Перенос электронов в транзисторных структурах в сильных резконеоднородных электрических полях при воздействии потока квантов высоких энергий

• Автор: Пузанов, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 160 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ВОЗДЕЙСТВИЕ ПОТОКА КВАНТОВ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ НА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ И БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ
1.1. Взаимодействие квантов высоких энергий и быстрых электронов с кристаллом полупроводника

. 1.1. Источники квантов высоких энергий

1.1.2. Ионизация полупроводников при воздействии потока квантов высоких энергий и быстрых электронов
1.1.3. Влияние горячих радиационногенерированных носителей заряда на ударную ионизацию в полупроводниковых структурах
1.1.4. Расчетноэкспериментальные методы получения энергетического спектра радиационногенерироватых электронов в полупроводниках
1.2. Физические процессы, протекающие в полупроводниковых структурах с рп переходами, при воздействиипотока квантов высоких энергий и коррелированного с ним импульса напряжения

1.2.1. Переходные ионизационные эффекты в рп переходах

1.2.2. Тепловая модель пробоя полупроводниковых приборов

1.2.3. Эффекты комплексного воздействия импульсов ионизирующего излучения и перенапряжения
1.3. Особенности переноса носителей заряда в коротких структурах
1.3.1. Кинетическое уравнение Больцмана и границы его применимости
1.3.2. Функции распределения горячих электронов по энергии
1.3.3. Эффект всшеска дрейфовой скорости во времени и пространстве
1.3.4. Связь коэффициента ударной ионизации с функцией распределения горячих носителей по энергии
1.4. Особенности переноса носителей заряда в биполярных транзисторах с тонкой базой
1.4.1. Аналитическая модель биполярного транзистора с тонкой базой на
ос ю ве БЮе
1.4.2. Границы применимости квазиклассического описания переноса электронов в биполярных транзисторах с топкой базой
1.4.3. Переходные ионизационные процессы в биполярном транзисторе с тонкой базой на основе БЮе
1.5. Математические модели переноса носителей заряда в полупроводниковых приборах
1.5.1. Алгоритм метода МонтеКарло решения кинетического уравнения Болыриана
1.5.2. Квазигидродинамические модели переноса носителей заряда в полупроводниковых структурах
1.5.3. Локальнополевая модель диффузиидрейфа Выводы к главе
ГЛАВА 2. РАЗВИТИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПЕРЕНОСА НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА ДЛЯ АНАЛИЗА РАДИАЦИОННОСТИМУЛИРОВАННОГО ЛАВИННОТЕПЛОВОГО ПРОБОЯ В БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ СВЧ И КВЧ ДИАПАЗОНОВ
2.1. Методические вопросы и требования к комплексу математических моделей переноса носителей заряда в биполярных транзисторах при воздействии импульсного потока квантов высоких энергий
2.2. Аналитические модели переходных ионизационных процессов в биполярном транзисторе при воздействии импульсного потока квантов высоких энергий
2.2.1. Традиционная модель переходных ионизационных процессов в биполярном транзисторе
2.2.2. Аналитическая модель переходных ионизационных процессов в биполярном транзисторе с учетом баллистического ограничения скорости
2.2.3. Результаты моделирования переходных ионизационных процессов в биполярном транзисторе с тонкой базой
2.3. Энергетический спектр радиационногенерированных электронов в кремнии
2.4. Зависимости времен релаксации энергии и импульса электронного газа от температуры кристаллической решетки кремния
2.4.1. Времена релаксации энергии и импульса электронного газа как результат усреднения рассеяний отдельного электрона
2.4.2. Получение зависимости времен релаксации энергии и импульса электронного газа от температуры кристаллической решетки кремния
из экспериментально измеряемых величин
2.4.3. Апробация результатов расчетов зависимостей времен релаксации энергии и импульса электронного газа от температуры кристаллической решетки кремния в стационарных однородных электрических полях
2.5. Зависимость коэффициента ударной ионизации от средней энергии электронного газа
Выводы к главе 2
ГЛАВА 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТА ЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ РАЗВИТИЯ РАДИАЦИОННОСТИМУЛИРОВАННОГО ЛАВИННОТЕПЛОВОГО ПРОБОЯ В СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫХ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ
3.1. Объекты исследований
3.2. Методики измерений
3.2.1. Методика оценки уровня легирования рабочей области высокочастотных биполярных транзисторов
3.2.2. Восстановление примесного состава образцов биполярных транзисторов на основе измерений вольтамперных и вольтфарадных характеристик
3.2.3. Методика неразрушающей экспрессотбраковки образцов мощных биполярных транзисторов к воздействию одиночных импульсов напряжения и ионизирующего излучения
3.2.4. Схема измерений параметров образцов при воздействии потока
квантов высоких энергий
3.3. Результаты исследований радиационностимулированного лавиннотеплового пробоя мощного сверхвысокочастотного биполярного транзистора
3.4. Снижение напряжения питания транзистора во время воздействия как метод повышения его стойкости к импульсу ионизирующего излучения 1 Выводы к главе 3
