Modeling of systems and processes Modeling of systems and processes Моделирование систем и процессов 2219-0767 53299 10.12737/2219-0767-2022-15-3-128-136 Физико-математические науки Физико-математические науки Evaluation of the effect of crystal structural features on the resistance of DMOS transistors to ionizing radiation Оценка влияния структурных особенностей кристалла на стойкость ДМОП транзисторов к ионизирующему излучению Харченко Максим Эдуардович Kharchenko M. Eduardovich Дорохов В. А. Dorohov V. A. Колесников Максим Иванович Kolesnikov Maksim Ivanovich АО "ВЗПП-С" Россия АО "ВЗПП-С" Russian Federation АО "ВЗПП-С" Россия АО "ВЗПП-С" Russian Federation АО "ВЗПП-С" Россия АО "ВЗПП-С" Russian Federation 05 10 2022 05 10 2022 15 3 128 136 05 10 2022 https://zh-szf.ru/en/nauka/article/53299/view

Работа посвящена исследованию влияния структурных особенностей кристалла на стойкость DMOS транзисторов при воздействии ионизирующего излучения. Проведено сравнение результатов приборно-технологического моделирования серийно выпускаемых p-канальных DMOS транзисторов, рассчитанных на максимальное допустимое напряжение сток-исток 60В и 100В. Моделирование проводилось в среде TCAD, были учтены все основные физические принципы исследуемой структуры с помощью соответствующих математических моделей. Полученные значения электропараметров модели показали полное соответствие нормативным значениям. Определены критические места конструкции кристалла, влияющие на работоспособность транзисторов при воздействии ионизирующего излучения космического пространства. Оценено влияние напряженности электрического поля в теле кристалла на стойкость к ионизирующему излучению. Показано, что фактические значения напряженности электрического поля в области p-n-перехода не превышают значения критической напряженности, имея запас более чем в 1,22 раза.

The work is devoted to the study of the influence of the structural features of the crystal on the resistance of DMOS transistors under the influence of ionizing radiation. A comparison of the results of instrumentation and technological modeling of commercially available p-channel DMOS transistors designed for the maximum allowable drain-source voltage of 60V and 100V is carried out. Modeling was carried out in the TCAD environment, all the basic physical principles of the structure under study were taken into account with the help of appropriate mathematical models. The obtained values of the model's electrical parameters showed full compliance with the normative values. The critical points of the crystal design that affect the performance of transistors in the presence of ionizing radiation from outer space are determined. The influence of the electric field strength in the crystal body on the resistance to ionizing radiation is estimated. It is shown that the actual values of the electric field strength in the region of the p-n junction do not exceed the values of the critical strength, having a margin of more than 1.22 times.

 Полевые транзисторы МОП ДМОП MOS DMOS критическая напряженность электрического поля стойкость ионизирующее излучение САПР TCAD. