The new approach of a simulation low dose rate radiation effects in bipolar integrated circuits

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The model is proposed to explain the effects of low dose rate under the radiation influence in bipolar structures, taking into account the effects of subthreshold displacement in high-doped silicon layers. The base current degradation of bipolar transistor is determined of surface and displacement radiation effects in the near-surface base area. The conditions for the enhanced low dose rate sensitivity (ELDRS) in bipolar structures are shown. The presented results of the analysis allow us to explain most of the observed experimental results.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. I. Chumakov

National Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute), Moscow JSC Specialized Electronic Systems

Author for correspondence.
Email: aichum@spels.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. Nowlin R.N. et al. Hardness assurance and testing issues for bipolar/BiCMOS devices // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1993. V. 40. No. 6. P. 1686–1691.
  2. Ionizing radiation effects in MOS devices and circuits / Ed. Ma T.-P., Dressendorfer P. V. New York: John Wiley&Sons, 1989. 608 p.
  3. Adell P.C., Boch J. Dose and Dose-Rate Effects in Micro-Electronics: Pushing the Limits to Extreme Conditions // 2014 IEEE NSREC. Short Course Notebook “Radiation Environments and Their Effects on Devices From Space to Ground”. Paris, France, 2014. P. II-1—II-102.
  4. Belyakov V.V. et al. Methods for the prediction of total-dose effects on modern integrated semiconductor devices in space: a review // Russian Microelectronics. 2003. V. 32. No. 1. P. 25–38.
  5. Pershenkov V.S., Skorobogatov P.K. Ulimov V.N. Dose effects in modern microelectronics products: Tutorial. NRNU MEPhI, 2011172 p. [in Russian].
  6. Pershenkov V.S. Dose effects in microelectronics products under irradiation // Radiation Hardness of electronic components / Ed. by. Chumakov A. I. NRNU MEPhI, 2015. 512 p. [in Russian]. P. 93–130.
  7. Pease R.L. et al. ELDRS in Bipolar Linear Circuits: A Review // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2009. V. 56. No. 4. P. 1686–1691.
  8. Fleetwood D.M. et al. Physical mechanisms contributing to enhanced bipolar gain degradation at low dose rates // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1994. V. 41. No. 6. P. 1871–1883.
  9. Fleetwood D.M. et al. Radiation effects at low electric fields in thermal, SIMOX, and bipolar-base oxides // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1996. V. 43. No. 6. P. 2537–2546.
  10. Rashkeev S.N. et al. Physical model for enhanced interface-trap formation at low dose rates. // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2002. V. 49. No. 6. P. 2650–2655.
  11. Pershenkov V.S. et al. Conversion model of enhanced low-dose-rate sensitivity for bipolar ICs // Russian Microelectronics. 2010. V. 39. No. 2. P. 91–99.
  12. Chumakov A.I. Space Radiation Effects in ICs. Moscow: Radio I Svyaz, 2004. 320 p. [in Russian].
  13. Vavilov V.S., Kiselev V.N., Mukashev B.F. Defects in silicon and on its surface. Moscow: Nauka, 1990. 216 p. (in Russian).
  14. Yemtsev V.V., Mashovets T.V. Impurities and point defects in semiconductors. Moscow: Radio I Svyaz, 1981. 248 p. [in Russian].
  15. Alyoshina L.A. The structure of amorphous materials and the nature of defects in them. Electronic Tutorial. PetrSU2016 [in Russian].
  16. Vavilov V.S., Kekelidze N. P., Smirnov L. S. The effect of radiation on semiconductors: Tutorial. Moscow: Nauka, 1988. 182 p. [in Russian].
  17. Sze. S.M. Physics of Semiconductor Devices. Second Edition. John Wiley and Sons Ltd, 1981.
  18. Pershenkov V.S. et al. Calculation of surface recombination current in bipolar microelectronic structures subjected to ionizing radiation // Russian Microelectronics. 2009. V. 38. No. 1. P. 17–29.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Formation of subthreshold radiation defects in the highly doped region of the emitter: 1 – diffusion of primary RDs; 2 – creation of stable RDs; 3 – annihilation of primary RDs; ⚫ – interstitial site; ◯ – vacancy; ⊕ – nucleus of an atom of the crystal lattice.

Download (47KB)
3. Fig. 2. Changes in the average concentration of primary RD at different irradiation intensities for a sensitive region with a width of 0.2 μm

Download (79KB)
4. Fig. 3. Changes in the distribution profiles of primary RDs at the end of irradiation for different intensities.

Download (80KB)
5. Fig. 4. Possible changes in the increment of the total base current with different ratios between its components.

Download (84KB)
6. Fig. 5. Comparison of calculated and experimental values ​​of changes in the base current during irradiation with different intensities: a – input current of the operational amplifier LM108A; b – input current of the comparator LM111, irradiation at T = 90°C [5].

Download (185KB)

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».