Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Влияние радиационного воздействия на структуры Si-SiC>2 (литературный обзор) 9
1.1. Природа дефектов в системе кремний - двуокись кремния 9
1.2. Воздействие ионизирующих излучений на кремниевые структуры металл-диэлектрик-полупроводник 17
1.3. Радиационная технология 31
ГЛАВА 2. Модель накопления и релаксации радиационно-индуцированного заряда 53
2.1. Физичекое описние модели 54
2.2. Математичекое описание модели 63
2.3. Анализ процессов накопления радиационно-индуцированного заряда в диэлектрике МДП-структуры 77
2.4. Термическая и туннельная разрядка 104
ГЛАВА 3. Радиационный токоперенос 110
3.1. Токоперенос под воздействием рентгеновского излучения 110
3.2. Токопренос под воздействием УФ-излучения 116
ГЛАВА 4. Моделирование радиационной технологии 126
4.1. Моделирование базового процесса рентгеновской корректировки порогового напряжения 127
4.2. Комбинирование радиационного и термического воздействий 133
4.3. Моделирование технологических процессов рентгеновской корректировки пороговых напряжений 137
Заключение 143
Список литературы
- Воздействие ионизирующих излучений на кремниевые структуры металл-диэлектрик-полупроводник
- Математичекое описание модели
- Токопренос под воздействием УФ-излучения
- Комбинирование радиационного и термического воздействий
Введение к работе
Актуальность темы.
Экспериментальные исследования и моделирование воздействия ионизи
рующих излучений на электрофизические параметры кремниевых МОП-
структур, ведущиеся с шестидесятых годов прошлого столетия, были направ
лены, главным образом, на решение проблем прогнозирования и повышения
радиационной стойкости полупроводниковых приборов и интегральных схем
(ИС). Ионизирующие излучения рассматривались как дестабилизирующие
факторы, приводящие к нарушению нормального функционирования и дегра
дации МОП-приборов. Возможность технологического использования иони
зирующих излучений для регулировки параметров МОП-структур не анализи
ровалась, поскольку считалось, что радиационно-индуцированные изменения
параметров не могут быть достаточно стабильными. Однако, такое положение,
справедливое для кремниевых МОП-структур с металлическим затвором и
беспримесным или содержащим водород оксидом кремния, перестает выпол
няться для МОП-структур с поликремниевым затвором poly-Si, легированным
фосфором, и подзатворным окислом Si02(P), также содержащим примесь фос
фора. В 80-90 годах была разработана технология прецизионной регулировки
пороговых напряжений широкого класса МОП ИС на основе таких структур,
использующая мягкое (-10 keV) рентгеновское и ближнее (< 6 eV) ультрафио
летовое (УФ) излучения для формирования заряда с достаточной термополе-
вой стабильностью в слоях Si02(P) [Microelectronics Reliability 41 (2001) 797,
Микроэлектроника 31 (2002) 408]. Эксперименты показали, что стабильный
радиационно-индуцированный заряд связан с наличием примеси фосфора в
подзатворном слое двуокиси кремния и не может быть сформирован в беспри
месном окисле. Дальнейшие разработки технологических процессов с исполь
зованием ионизирующих излучений, решение проблем оценки радиационной
стойкости МОП ИС, создание дозиметров на их основе, потребовали количе
ственного описания процессов накопления и релаксации радиационного заряда
в МОП структурах с учетом глубоких ловушечных уров* _ _____
тров в окисном слое, что определяет актуальность данной работки-."; и<у!р_И>НАЯ I
Цель работы состояла в моделировании ро""0"і^цц-^'у-^ффр|утруу^||^|- ; ^ турах металл-диэлектрик-полупроводник с глубокими ловушечными уровнями в широкозонном материале, обеспечивающем количественное описание ос-
4 новных закономерностей воздействия ионизирующих излучений на структуру
/>o(v-Si-Si02(PbSi-
В соответствии с целью работы были сформулированы следующие задачи исследования.
