МОП-структуры.

Содержание
 Введение…………………………………………………………………………………………………2
 МОП-структуры……………………………………………………………………………………….3
2.1 Формирование границы раздела Si /SiО2……….…………………………………5
2.2 Диоксид кремния………………………………………………………………………..…….7
2.3 Электрофизические характеристики границы Si /SiО2……………………..8
2.4 Дефекты на границе раздела Si/SiО2……………………………………………….10
 2.5 Дефекты в объеме SiО2……………………………………………………………………..11
2.6Процессы накопления заряда в структурах Si/SiО2 прирадиационном облучении…………………………………………………….............……12
2.7 Характеристики МОП-структур ………………………………..…………………..…..14
 Влияние радиации на характеристикиSi/SiO2…………………………..…..……..16
 Испытания изделий полупроводниковой электроники на радиационную стойкость, их виды и способы проведения……………….…16
4.1 Испытания изделий полупроводниковой электроники на
радиационную стойкость в условиях ядерного взрыва…………………..17
4.2 Испытания изделий полупроводниковой электроники на 
радиационную стойкость в условиях космического излучения........18
4.3 Особенности проведения имитирующих испытаний на 
радиационную стойкость ИПЭ………………………………………………………….19
4.4 Основные методы обеспечения радиационной стойкости
интегральных микросхем………………………………………………………………..24
 Исследование влияния гамма-излучения на параметры транзисторных МОП-структур…………………………………………….………….……….………………………26
Список сокращений………………………………………………………………….………….…………..36
Список использованной литературы…………………………………….…………………………37





1. Введение
       Полупроводниковые приборы являются основой для современной микроэлектроники. В частности, в данной работе будет рассмотрена структура МДП-транзистора, а именно МОП –транзистора. МОП-транзисторы широко используются в современной микроэлектронике.Основные сферы использования мощных МОП-транзисторов– электрические приводы переменного тока, преобразователи частоты для электротехнологических установок, источники вторичного электропитания. МОП-транзисторы являются основой в современной микроэлектронике, отличаются высокой степенью интегрированности, быстрой работоспособностью, низкой стоимостью изготовления.
     МОП-транзисторы могут подвергаться низкоинтенсивному космическому излучению, воздействию гамма-излучения на земле(например, в условиях ядерного взрыва), воздействию солнечной радиации. В условиях космоса устройства получают хоть и небольшую, но постоянную во времени дозу гамма-излучения. Космические мисси могут достигать нескольких десятков лет, на протяжении которых устройства подвергаются воздействию низкоинтенсивного излучения.  Поэтому очень важно оценить радиационную стойкость данных структур.
        Данная работа включает в себя описание работы МОП-структур, их свойства и характеристики. Третья глава посвящена влиянию радиации на характеристикиSi/SiO2. В 4 главе рассматриваются испытания изделий полупроводниковой электроники на радиационную стойкость, их виды и способы проведения. В 5 главе приводится практическое исследование влияния гамма-излучения на параметры транзисторных МОП-структур. В конце работы вы можете ознакомиться со списком использованных в работе сокращений и списком литературы.









2. МОП-структуры
Полевой транзистор - полупроводниковый прибор в котором регулирование проводимости тока осуществляется с помощью подачи напряжения на затвор и открытия канала проводимости. Ток данного транзистора обусловлен потоком основных носителей(электронами или дырками). Электродами полевого транзистора служат сток, исток и затвор(рис 1.1 а).
В зависимости от вида основных носителей, транзистор называют n-канальным(электронная проводимость) или p-канальным(дырочная проводимость). В качестве диэлектрика в структуре МДП(металл-диэлектрик-порлупроводник) чаще всего используется SiO2(диоксид кремния), поэтому для удобства в дальнейшем будем рассматривать именно эту, МОП(металл-оксид-полупроводник) структуру. В МОП транзисторах канал может быть обеднён  или обогащён носителями.
МОП-транзисторы активно применяются в современной микроэлектронике.  Они  отличаются высокой степенью интегрированности, быстрой работоспособностью, низкой стоимостью изготовления.
На рисунках 1.1а и 1.1б показана схема структура МОП-транзистора и его условное обозначение. Между затвором и полупроводником находится слой диэлектрика. В качестве диэлектрика используется слой диоксида кремния толщиной 0,002-0,05 мкм, выращиваемый на поверхности кремния n-типа. Области истока и истока легированы сильнее чем канал и обозначены n+.
При подаче на затвор напряжения определенной полярности (например положительного, при электронной проводимости) электроны притягиваются к границе Si/SiO2 образуя проводящий канал n-типа(рис 1.2). С повышением положительного напряжения на затворе Uзи увеличивается концентрация электронов в канале и возрастает его проводимость.
Между стоком и истоком образованы два обратно смещенных p-n-перехода, на границе между стоком и подложкой и между истоком и подложкой. Следовательно, при отсутствии напряжения на затворе междустоком иистоком появляется большое сопротивление и транзистор находится в состоянии отсечки.

