравнение различных вариантов топологии КНИ МОП-транзисторов для проектирования радиационно-стойких ИС / М. С. Горбунов [и др.] // Вопр. атомной науки и техники. Cер. Физика радиац. воздействия на радиоэлектрон. аппаратуру. – 2010. – Вып. 1. – С. 39–43.Gorbunov M. S. Zebrev G. I. Osipenko P. N. [et al.] Comparison of different variants of the topology design of MOS transistors for the design of radiation-hardened ICs. Voprosyatomnoinauki i tekhniki. SeriyaFizikaradiatsionnogovozdeistviyanaradioelektronnuyuapparaturu [Problems of atomic science and technology, «Physics of radiation effects on electronic equipment»], 2010, no. 1, pp. 39–43 (in Russian).SILVACO International. ATLAS User’s Manual. Device Simulation Software [Electronic resource]. – Mode of access: http: // www.silvaco.com. – Date of access: 13.03.2018.SILVACO International. ATLAS User’s Manual. Device Simulation Software. Available at http: // www.silvaco.com. (Accessed13.03.2018).Влияние гамма-излучения на МОП/КНИ-транзисторы / Ю. В. Богатырeв [и др.] // Докл. БГУИР. – 2016. – №3(97). – С. 75–80.Bogatyrev Yu. V., Lastovskiy S. B., Soroka S. A., Shvedov S. V., Ogorodnikov D. A. The effect of X-ray radiation on MOS / SOI transistors. Doklady BGUIR, 2016, no. 3 (97), pp. 75–80 (in Russian).Impact of technology scaling in SOI back-channel total dose tolerance. A 2-D numerical study using self-consistent oxide code /J.-L. Leray [et al] // IEEE Trans. Nucl. Sci. – 2000. – Vol. 47, № 3. – P. 620–627. https://doi.org/10.1109/23.856489Leray J.-L., Paillet P., Ferlet-Cavrois V., Tavernier C., Belhaddad K., Penzin O. Impact of technology scaling in SOI back-channel total dose tolerance. A 2-D numerical study using self-consistent oxide code.IEEE Transactions on Nuclear Science, 2000, vol. 47, no. 3, pp. 620–627. https://doi.org/10.1109/23.856489Ma, T. P. Ionizing radiation effects in MOS devices and circuits / T. P. Ma, P. V. Dressendorfer. – New York: John Wiley and Sons, 1989. – P. 179.Ma T. P., Dressendorfer P. V. Ionizing Radiation Effects in MOS Devices and Circuits. New York, John Wiley and Sons, 1989. P. 179.Lacoe, R. CMOS scaling, design principles and hardening-by-design methodologies / R. Lacoe // IEEE NSREC. Short Course. – 2003. – P. II-1–II-142.Lacoe R. CMOS scaling, design principles and hardening-by-design methodologies. IEEE NSREC. Short Course, 2003, pp. II-1–II-142.Correlation Between Co-60 and X-Ray Radiation-Induced Charge Buildup in Silicon-on-Insulator Buried Oxides / J. R. Schwank [et al] // Trans. Nucl. Sci. – 2000. – Vol. 47, № 6. –P. 2175–2182.https://doi.org/10.1109/23.903750Schwank J. R., Shaneyfelt M. R., Dodd P. E., Ferlet-Cavrois V., Loemker R. A., Winokur P. S., Fleetwood D. M., Paillet P., Leray J.-L., Draper B. L., Witczak S. C., Riewe L. C. Correlation Between Co-60 and X-Ray Radiation-Induced Charge Buildup in Silicon-on-Insulator Buried Oxides. IEEE Transactions on Nuclear Science, 2000, vol. 47, no. 6, pp. 2175–2182. https://doi.org/10.1109/23.903750Зебрев, Г. И. Радиационные эффекты в кремниевых интегральных схемах высокой степени интеграции / Г. И. Зебрев. – М.: НИЯУ МИФИ, 2010. – 148 с.Zebrev G. I. Radiation Effects in High Integration Silicon Integrated Circuits. Moscow, NIYaU MIFI Publ. [National Research Nuclear University MEPhI], 2010. 148 p. (in Russian).Накопление заряда в диэлектрике и состояния на границах структур кремний-на-изоляторе при облучении электронами и гамма-квантами / Д. В. Николаев [и др.] // Физика и техника полупроводников. – 2003. – Т. 37, вып. 4. – С. 443–449.Nikolaev D. V., Antonova I. V., Naumova O. V., Popov V. P., Smagulova S. A. Charge accumulation in oxide and interface states of silicon-on-insulator structures after irradiation by electrons and γ-rays.Fizika i tekhnikapoluprovodnikov= Semiconductors. Physics of the Solid State, 2003, vol. 37, no. 4. pp. 443–449 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.