-
Построение модели МОП-структуры с ловушечными уровнями в окисном слое и поверхностными состояниями на границе окисла с полупроводником и математическое описание воздействия ионизирующих излучений на такие структуры.
-
Количественное описание кинетики накопления и релаксации радиационного заряда в МОП-структуре с двумя типами ловушечных уровней в окисном слое и поверхностными состояниями на границе окисла с полупроводником.
-
Моделирование процессов токопереноса в структурах po/y-Si-Si02(P)-Si при УФ и рентгеновском облучениях.
-
Моделирование процессов корректировки пороговых напряжений структур po/y-Si-Si02(P)-Si радиационно-термическими воздействиями с использованием рентгеновского и УФ излучений.
На защиту выносится:
1. Модель МОП-структуры с двумя ловушечными уровнями, учитывающими наличие собственных ("мелких") и примесных ("глубоких") дефектов в окисле, позволяет адекватно описать радиационно-термические эффекты в структурах po/y-Si-Si02(P)-Si.
2 Количественное описание токопереноса, накопления и релаксации заряда в облучаемой структуре /?o/y-Si-Si02(P)-Si возможно на основе численного решения единой системы уравнений, учитывающей процессы радиационной генерации пар носителей, надбарьерную эмиссию электронов, захват и рекомбинацию носителей через ловушечные уровни, термическое и туннельное опустошение ловушек.
3. Полевые и спектральные характеристики фотоэмиссионных токов, протекающих в структурах po/y-Si-Si02(P)-Si при УФ облучении, позволяют анализировать пространственное распределение накопленного радиационного заряда в окисле.
4 Полевые зависимости тока, протекающего в структурах /?o/y-Si-Si02(P)-Si под воздействием низкоинтенсивного рентгеновского излучения, позволя-
ют обнаружить электрически нейтральные дефекты в объеме окисла. 5. Численное моделирование накопления и релаксации радиационного заряда в МОП-структурах с двумя ловушечными уровнями обеспечивает количественное описание процессов корректировки пороговых напряжений структур poly-Si—Si02(P)-Si радиационно-термическими воздействиями с использованием рентгеновского и ультрафиолетового излучений.
Научная новизна.
1. Впервые проведено моделирование воздействия ионизирующих излучений
на зарядовые характеристики МОП-структур с учетом глубоких примесных
уровней в окисле и дано количественное описание формирования радиаци
онного заряда в МОП-структурах с глубокими уровнями собственных и
примесных дефектов в окисле, существенно отличающимися по энергии ак
тивации.
2 Установлены основные закономерности формирования термически стабильного заряда в кремниевых МОП-структурах с примесными дефектами в окисле, включая усиление этого эффекта при высокотемпературном рентгеновском облучении и обратимость при рентгеновском и УФ облучениях.
3. Дано количественное описание токопереноса в МОП-структурах с дефектами в окисле под воздействием рентгеновского и УФ излучений и показана возможность обнаружения электрически нейтральных дефектов и анализа пространственного распределения локализованного заряда в окисле по полевым зависимостям радиационно-индуцированного тока.
Практическая значимость результатов работы.
1 Доказана возможность управления поверхностным потенциалом полупроводника в кремниевых МОП-структурах с глубокой донорной примесью в окисле за счет контролируемого изменения термически стабильного заряда в оксиде кремния при радиационно-термических воздействиях и обоснована предложенная ранее радиационная технология корректировки пороговых напряжений МОП-приборов и ИС с использованием рентгеновского и УФ излучений в качестве технологических воздействий.
2. Установлена возможность использования низкоинтенсивного мягкого рент
геновского излучения и ближнего УФ излучения в качестве тестирующих
воздействий для анализа дефектности МОП-структур по полевым зависи-
мостям радиационно-индуцированного токопереноса. 3. Разработанные модели МОП-структур с глубокими уровнями разной энергии активации в окисле, система уравнений, описывающая воздействие ионизирующих излучений на зарядовые свойства таких структур, созданное программное обеспечение и результаты проведенного моделирования могут быть использованы в новых разработках радиационно-технологических процессов, методов исследования МОП-структур и прогнозирования радиационной стойкости МОП-приборов и ИС.