ГЛАВА 4. ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕНОСА ЭЛЕКТРОНОВ В БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРНЫХ СТРУКТУРАХ С ТОНКОЙ БАЗОЙ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ПОТОКА КВАНТОВ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ
4.1. Разогрев электронного газа в тонкой базе биполярного транзистора при воздействии потока квантов высоких энергий и условия вброса электронов в область пространственного заряда коллекторного перехода
4.2. Особенности переноса электронов и энергетический спектр электронного газа в области пространственного заряда коллекторного перехода при воздействии потока квантов высоких энергий
4.3. Конструктивные методы повышения устойчивости мощного биполярного транзистора к радиационностимулированному лавиннотепловому пробою
Выводы к главе 4
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Однако замена интегродифференциального кинетического уравнения Больцмана на систему дифференциальных уравнений в частных производных требует оценки погрешности решения в случае функции распределения носителей заряда по энергии, отличной от распределения Максвелла, реализуемой в полупроводниковых структурах с сильными резконеоднородными электрическими полями или при воздействии потока квантов высоких энергий. К и произвольной форме функции распределения носителей заряда по энергии. Моделировать токовый отклик Б и ЭЮе биполярных транзисторов с характерными размерами рабочих областей более нм при напряжениях смещения на рп переходах, близких к напряжению лавинного пробоя, на воздействие импульсного потока квантов высоких энергий. Разработка комплекса математических моделей переноса носителей заряда в мощных биполярных транзисторах с тонкой базой в диапазоне температур кристалла 0. К при воздействии импульсного потока квантов высоких энергий на основе локальнополевого, квазигидродинамического приближений и метода МонтеКарло и его реализация в виде пакета прикладных программ. СВЧ диапазона. Теоретический анализ физических процессов переноса носителей заряда при воздействии импульсного ионизирующего излучения на биполярные транзисторы КВЧ диапазона с целью прогнозирования их стойкости к воздействию потока квантов высоких энергий. Впервые разработана аналитическая модель переходных ионизационных процессов в биполярном транзисторе с тонкой базой при воздействии импульсного потока квантов высоких энергий с учтом баллистического переноса радиационногенерированных электронов. Впервые теоретически и экспериментально показано, что в мощных биполярных транзисторах с квазибаллистическим переносомэлектронов в базе характерное время трансформации радиационностимулированного пробоя из обратимого лавинного в необратимый тепловой составляет не более . Впервые теоретически установлена зависимость темпа ударной ионизации в коллекторных переходах биполярных транзисторах с тонкой базой при воздействии потока квантов высоких энергий от степени подавления процессов термализации горячих радиационногенерированных электронов в базе. Всм и его ослаблению в нолях более 0 кВсм в субмикронных структурах. Предложены аналитические аппроксимации времен релаксации энергии и импульса электронного газа в кремнии в диапазоне средних энергий от 0, эВ до 2 эВ, соответствующим напряженностям электрического поля до 0 кВсм при повышенных температурах полупроводникового кристалла 0. К, позволяющие расширить температурный диапазон применимости квазигидродинамического приближения для анализа переноса электронов в субмикронных структурах, в том числе при воздействии потока квантов высоких энергий. Получено аналитическое выражение для импульса тока, стимулированного ионизирующим, излучением, с учетом баллистического предела скорости носителей заряда в тонкой базе. Использование предложенной аналитической модели в системах автоматизированного проектирования позволяет моделировать ионизационную реакцию фрагментов радиоэлектронной аппаратуры, содержащих биполярные транзисторы СВЧ и КВЧ диапазонов. На основе экспериментального анализа вольтамперных и вольтфарадных характеристик коллекторных переходов, апробации методики моделирования радиационностимулированного лавиннотеплового пробоя мощных СВЧ биполярных транзисторов и оптимизации специальных электрических режимов работы предложена процедура отбора мощных СВЧ биполярных транзисторов, обладающих повышенной радиационной стойкостью на . СВЧ и КВЧ диапазонов к воздействию потока квантов высоких энергий. Результаты исследований, проведенные в диссертационной работе, использованы в научноисследовательских работах, проводимых в ФГУП ФНПЦ НИИИС им. Ю.Е. Седакова в г. ННГУ им. Н.И. Лобачевского при подготовке и разработке методического материала по курсам Твердотельная электроника и Физика полупроводниковых приборов, а также специального курса лекций Введение в радиационные технологии полупроводников и полупроводниковых приборов. Предложенная аналитическая модель переходных ионизационных процессов в биполярном транзисторе на основе диффузионнодрейфового приближения с граничными условиями Хансена на концентрацию носителей позволяет учесть явление баллистического переноса неосновных носителей заряда в тонкой базе при воздействии импульсного потока квантов высоких энергий.