Рис 1.1 а- Структура транзистора с индуцированным каналом n-типа, 
б- условное обозначение транзистора с индуцированным каналом n-типа


Рис 1.2 Структура транзистора с индуцированным каналом n-типа при включенном источнике напряжения между затвором и истоком


2.1Формирование границы раздела Si /SiО2
Уникальные физические свойства границы между кристаллическим Si и аморфным SiО2 служат предпосылками для развития современной кремниевой микроэлектроники, базирующейся на планарной технологии. На сегодняшний день граница раздела Si/SiО2 считается наиболее изученной границей раздела твёрдых тел. SiО2 считается основным диэлектриком, применяемым в кремниевых устройствах. Главным технологическим процессом получения наиболее широко используемой границы раздела Si/SiО2 считается процесс термического окисления кристаллического кремния в потоке влажного либо сухого кислорода. Обычно данный процесс происходит при температурах 900 – 1200 °С. В ходе окисления, за счёт диффузии атомов кислорода в Si, граница раздела Si/SiО2 смещается вглубь полупроводниковой подложки [1]. Помимо диффузии кислорода через сформированный слой SiО2, происходит встречная диффузия кремния, из-за чего пространственная область, охватываемая реакцией окисления, расширяется и в слой диэлектрика. Существование встречных потоков диффундирующих частиц приводит к отсутствию четкой границы между диэлектриком и полупроводником, а так же к образованию переходного слоя SiО2-SiОx-Si, где х испытывает изменения от 2 до 0.
На рис. 1.3 условнопоказана двумерная переходная область откристаллической структуры Si к аморфной структуре SiО2. Нарушенныевалентные связи Si являются источником положительного заряда на границераздела, т.е. электронными состояниями донорного типа [1]. Валентныйэлектрон приповерхностного атома кремния являетсяслабосвязанным и легкоотрывается от атома (при больших температурах), и это приводит кповышению положительного заряда на границе раздела.

Рисунок 1.3 – Двумерная модель переходной области Si - SiО2.
1 – оборванные валентные связи Si, 2 – «мостиковый» кислород,
3 – «не мостиковый» кислород [1].
Часть экспериментальных данных показывает, что в переходном слое, кроме электронных состояний донорного типа, присутствуют состояния акцепторного типа. Присутствие донорных и акцепторных состояний объясняется взаимодействием ненасыщенных валентных связей кремния с металлическими примесями, распространёнными в оксидном слое. В ходе термического окисления кремния совершается перераспределение растворённых в ней примесей. Отдельные атомы примеси вводятся в растущий окисный слой, нарушая его электронейтральность, прочие диффундируют к новым положениям в кремний. Главным параметром, управляющим процессом перераспределения примесей, считается коэффициент сегрегации (?) равный отношению коэффициентов диффузиипримеси в Si и в SiО2 [2]. При ? < 1растущий слой SiО2 отталкивает примесьи её концентрация в Si в области, прилегающей к SiО2 , увеличивается, при ? > 1примесь, находящиеся  в приповерхностных слоях Si, втягиватеся в слойSiО2 и её концентрация в Si уменьшается [1].
2.2 Диоксид кремния
Почти во всех формах SiО2 основная структурная единица представляет собой тетраэдр SiО4, в котором каждый атом кремния окружен 4-мя атомами кислорода (рис. 1.4).







Рис. 1.4. Тетраэдр SiО4 — основная структурная единица различных кристаллических форм диоксида кремния
Локальный тетраэдральный атомный порядок, с углом связи 109° между О-Si-О, который сохраняется во всех формах SiО2 будь то кристаллический, стекловидный либо аморфный [3]. Аморфный SiО2 обладает локальной тетраэдральной связью. Объединение структурных тетраэдров при образовании твердого вещества обеспечивается за счет связи, которая происходит при конкретных углах тетраэдров. Это регулярно меняющийся угол связи (обычно изменяется от 120° до 180°) формирует непрерывную неупорядоченную структуру для аморфного SiО2. Аморфные пленки, выращиваемые термическим окислением, в основном стехиометричны по составу, за исключением приграничных с полупроводником областей [3].