Апробация работы.
Основные результаты, представленные в диссертационной работе, докладывались на следующих конференциях: Международная научно-техническая школа-конференция «Молодые ученые - науке, технологиям и профессиональному образованию» (Москва, 2003г.), Международная научно-практическая конференция «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» (Москва, 2003 г.), Международная научно-практическая школа-конференция «Молодые ученые - 2003» (Москва, 2003 г.), X Международная научно-техническая конференция «Радиолокация, навигация, связь» (Воронеж, 2004 г.), Международная научно-техническая конференция «Кибернетика и технологии XXI века» (Воронеж, 2004 г.), LIV Международное совещание по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра «Ядро-2004» (Белгород, 2004г.), Международная научная конференция «Пленки 2004» (Москва, 2004 г.), Международная научная конференция «Тонкие пленки и наноструктуры» (Москва, 2005 г.).
Личный вклад автора. В совместных работах автору принадлежит разработка модели и описывающей её системы уравнений, создание программного обеспечения и проведение численных расчетов, а также анализ полученных результатов.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения с общими выводами и списка литературы из 160 наименований, содержит 57 рисунков и 2 таблицы. Общий объем диссертации составляет 161 страницу.
Воздействие ионизирующих излучений на кремниевые структуры металл-диэлектрик-полупроводник
Эффект накопления объемного положительного заряда в окисных слоях кремниевых МОП-структур под действием ионизирующих излучений был обнаружен более 40 лет назад [54,55]. Первые физические модели, качественно описывающие основные закономерности эффекта были предложены Гроувом, Сноу [56] и Стэнли [57]. Согласно этим моделям под действием ионизирующего излучения в диэлектрике МОП-структуры происходит генерация электронно-дырочных пар, разделение этих пар внешним электрическим полем, уход более подвижных носителей - электронов из окисного слоя в электроды и захват менее подвижных носителей - дырок на ловушечные центры в окисле. Процесс дырочного захвата продолжается до компенсации напряженности внешнего электрического поля полем радиационно-индуцированного объемного заряда Qot и прекращения разделения электронно-дырочных пар. Модели [56,57] позволили качественно объяснить экспериментально наблюдавшиеся эффект насыщения дозовой зависимости Qot(D0), где D0 полная поглощенная доза, и эффект увеличения Qot в насыщении при повышении положительного потенциала V на металлическом электроде о облучаемой МДП-структуры.
На основе модели Гроува и Сноу [56] Митчелл в работе [58] дал первое аналитическое описание накопления заряда в подзатворном диэлектрике облучаемой МДП-структуры. Согласно [58] накапливаемый при облучении дырочный заряд равен заряду электронов, ушедших из окисла: - напряженность электрического поля на границе с полупроводником, определяемая из уравнения Пуассона. Здесь G, т - темп генерации и время жизни пары, n„ - подвижность электронов, d - толщина окисла, Pt(x,t) - распределение захваченных дырок, q - заряд электрона.
Исходя из уравнений (1.2.1) и (1.2.2) Митчелл получил для конкретного распределения ловушек Pt(x)=exp(-x/xo) аналитические выражения сдвига сток-затворной ВАХ МДП-транзистора при облучении его под отрицательным и положительным потенциалами, соответственно:
Согласно уравнениям (1.2.3а) и (1.2.3Ь) сдвиг ВАХ вдоль оси напряжений возрастает на начальном участке дозовой зависимости и выходит на насыщение при больших дозах. Принципиальным недостатком модели Митчелла является то, что анализ эффекта проведен без учета микроскопических параметров центров захвата носителей.
Первые работы по численному моделированию накопления заряда в диэлектрике облучаемой МДП-структуры были выполнены Черчиллем [59-62]. Описание накопления радиационного дырочного заряда основывалось на численном решении системы уравнений, включающей уравнения непрерывности для электронов и дырок в диэлектрике:
Основным результатом, полученным Черчиллем из анализа системы уравнений (1.2.4) является вывод о том, что радиационный заряд накапливается вблизи границ окисного слоя.
