硅双极晶体管中辐照协同效应的起源:综述

硅双极器件在混合电离与位移辐照下的实际损伤通常由分离的电离损伤与位移损伤之和来评估。然而,近期实验表明实际损伤与求和损伤间存在明显差异,显示出显著的辐照协同效应 (ISEs)。理解 ISEs 的行为与机制对于预测实际损伤至关重要。本工作中,我们首先简要综述该领域现状,重点指出以往模型在理解 ISEs 的剂量率依赖性时所遇到的困难。随后我们详细介绍了解释这一基本现象的模型,可描述如下。首先,我们展示针对 PNP 与 NPN 晶体管的实验工作。采用了可变中子注量与 $\gamma$ 射线剂量装置。分别观测到 PNP 与 NPN 晶体管依赖于注量的‘tick’状与亚线性剂量剖面。其次,我们描述针对 NPN 晶体管中正 ISE 的理论研究。我们提出了 p 型硅在电离辐照下 $\rm V_2$ 位移缺陷的转化与湮灭原子模型,这完全不同于氧化层陷阱电荷与辐照硅中载流子间库仑作用的传统图像。所预测的崭新剂量与注量依赖关系被实验数据完全验证。第三,以类似于 NPN 晶体管情形的方式研究了 PNP 晶体管中观测到的负 ISE 机制。不同之处在于,n 型硅中 VO 位移缺陷同样经历电离诱导的转化与湮灭过程。我们的结果表明,由载流子增强缺陷扩散与反应导致的位移缺陷演化是 ISEs 的主导机制。