2.3 Электрофизические характеристики границы Si /SiО2
Определяющую роль в работе приборов, созданных на основе структур Si – SiО2 являются электрофизические характеристики границ раздела.
1. Плотность поверхностных состояний на границе раздела, которые определяются как энергетические уровни в запрещенной зоне, способные обмениваться зарядом с полупроводником в течение малого времени. Поверхностные состояния нейтральны в отсутствии поля, а при приложении напряжения заряжаются противоположно, экранируя внешнее воздействие;
2. Фиксированный заряд, который локализуется вблизи поверхности полупроводника, неспособен перемещаться под действием приложенного электрического поля;
3. Заряд подвижных ионов, например, ионов натрия, способен перемещаться в диэлектрике при термополевом воздействии;
4. Генерационно – рекомбинационные характеристики.
Свойства полупроводниковых приборов определяются характером электронных процессов, проходящих в оксидных слоях и в области межфазной границы. Данные процессы воздействуют на пространственное распределение и знак встроенного заряда, насыщенность и энергетическое распределение поверхностных состояний, величину пробивного напряжения, то есть на основные характеристики структур. Границы раздела полупроводник/диэлектрик образуются при продолжительных температурных обработках поверхности полупроводника.
В настоящее время принята созданная на основании исследования структур Si– SiО2 следующая классификация зарядов (рис. 1.5).

Рисунок 1.5 – Название и расположение зарядов в термическиокисленном кремнии [4].
1. Фиксированный заряд в оксиде – Qf.
Не изменяется при приложении внешнего электрического поля. Локализован в узкой области границы Si/SiО2. Обладает положительным знаком, плотность данного заряда составляет 1010 ? 1012см-2, зависит от способаокисления [2]. Располагается в оксиде, существенно выше дна зоны проводимости кремния.
2. Подвижный ионный заряд – Qm.
Активируется термополевым воздействием. Обусловлен присутствием в полученных термическим окислением кремния слоях SiО2 положительнозаряженных ионов щелочных металлов Li+, Na+, K+ и, возможно ионов H+распределенных пообъему оксида [5].
3. Поверхностный заряд – Qit.
Представляет собой заряд электронных состояний, которые локализованы на границе раздела Si/SiО2 и энергия которых лежит в глубине запрещенной зоны [4]. Именно этот заряд называется поверхностными быстрыми состояниями, пограничными состояниями и др., он способен быстрообмениваться зарядом собъемом кремния, а его зарядовое состояние зависит от величины поверхностного потенциала [2]. ПС характеризуются избыточными атомами кремния (трехвалентным кремнием), избыточным кислородом или примесными атомами [4]. Можно выделить три основных типа поверхностных состояний: первый – как следствие самого процесса окисления – обусловлен,структурными дефектами границы раздела Si/SiО2; второй возникает при различных ионизирующих облучениях; третий определяется присутствием на границе металлических примесей [2].
4. Заряд, захваченный в оксиде – Qоt.
Возникает при инжекции горячих носителей заряда. Может быть положительным либоотрицательным в зависимости от типа носителей заряда, захваченных на ловушки, образованные в объеме оксида в ходе его формирования. Кроме того,отрицательный захваченный заряд расположен по всей толщинеоксида [2]. Величину заряда можно установить по значению напряжения плоских зон (VFB) высокочастотной (измеренной на частоте 1 МГц) вольт-фараднойхарактеристики МОП–структуры. Однако при этом получают суммарный эффективный заряд Qeff, в который входят все виды зарядов. В литературе под ним обычно подразумевают фиксированный заряд.
Диоксид кремния может быть получен разными методами, и в зависимости от метода получения он станет обладатьопределенными свойствами. При формировании МОП–структур SiО2 как правило получают способом термического окисления кремния. При этом выходит аморфный диоксид кремния, в котором попадаются локальные атомные конфигурации, свойственные кристаллическим формам диоксида кремния.
2.4 Дефекты на границе раздела Si/SiО2
Термическое окисление монокристаллического кремния приводит кобразованию дефектов вблизи границы Si/SiО2, которые получилинаименование Рb-центры [5]. Они локализованы на кремниевой поверхности у границы раздела Si/SiО2 и являются состояниями с двумя типами электронных переходов в запрещенной зоне кремния, эти данные получены исследованием по электронному парамагнитномурезонансу (ЭПР). Поверхностная локализация Рb–центров вблизи границы Si/SiО2была полностью доказана исследованиями взаимодействияРb–орбиталейс электронами и дырками, притягиваемыми к границе раздела под воздействиемположительного или отрицательного напряжения смещения [6]. На рис. 1.7 [6] ссхематичнопредставленаструктура и расположение Рb–центров на окисленных кремниевых пластинах для 3-хосновных случаевориентации: (111), (110), (100).