Численное моделирование радиационно-индуцированных эффектов токопереноса и накопления заряда в диэлектрике проводилось Сокелем и Хьюзом [63], а также в работах [64-67].
Наряду с этим продолжались работы по аналитическому описанию обсуждаемых эффектов в различных приближениях [68-74].
В работе [73] было предложено решать уравнения непрерывности для свободных носителей в стационарном приближении, исходя из того, что установление стационарного состояния для свободных носителей происходит значительно быстрее, чем установление стационарного заполнения ловушек. При этом, уравнения (1.2.4) существенно упрощались и принимали форму:
Уравнения (1.2.5a-b) записаны с учетом только дрейфовой составляющей тока и справедливы лишь при облучении МДП-структуры под смещением Vg.
Считается, что темп генерации электронно-дырочных пар G определяется мощностью радиационной дозы D, коэффициентом генерации пар носителей kg и вероятностью разделения этих пар электрическим полем до их взаимной (начальной) рекомбинации fy(E):
Математичекое описание модели
Заряженные примесно-кислородные тетраэдры (РС 4)+ встроены в сетку SiC 2 в объеме диэлектрика и неподвижны, что обеспечивает высокую термополевую стабильность этого заряда. Такие центры не идентифицируются методом ЭПР, но проявляются по изменению зарядового состояния как глубокие донорные центры в SiC 2.
Совокупность экспериментальных данных по накоплению и релаксации радиационно-индуцированного заряда в структуре Si-Si02 с поликремниевым затвором и диэлектриком, легированным фосфором, позволяет выбрать модель, в соответствии с которой в запрещенной зоне диоксида кремния располагаются ловушечные уровни двух энергий: "мелкий" или «отжигаемый», расположенный вблизи потолка валентной зоны, и "глубокий" или «неотжигаемый», расположенный вблизи середины запрещенной зоны. Заряд, накопленный на ловушках у дна запрещенной зоны (мелких), обусловлен захватом дырок на напряженные Si - О и/или Si - Si связи [115], и может отжигаться в рабочем диапазоне температур за счет электронов из валентной зоны диоксида кремния. Заряд, на ловушках в середине запрещенной зоны (глубоких), представляет собой заряд ионизированных атомов пятивалентной примеси (фосфора), изоморфно замещающих атомы кремния в кислородных тетраэдрах, формирующих сетку стеклообразного диоксида кремния. Этот заряд не отжигается вплоть до максимальных значений неразрушающих температур.
Ловушки, соответствующие «глубокому» уровню расположены в объеме диэлектрика в ненапряженном слое SiC 2, соответствующие «мелкому» уровню — в тонких переходных слоях вблизи границы с полупроводником и поликремниевым затвором, здесь же расположены центры рекомбинации для электронов.
Ловушки, соответствующие «мелкому» уровню расположены в тонких переходных слоях вблизи границы с полупроводником и поликремниевым затвором, соответствующие «глубокому» уровню - в объеме диэлектрика в ненапряженном слое Si02. В переходных слоях расположены также центры рекомбинации для электронов
В процессе воздействия радиации в диэлектрике МДП-структуры происходит генерация электронно-дырочных пар, разделение этих пар внешним электрическим полем, уход более подвижных носителей -электронов из слоя Si02 в электроды и захват менее подвижных носителей - дырок на ловушечные центры в диэлектрике [123, 124]. Процесс дырочного захвата продолжается до компенсации напряженности внешнего электрического поля полем накапливаемого объемного заряда и прекращения разделения электронно-дырочных пар в электрическом поле.
Кроме того, в результате воздействия ионизирующего излучения на границе раздела полупроводник-диэлектрик создаются дополнительные ловушки - поверхностные состояния.
