В.П. Жалнин1, Г.А. Москвин2, А.Е. Лисица3, Д.И. Ермаков4

1–4 Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (Москва, Россия)
1zhalnin@mail.ru, 2georgmos140170@gmail.com, 3lisitsabmstu@gmail.com, 4ermakovdi822@gmail.com

Постановка проблемы. Металл-оксид-полупроводниковые (МОП) структуры подвержены деградации под воздействием ионизирующего излучения, что приводит к изменению их электрических характеристик и снижению надежности. Особую актуальность эта проблема приобретает в космической и ядерной технике, где электронные компоненты работают в условиях повышенной радиации.

Цель. Провести системный анализ физических процессов в радиационно-чувствительных МОП-структурах при облучении и последующем отжиге, а также разработать рекомендации по повышению их радиационной стойкости.

Результаты. Исследованы механизмы генерации и захвата зарядов в диэлектрике, образование радиационных дефектов на границе раздела Si/SiO₂. Проанализировано влияние различных типов излучения (гамма-кванты, тяжелые ионы) на параметры транзисторов. Оценена эффективность термического отжига для восстановления характеристик МОП-структур. Предложены технологические решения для повышения надежности, включая оптимизацию процессов изготовления и применение материалов с улучшенными радиационными свойствами.

Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы при разработке радиационно-устойчивых электронных компонентов для космических аппаратов, ядерной энергетики и других областей, где требуется работа в условиях ионизирующего излучения.

Жалнин В.П., Москвин Г.А., Лисица А.Е., Ермаков Д.И. Анализ процессов в радиационно-чувствительных МОП-транзисторах и структурах во время облучения и послерадиационного отжига // Наукоемкие технологии. 2025. Т. 26. № 4. С. 14−25. DOI: https://doi.org/ 10.18127/j19998465-202504-02

1. Miller P.A., Fleetwood D.M., Schubert W.K. Radiation-induced charge trapping in MOS devices. Journal of Applied Physics. 1991. V. 69. P. 488–494. https://doi.org/10.1063/1.348909
2. Левин М.Н., Бондаренко Е.В., Бормонтов А.Е., Татаринцев А.В., Гитлин В.Р. Методика определения параметров радиационных дефектов и прогноза радиационной стойкости МОП-транзисторов // Письма в ЖТФ. 2010. Т. 36. Вып. 15. С. 02–06.
3. Manzi E., Muazu A.A. Radiation Effects in Integrated Circuits, and Radiation Hardening Techniques. Computer Engineering and Intelligent Systems. 2022. V. 13. № 5. P. 21–30. ISSN 2222-1719. https://doi.org/10.7176/CEIS/13-5-04.
4. Moreno J., Godignon P., Maset E., Massetti S. Assessing Radiation Hardness of SiC MOS Structures. Alter Technology Technical Report. Madrid, Spain: European Space Agency. 2023.
5. Соколов А.А. Обеспечение радиационной стойкости МОП-транзисторов: влияние одиночных эффектов // Современная электроника. 2015. № 6. С. 45–50.
6. Рау Э.И., Татаринцев А.А. Новый сценарий кинетики зарядки диэлектриков при облучении электронами средних энергий // Физика твердого тела. 2021. Т. 63. № 4. С. 483–498. https://doi.org/10.21883/ftt.2021.04.50713.246.
7. Андреев B.В., Столяров А.А., Васютин М.С., Михальков А.М. Активный чувствительный элемент сенсора радиационных излучений на основе МДП-структур с наноразмерными диэлектрическими слоями // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер.: Приборостроение. 2010. С. 118–121.
8. Andreev V.V., Bondarenko G.G., Andreev D.V., Stolyarov A.A. Use of MIS Sensors of Radiation in High-Field Electron Injection Modes. Journal of Contemporary Physics (Armenian Academy of Sciences). 2020. V. 55. № 2. P. 144–150. https://doi.org/10.3103/S106833722002005X.
9. Andreev D.V., Bondarenko G.G., Andreev V.V. Change in the Charge State of MOS Structures with a Radiation-Induced Charge under High-Field Injection of Electrons. Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2023. V.17. № 1. P. 48–53. https://doi.org/10.1134/S1027451023010056.
10. Николаев Д.В. Электрофизические свойства структур кремний-на-изоляторе, изготовленных методом сращивания и водородного расслоения: Дис. … канд. физ.-мат. наук: 01.04.10. Новосибирск. 2010. 19 с.
11. Левин М.Н., Татаринцев А.В., Бондаренко Е.В., Бормонтов А.Е., Гитлин В.Р. Прогнозирование радиационной стойкости МОП ИС в условиях низко-интенсивного облучения // Конденсированные среды и межфазные границы. 2010. Т. 12. № 3. С. 226–232.
12. Семенов С.В. Ионизирующие излучения в нашей жизни // Энергобезопасность и энергосбережение. 2009. № 2.
13. Абдукадырова И.Х. Радиационно-термические стимулированные эффекты в монокристаллах корунда // Письма в ЖТФ. 2003. Т. 29. Вып. 5. С. 05.
14. Вологдин Э.Н., Лысенко А.П. Радиационные изменения параметров биполярных транзисторов: учебное пособие по дисциплине «Физика электронных приборов и средств связи». М.: НИУ ВШЭ. 2018. https://doi.org/10.1063/5.0189167.
15. Попов В. Пострадиационный эффект в ИС. Неразрушающий контроль качества ИС // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 2002. № 4. С. 45–49.
16. Левин М.Н., Бондаренко Е.В., Бормонтов А.Е., Татаринцев А.В., Гитлин В.Р. Методика определения параметров радиационных дефектов и прогноза радиационной стойкости МОП-транзисторов // Письма в ЖТФ. 2010. Т. 36. Вып. 15. С. 02–06. https://doi.org/10.15392/2319-0612.2023.2117.
17. Bordoni C., Ciavatti A., Cortinhal M., Pereira M., Cramer T., Barquinha P., Fraboni B. Dielectric multilayers impact on radiation-induced charge accumulation in highly sensitive oxide field effect transistors // APL Materials. 2024. 5 March.
18. Mendonçaa E.G., Cavalcanteb T.C., Vazb R.G., Pereira Juniorb E.C.F., Gonçalezb O.L. Experimental method for determining the supply current of a PMOS power transistor for use as a RADFET dosimeter // Brazilian Journal of Radiation Sciences. 2023. P. 2–6. https://doi.org/10.15392/2319-0612.2023.2117.
19. Brown R.R., Home W.E. Space Radiation Equivalence for Effects on Transistors. NASA Contractor Report. 1985. P. 1–45.
20. Чандрашекхара Х.Д., Пурнима П. Влияние температуры на межфазный слой в МОП-структурах (Pt/TiO2/Si) // Конденсированные среды и межфазные границы. 2023. Т. 25. № 3. С. 415–423. https://doi.org/10.17308/kcmf.2023.25/11266.
21. Новиков А.Г., Наливайко О.Ю., Гайдук П.И. Влияние режимов окисления на характеристики МОП-конденсаторов с нанокристаллами Ge // Вестник Нац. акад. навук Беларусi. Сер. фiз.-мат. навук. 2018. Т. 54. № 1. С. 119–126.
22. Бородкин И.И., Асессоров В.В., Кожевников В.А., Петров Б.К. Восстановление пороговых напряжений мощных СВЧ кремниевых полевых транзисторных структур с помощью ультрафиолетового облучения и оценка надежности приборов на их основе // Вестник Воронежск. гос. техн. ун-та. 2011.