Рисунок 1.7 – Структура и расположение Рb–центров на окисленных кремниевых пластинах (111), (110) и (100) [6].
Видно, что при ориентации (100) наблюдается два типа Рb–центров: Рb0и Рb1. Рb0 – принятообозначать как Si ? Si•. Этот тип дефекта соответствует (111)- и (110)-поверхности. Рb1 – соответствует случаю, когда одна из трех связей дефектообразующего атома кремния меняется на связь с атомом кислорода, создавая при этом, фрагментарноокисленный Рb–центр, который обозначается – Si2О ? Si•. Рb0 и Рb1 – центры не обладают аналогамисреди дефектов в объеме кремния и SiО2.
С точки зрения влияния Рb–центров на характеристики прибора значимым обстоятельством считается то, что эти дефекты пассивируются водородом.
В начале 1990-х годов возникла ЭПР–техника, которая дала возможность благополучно изучить устройства не очень больших размеров. Эта техника получиланазвание спин-зависимая рекомбинация или электрически детектируемый магнитный резонанс. Эта техника позволила определить, чтоРb–центрысоздаются в устройствах во время инжекции горячих носителей при низких значениях напряжения на затворе Vg [7].
2.5 Дефекты в объеме SiО2
При инжекции электронов в подзатворный окисный слой n-канального MОП-транзистора при низком напряжении смещения на затворе Vg в объеме SiО2 образуются ловушки с достаточно большим сечением захвата (10-14 ? 10-15 см2) [8]. Ловушки в SiО2 создаваемые в результате инжекции горячих носителей при положительном и отрицательном напряжениях на затворе Vgимеют аналогичные электрические свойства [8].
Эти ловушечные центры формируются в результате оборванных связей в объеме SiО2 и вблизи границы раздела SiО2/Si. Наиболее распространенными дефектами подобного типа являются так называемые E'-центры, или кислородные вакансии (О3 ? Si - Si ? О3), которые могут создаваться в результате инжекции горячих носителей при низких уровнях Vg [7].
Процесс превращения кислородной вакансии в активный E'-центр описывается в соответствии с FFY-моделью (FFY – Feigl, Fоwler, Yiр). Согласной этой модели не спаренный электрон локализуется у одного из атомов кремния, а не объединяется. При этом другой атом Si оказывается положительно заряженным ионом и уменьшает свою энергию, частично распределив ее между тремя соседними атомами кислорода. После захвата дырки и образования положительного заряженного E'-центра, он начинает работать в качестве кулоновского притягивающего электроны центра (электронная ловушка) [7]. Если такой активный E'-центр захватывает электрон, то он превращается в кислородную вакансию [7].
В SiО2 так же присутствуют дефекты, обусловленные наличием примесных атомов, попадающих в SiО2 при проведении технологических операций или специально вводимые в качестве легирующих атомов. Такими дефектами являются BОHС-центры (bоrоn-оxygen-hоle-сenters) и РОHС-центры (рhоsрhоrus-оxygen-hоle-сenters), которые проявляют себя в качестве спин–активных центров в результате появления не спаренных электронов у атомов кислорода, непосредственно связанных с атомами бора и фосфора [7]. Дырки весьма эффективно захватываются в SiО2, легированном как бором, так и фосфором, а электроны более эффективно захватываются при легировании бором.
2.6 Процессы накопления заряда в структурах Si/SiО2 при радиационном облучении
Ключевыми эффектами, образующимися в МОП-структурах в следствии влияния ионизирующего излучения, считаются накапливание положительного заряда в  диэлектрике и рост плотности поверхностных состояний в области границы полупроводник—диэлектрик. При облучении МОП-транзистора  ионизирующим излучением возникают электронно-дырочные пары, генерирование каковых устанавливает почти все дозовые эффекты. Образованные носители активизируют встраивание заряда в диэлектрике и на границе раздела полупроводник—диэлектрик, что приводит к деградации полупроводникового прибора и интегральных схем.
Ход образования положительного заряда в диоксиде кремния излагается с помощью ионизационной модели. В соответствии с данной моделью, при облучении в объеме диэлектрика образуются электронно-дырочные пары. Доля из них рекомбинирует, остальные разделяются. Электроны подвижнее дырок иони быстро покидают диэлектрик, а дырки захватываться на ловушки которые есть вдиэлектрике, заряжая их положительно.
В ряде российских трудов исследовалось воздействие разных типов ионизирующих излучений на заряд структуры Si/SiО2 в зависимости отспособа выращивания диоксида кремния, вида подложки и условий обработки. В следствии была предложена «двухслойная» модель созданиязаряда, которая принимает во внимание формирование заряженных центров в приповерхностной области полупроводника. Так как прирадиационной обработке отмечается компенсация проводимости n- и р-кремния, то можно полагать, что в приповерхностной области n-кремния в большей степени включатся акцепторные центры, в р-кремнии — донорные.
Следовательно, знак и величина общего заряда структуры Si/SiО2 станут устанавливаться в случае р-кремния суммой зарядов в оксиде и в приповерхностной области полупроводника, а в случае n-кремния — их разностью.
Механизм деградации устройства показан на рис. 1.8. Тут представлена зонная диаграмма МОП-структуры для конденсатора с р-подложкой при подаче положительного смещения на затвор.
После создания электронно-дырочных пар большая часть электронов стремительно дрейфует (в течение пикосекунд) по направлению к затвору, а дырки направлются к границе Si/SiО2. Но часть электронов все же рекомбенирует с дырками. Электронно-дырочные пары которые избежали рекомбинацию, называют электронно-дырочным выходом (выходом электронно-дырочных пар). Дырки передвигаются по оксиду в направлении границы Si/SiО2, перескакивая по состояниям локализованным в оксиде. При приближении к границе часть дырок захватывается, создавая положительный интегрированный заряд оксида. При «перескакивании» дырок по оксиду или при их захвате возле границы Si/SiО2 высвобождаются ионы водорода (протоны). Данные ионы могут дрейфовать в направлении границы Si/SiО2 и входить тут в реакции образуя поверхностные ловушки.