После прекращения радиационного воздействия начинается релаксация накопленного дырочного заряда, которая обусловлена туннелированием электронов из кремниевой подложки [125]. О туннельном механизме разрядки объемного радиационного заряда свидетельствует логарифмический характер временной зависимости его релаксации [126, 127]. Наряду с изменением объемного заряда происходит уменьшение плотности индуцированных радиацией ПС на границе раздела полупроводник-диэлектрик [128, 129].
При достаточно высоких температурах релаксация положительного заряда в диэлектрике может происходить и за счет термоэмиссии захваченных дырок в валентную зону [130]. Однако процессы термоэмиссии идут лишь на уровне «мелких» ловушек. Заряд, накопленный на уровне «глубоких» ловушек остается неизменным при воздействии повышенной температуры.
Воздействие на облученную структуру ближнего УФ-излучения с энергией квантов меньше ширины запрещенной зоны вызывает инжекцию фотоэлектронов в подзатворный окисел и приводит к нейтрализации накопленного ранее положительного заряда. Кроме того, подобное воздействие приводит к протеканию через диэлектрик фотоэмиссионного тока.
Токопренос под воздействием УФ-излучения
Облучение МДП-структуры УФ излучением с энергией меньше ширины запрещенной зоны S1O2, вызывает протекание надбарьерного фотоэмиссионного тока через диэлектрик МДП-структуры. Это обусловлено генерацией УФ излучением электронов с энергией, достаточной для преодоления потенциального барьера на границах раздела «металл-диэлектрик» и «диэлектрик-полупроводник». Этот барьер образуется в следствие сложения сил изображения и поля встроенного заряда окисла МДП-структуры. Исследования показывают, что в кремниевых МОП-структурах электронная компонента тока внутренней фотоэмиссии существенно (на два порядка) превышает дырочную, которой можно пренебречь при проведении расчетов. При наличии в слое БЮг центров электронного захвата (захваченные дырки), инжектируемые электроны могут быть захвачены на эти центры и, таким образом, нейтрализовать положительно заряженные центры.
Интенсивность излучений считается достаточно низкой для выполнения условия неизменности встроенного положительного радиационно-индуцированного заряда при протекании тока через диэлектрик МДП-структуры. Это условие выражается в существенно более низких (на два и более порядков) значениях концентраций электронов в окисле по сравнению с концентрацией положительного заряда.
Для структуры poly-Si-SiOx-Si с затвором из легированного фосфором поликремния и подложкой из высоколегированного кремния п типа проводимости процессами перезарядки поверхностных состояний (ПС) при изменении напряжения на МДП-структуре, изменением заряда в области пространственного заряда (ОПЗ) полупроводника и разностью работ выхода материала затвора и подложки можно пренебречь. В этом случае распределение потенциала в МДП-структуре при наличии заряда в диэлектрике определяется выражением:
При моделировании воздействия на облученную структуру УФ-излучения решаются только уравнения Пуассона (2.2.3) и уравнение непрерывности для электронов (2.2.1) с начальными условиями (2.2.15) и граничными условиями:
Здесь AJ 2 и р - параметры, зависящие от интенсивности падающего излучения и конкретного механизма оптического фотовозбуждения (для кремния р«2); v - частота падающего ультрафиолетового (УФ) излучения; h - постоянная Планка; Хоїд - координаты экстремумов потенциальных барьеров, зависящие от наличия объемного заряда в диэлектрике; 1 - параметр, характеризующий рассеяние электронов во встречном поле ПБ, для Si02 1 = 3,4 нм.
Граничные условия (3.2.4) и (3.2.5) для уравнения непрерывности для электронов представляют собой квантовые выходы, которые определяют концентрацию электронов на вершине потенциального барьера. Они зависят от характеристик падающего излучения (энергия УФ-квантов, интенсивность) и характеристик самого потенциального барьера (значение максимума и его положение относительно границы раздела сред).
Полученное из решения уравнения (2.2.3) распределение потенциала Фо(х) корректируется с учетом потенциала сил изображения с обеих границ:
Здесь 8j - оптическая диэлектрическая проницаемость диэлектрика. Далее полученное распределение потенциала внутри окисла МДП-структуры анализируется и рассчитываются координаты максимумов и значения потенциала в этих точках.
Интенсивность ионизирующего излучения выбирается из условий: Pt0(x) - Pt(x) « Pt0(x); n(x) « Pt(x), (3.2.7) Выполнение условий (15) исключает искажение внутреннего поля в диэлектрике за счет накопления в его объеме образующихся в результате воздействия свободных носителей заряда.
Фотоэмиссионный ток во внешней цепи представляет собой сумму двух составляющих: сквозного тока Jsk, протекающего через диэлектрик МДП-структуры, и тока смещения Jsm, обусловленного перераспределением зарядов в объеме диэлектрика.
Ток смещения может быть представлен следующим образом: величины эффективных зарядов у одной и другой границ, соответствующие напряжению V и V + AV, соответственно; At - промежуток времени за который произошло изменение напряжения.
Расчеты величин токов Jsk и Jsm показывают, что при скорости изменения напряжения AV/At 109 В/с выполняется соотношение Jsm/Jsk Ю"2. Таким образом ток смещения вносит значительный вклад в общий ток, текущий через диэлектрик МДП-структуры, только в случае больших скоростей изменения приложенного напряжения. В этом случае заряд внутри окисла не успевает перераспределится и мы можем наблюдать протекание тока смещения. Поэтому величиной тока Jsm в дальнейших расчетах можно пренебречь и считать, что ток через МДП-структуру определяется только сквозным током Jsk.
На рис.41 показано распределение потенциала в диэлектрике МДП-структуры при наличии локализованного положительного заряда (ЛЗ). При нулевом напряжении распределение потенциала симметрично и имеет два экстремума в точках Xoi и хог, положение и высота которых определяется распределением радиационного заряда. При приложении смещения появляется энергетический минимум хт у одной из границ. С увеличением напряжения смещения ПБ приближается к эмиттирующей границе и снижается его высота. Одновременно с этим высота барьера у другой границы возрастает, экстремум удаляется от границы, а точка минимума потенциала хт приближается к границе раздела.
На рис.42 представлены распределения концентрации электронов по толщине диэлектрика при разных смещениях на затворе. Площадь под кривой соответствует общему заряду свободных электронов, эмитированных в диэлектрик. При увеличении напряжения наблюдается смещение максимума распределения к минимуму потенциала у одной из границ. При этом уменьшается интегральный заряд свободных электронов в диэлектрике. Это свидетельствует об оттоке инжектированных электронов из диэлектрика через границу раздела, т.е. о наличии сквозного тока через диэлектрик.
Комбинирование радиационного и термического воздействий
Основным процессом рентгеновской корректировки порогового напряжения является облучение МДП-структуры с «плавающим» потенциалом на затворе структуры. Облучение структуры происходит в составе целой пластины на финишном этапе ее производства до резки ее на кристаллы. В этом случае МОП-структура не входит в состав замкнутой электрической цепи. Главным эффектом такого способа радиационного воздействия является то, что уходящие из диэлектрика в затвор электроны, накапливаются там, образуя локализованный отрицательный заряд. В результате объем окисла оказывается при тех же условиях, как если бы к затвору приложили отрицательное напряжение смещения.
Рассмотрим подробнее процесс облучения МДП-структуры с «плавающим» потенциалом на затворе. На рис. 45-46 показаны распределения концентрации свободных носителей заряда по толщине диэлектрика - электронов и дырок соответственно. Из рисунка видно, что на начальном этапе облучения распределение концентрации электронов практически такое же, как и в случае облучения структуры без смещения на затворе, рассмотренной в главе 2. Однако с ростом поглощенной дозы характер распределения меняется. Уходящие электроны из диэлектрика накапливаются в объеме затвора структуры и создают электрическое поле, воздействующее на окисел структуры. Это приводит к накоплению радиационного заряда вблизи границы с затвором. Такая кинетика накопления заряда в окисле подобна кинетике накопления заряда в случае отрицательного смещения на затворе.