Рис. 1.8. Зонная диаграмма МОП-конденсатора с положительным смещением на затворе, иллюстрирующая основные процессы радиационно-индуцированной генерации заряда

Помимо зарядов в диэлектрике и на поверхностных ловушках, возникающих в подзатворных оксидах, встраивание заряда вдобавок будет осуществляться и в иных оксидах, в том числе в полевых оксидах и встроенных оксидах в КНИ-структурах. Радиационно-индуцированное встраивание зарядов в подзатворных, полевых и встроенных оксидах может послужить причиной деградации устройств и отказу микросхемы. Интегрированный в подзатворном оксиде положительный заряд способен обращать область канала и послужить причиной появления тока утечки в выключенном состоянии. Это приведет к увеличению постоянного тока потребления ИС, а кроме того может спровоцировать отказ ИС. Таким образом положительный заряд, захваченный в оксиде, способен спровоцировать существенное увеличение статического тока потребления ИС в следствии появления  каналов утечки в транзисторе. В реальности для нынешних ИС с весьма тонкими подзатворными оксидами радиационная деградация как правило обусловливается радиационно-индуцированным встраиванием заряда в полевых и встроенных оксидах. Значительная концентрация поверхностных состояний способна послужить причиной к уменьшению подвижности носителей заряда и увеличению порогового напряжения n-канального транзистора. В следствии уменьшается быстродействие транзисторов и ухудшаются временные характеристики ИС.


2.7Характеристики МОП-структур 
При подаче напряжения на затвор (например, положительного при nпроводимости) ток на стоке возрастает до определенного значения-тока насыщения, когда электроны не способны переносить больший заряд (рис. 1.9). 

Рис. № 1.9 ВАХ(вольт-амперная характеристика) МОП-структуры
При напряжении стока, равном напряжению пробояпроисходит пробой стокового перехода за счёт прокола канала. Происходит сквозное перекрытие канала объёмным пространственным зарядом, который создаёт сильное прожекцию электронов из истока. Зависимость тока стока от напряжения стока при различных напряжениях затвора, соответствующая изложенному механизму работы полевого транзистора, приведена на рис. 1.10. 

Рис. 1.10. Зависимость тока стока от напряжения стока ГдеIc нас- ток насыщения, а Uзи- напряжение на затвор/исток. Часть кривой выше тока насыщения обозначают ток пробоя.
В зависимости от величины и направления электрического поля (величины и знака напряжения на затворе МОП-структуры относительно подложки) состояния поверхности полупроводника имеют следующие состояния: состояние аккумуляции(обогащения), обеднения и инверсии типа проводимости поверхности (рис. 1.11).

Рис 1.11 Зонные    диаграммы идеальной МОП-структуры при напряжении на затворе не равным 0.
а) режим аккумуляции (обогащения): ОНЗ(основные носители заряда) притягиваются полем к поверхности, поверхность обогащается ОНЗ;
б) режим обеднения: ОНЗ оттесняются полем с поверхности в объём, их концентрация уменьшается;
в) режим инверсии: тип поверхностной проводимости изменяется на противоположный, поверхностный слой р-полупроводника становится n-типаи наоборот.
3. Влияние радиации на характеристики Si/SiO2
Влияние ионизирующего излучения (ИИ) на МОП-структуры проявляется за счет ионизационных процессов на границе раздела Si/SiO2и в самом диэлектрике. Это приводит кнакоплению заряда в диэлектрике и увеличению плотности поверхностных состояний.
Влияние ИИприводит к изменению вольт-фарадных и вольт-амперных характеристик устройств (рис. 1.12).

Рис 1.12 Вольт-фарадные характеристики, измеренные на МОП-конденсаторах с n-подложкой до облучения и спустя 2,2 с после воздействия импульса ионизирующего излучения дозой 1Мрад (Si)[9]
В следствии ионизации происходитповышение плотности поверхностных состояний на границе раздела Si/SiO2при облучении. В процессе ионизации в диэлектрике происходит образование электронно-дырочных пар. При образованииэлектронно-дырочных пар происходит образование новых поверхностных состояний. В началедыркизахватываются на уровни напряженных связей или ионы примесей (водород, натрий и др.), а потом происходит переход атомов из локального в более глубокий минимум свободной энергии вследствие теплового возбуждения, а также дрейф положительных ионов (Н+) к границе раздела Si/SiO2, где возникают дефекты типа трехвалентного кремния. В результате обоихпроцессов образуются дефекты типа псевдовакансий.