На рис. 47-48 показаны распределения потенциала и электрической напряженности электрического поля по толщине диэлектрика МДП-структуры для различных значений поглощенной дозы. В начале облучения экстремум потенциальной ямы, обусловленной захваченным положительным зарядом, находится около середины диэлектрического слоя. Однако при больших значения поглощенной дозы он смещается к границе с полупроводником.
На рисунке 52 показаны дозовые зависимости изменения порогового напряжения для положительного заряда, накопленного на уровне мелких ловушек (кривая 1) и на уровне глубоких ловушек (кривая 2). Для сравнения приведены дозовые зависимости, полученные в условиях закороченных электродов (показаны пунктиром). Главным результатом моделирования описанного воздействия является полный выход дозовых зависимостей сдвига порогового напряжения на насыщение. Таким образом удалось полностью качественно и количественно описать поведение экспериментальных зависимостей, полученных ранее.
Как известно, последовательное воздействие рентгеновского излучения и температурного отжига на структуры /?o/y-Si-Si02-Si позволяет добиться сдвига порогового напряжения формируемых изделий в пределах 0 AVth 0.7 В. Для существенного расширения пределов применения рентгеновской технологии используется последовательное многократное и совместное воздействия рентгеновского облучения и повышенной температуры.
На рис.53(а) представлены результаты моделирования процесса накопления радиационного заряда при многократном повторении цикла «облучение-отжиг». Поглощенная доза в течение одного цикла облучения МДП-структуры D=105 рад. После каждого облучения структура подвергалась термической обработке в течение 30 мин при температуре 700 С. Такая последовательность воздействий привела к существенному увеличению накопленного термостабильного радиационно индуцированного заряда по сравнению с однократным циклом при одинаковых значениях полной поглощенной дозы. Этот эффект объясняется тем, что при промежуточном отжиге заряд, накопленный на мелком ловушечном уровне, отжигается. Это приводит к уменьшению негативного влияния электрического поля этого заряда на процесс накопления радиационного заряда на глубоком уровне. При этом дозовая зависимость термостабильной составляющей заряда имеет такой же вид, как и для случая однократного облучения. Дозовые зависимости первых циклов облучения имеют хорошо выраженный линейный характер, однако на последующих циклах все больше проявляется стремление дозовых к насыщению с ростом величины накопленного положительного заряда (его термостабильной части).
При уменьшении длительности цикла «облучение-отжиг» (в предельном случае при стремлении длительности цикла к нулю) становится возможным моделирование воздействия рентгеновского излучения на исследуемую структуру в условиях повышенной температуры (температуры отжига). В зависимости от соотношения мощности дозы и температуры в процессе облучения будет отжигаться большая или меньшая часть положительного заряда, захваченная на мелких ловушках. Причем чем выше температура и чем меньше мощность дозы облучения, тем большая часть захваченного заряда успевает отжигаться (вплоть до полного отжига заряда на мелком уровне).
Рассмотрим предельный случай, когда положительный заряд, захваченный на мелких ловушечных уровнях, сразу же отжигается, и процесс накопления радиационно-индуцированного заряда осуществляется только на глубоких ловушках. На рис.54 представлены зависимости радиационно-индуцированного изменения порогового напряжения AVth при температуре 700 К (кривая 1) и при комнатной температуре (Т = 300 К) (кривая 2) от поглощенной дозы (участок I). На участке II показаны соответствующие зависимости временного изменения порогового напряжения при температурном отжиге. Необходимо отметить, что при одной и той же поглощенной дозе облучение при повышенной температуре приводит к накоплению большей по величине термостабильной части радиационно-индуцированного заряда, нежели при последовательном воздействии облучения и отжига.
В заключении следует отметить, что оба способа (последовательного и совместного воздействия радиации и температуры) основываются на промежуточной нейтрализации захваченного на мелком ловушечном уровне положительного заряда термической обработкой и, тем самым, увеличении величины термостабильной составляющей заряда.