4. Испытания изделий полупроводниковой электроники на радиационную стойкость, их виды и способы проведения
Понятие ”радиационная стойкость“ подразумевает, что, несмотря на получаемую прибором дозу радиации, его характеристики сохраняются в необходимом интервале значений.
По своим целям радиационные испытания изделий полупроводниковой электроники (ИПЭ) делятся в аттестационные, необходимые для установления либо подтверждения требований по радиационной стойкости на разрабатываемые или массово выпускаемые устройства, и определительные, связанные с получением справочных данных по радиационной стойкости устройств, т.е. зависимости ключевых радиационно чувствительных характеристик изделий от характеристик воздействующих радиационных факторов, в первую очередь  флюенсов, доз и мощностей доз излучений.
Обычно, названные испытания ведутся на моделирующих установках (МУ), которые представляют собой источники радиационных воздействий, имеющих такую же либо близкую физическую природу и характеристики с радиационными факторами, которые действуют на устройство в настоящих условиях эксплуатации.
Иногда при испытании применяются имитирующие установки (ИУ), т.е. источники воздействий различные по природе, но которые обеспечивают такие же эффекты в устройстве, как и порождаемые воздействием радиационных факторов в настоящих условиях эксплуатации продуктов.
Имитационные испытания необходимо осуществлять, когда невозможно использовать МУ, а так же при отработке методик аттестационных испытаний в части подбора параметров-критериев стойкости, режимов и условий испытаний, при проверке применяемых технологических, конструктивно-топологических, схемотехнических и функциональных решений, нацеленных на уменьшение радиационной восприимчивости изделий в процессе их разработки, при проведении периодических испытаний в условиях непостоянного изготовления и производства продуктов небольшими партиями.
4.1 Испытания изделий полупроводниковой электроники на радиационную стойкость в условиях ядерного взрыва
При испытаниях имитирующих воздействие ядерного взрыва (ЯВ) учитывают влияние трех составляющих ЯВ: короткого импульса гамма излучения(характеризуется мощностью дозы), более длительного воздействия гамма излучения(характеризуется дозой и состоит из вторичной и осколочной состовляющих) и импульса нейтронов, главной чертой которого является флюенс.
Имитация влияния короткого гамма-излучения ЯВ реализуются при помощи импульсных рентгеновских установок и линейных сильноточных ускорителей электронов. Полное совпадение спектрально-энергетичиских характеристик и излучений ЯВ и МУ в данном случае не обязательно, так как реакция ИПЭ определяется только продолжительностью импульса и мощностью дозы.
Имитация влияния вторичного и осколочного гамма-излучения ЯВ ведется на гамма-установках с закрытым источником, обычно это кобальт-60 либо цезий-137. Кобальт-60 с энергией гамма-квантов 1.17 МэВ и 1.33 МэВ больше подходят для имитации гамма излучения ЯВ (для сравнения, у цезия-137 энергия составляет 0.661 МэВ), но если на МУ обеспечивается такая же доза, что и при ЯВ, то несоответствие энергий не влияет на результаты испытаний. Отличия могут возникать из-зи того, что при ЯВ данная доза набирается гораздо быстрее чем на МУ. Это отличие очень заметно (для МДП-структур) и учитывается в методиках испытаний ИПЭ.
Имитация влияния импульса нейтронов ЯВ реализуется на импульсных ядерных реакторах на быстрых нейтронах. Энергии нейтронов ядерного реактора- 1.4 – 1.5 МэВ, а значит амплитудно-временные характеристики МУ подобны  характеристикам ЯВ, некоторые отличия учитываются в разработке методов испытаний.
Имитация воздействия излучений ядерных установок можно реализовать на реакторах работающих в стационарных режимах. Но большинство таких реакторов- это реакторы на тепловых нейтронах, что приводит к огромной наведенной радиоактивности на ИПЭ и затрудняет работу с устройствами после испытаний. Поэтому, для испытаний применяют те же реакторы, что и при моделировании излучений ЯВ, и гамма-установки с радионуклидными закрытыми источниками излучения, а разницу в спектрально-энергетических характеристиках реакторов принимают во внимание в методиках испытаний.
4.2Испытания изделий полупроводниковой электроники на радиационную стойкость в условиях космического излучения
Влияние на ИПЭ электронной, протонной составляющих космического излучения и тяжелых заряженных частиц (ТЗЧ) моделируют на ускорителях электронов для электронной составляющей, на ускорителях протонов для протонной составляющей и на ускорителях тяжелых ионов для имитации воздействия ТЗЧ.
В ускорителях электронов или бета установках, которые так же могут быть использованы при исследовании воздействия электронной составляющих на ИПЭ, используют источник на основе иттрий-90 - стронций-90 со средней энергией 0.7?1.1 МэВ и максимальной энергией 2МэВ. Энергетический спектр электронного излучения космического пространства не имеет ничего общего с энергией электронного ускорителя , но данные отличия предусмотрены в методиках испытаний с помощью определенных коэффициентов эквивалентности воздействия излучений.
При применении ускорителей протонов необходимо принимать во внимание различие энергетическихспектров протонов космического пространства от моноэнергии ускорителей протонов и большую разницу в плотностях потоков излучения, так какускорители протонов, так же как и ускорители электронов, функционируют в импульсном режиме.
В случае исследования влияния ТЗЧ космического пространства на ИПЭ используются ускорители тяжелых ионов или облучение осколками деления калифорния-252, со средними массами 106 и 142 атомные единицы массы и средними энергиями 103 и 79 МэВ. Величины линейной передачи энергии (ЛЭП) для них равны 40-45, а пробеги в кремнии составляют ? 15 мкм.
В таблице 3 показаны данные для тяжелых ионов, используемых при испытаниях ИПЭ на ускорителях заряженных частиц.

Таблица 3
Ион
Энергия, МэВ
Пробег в кремнии, мкм
Начальная ЛПЭ, МэВ/((мг/?cм?^2))
Fe
260
52
48
Kr
150
22
40
Ar
160
41
15
О
150
179
2.3
Au
180
20
68
Ni
255
41
26.8
I
300
29
61

4.3 Особенности проведения имитирующих испытаний на радиационную стойкость ИПЭ
Испытания на МУ считаются дорогостоящими из за трудности и большой стоимости моделирующих установок, а кроме того потребности привлечения для их обслуживания большого количества квалифицированного персонала. По этой причине в ряде случаев, о которых упоминалось прежде, рационально использовать имитационные испытания ИПЭ, которые ведутся на более простом в обслуживании оборудовании.
Например: эффекты подобные тем, которые имеют место в ИПЭ при воздействии на него короткого импульса гамма-излучения можно моделировать с помощью воздействия на ИПЭ импульсного лазерного облучения с длиной волны 1.06 - 1.08 мкм. Это позволит формировать заметную ионизацию в кремнии и проникать излучению в объем ИПЭ. При этом необходимо обращать внимание на то, чтобы поверхность кристалла не притенялась компонентами конструкции изделия, т.е.  крышку корпуса следует заранее убрать. Для имитации радиационных поверхностных эффектов в ИПЭ, зависящих от общей дозы  ионизирующего излучения можно применять рентгеновские установки с ускоряющим напряжением на трубке в диапазоне 10 ? 50 кВ, который выбирается из соображений достаточной проникающей способности квантов излучения (нижний предел) и сравнительно простой защиты от рентгеновского излучения (верхний предел). Для корпусных ИПЭ рационально удалять верхнюю крышку корпуса, чтобы снизить поглощение рентгеновского излучения в элементах конструкции корпуса.
С помощью ?-излучения закрытых источников возможно моделирование нарушений в изделиях полупроводниковой электроники при воздействии нейтронов ЯВ, электронов и протонов космического пространства. Для данной цели лучше всего подходит источник на основе Pu-238, т.к. в нем благодаря ?-распаду образуются частицы с пробегом в кремнии 20 ? 25 мкм, т.е. способные проникать в активные области структур большей части изделий полупроводниковой электроники. Данные испытания проводятся на изделиях полупроводниковой электроники с удаленной верхней крышкой либо напрямую на пластинах с изделиями полупроводниковой электроники
При аттестационных испытаниях изделие признается выдержавшим испытание, если параметры-критерии стойкости, уменьшающиеся при воздействии радиационных факторов, удовлетворяют соотношению:
П(Rни)-k(n,Р, ?)?П?Пгр,                                         (1.5)
а параметры-критерии стойкости, увеличивающиеся при воздействии радиационных факторов, удовлетворяют соотношению:
П(Rни)+k(n,Р, ?)?П?Пгр, (1.6)
где П(Rни)-среднее значение параметра при воздействии радиационного фактора с уровнем Rни, соответствующим норме испытаний;
?П – среднее квадратичное отклонение этого параметра;
k – толерантный коэффициент, который определяется в зависимостиот числа испытуемых образцов n, вероятности Рсохранения параметров в пределах установленных в технической документации на изделие норм Пгр и степени доверия ?. Величины k в зависимости от n, Р, ? приведены в таблице 4.

Норма испытаний Rни представляет собой уровень влияния радиационного фактора МУ, обеспечивающий аналогичные настоящим условиям изменения характеристик продуктов и определенный с учетом различий амплитудно-временных и спектрально- энергетических характеристик моделирующей установки и реальных условий, а также погрешности дозиметрии на МУ. Таким образом, к примеру, норма испытаний при проведении испытаний на воздействие импульса нейтронов ЯВ Фn ни устанавливается соответствующим образом:
                                               (1.7)
где Фптр - уровень требований (флюенс нейтронов) по воздействию нейтронов ЯВ, указанный в технической документации на изделие;
kэф n – коэффициент относительной эффективности воздействия нейтронов моделирующей установки посравнению с воздействием нейтронов ЯВ по необратимым структурным повреждениям;
?доз – относительная погрешность дозиметрии МУ.
Таким же образом устанавливается норма испытаний на воздействие гамма-излучения ЯВ,но коэффициент kэф ?должен учитывать относительную эффективность влияния гамма-излучения МУ посравнению с влиянием гамма-квантов ЯВ по ионизационным эффектам с учетом импульсного характера излучения ЯВ и стационарного действия излучения МУ.
Нормы испытаний на воздействие электронного и протонного излучений космического пространства, помимо учета относительной эффективности, связанной сразличной энергией излучений МУ и реального диапазона излучений в космическом п.......................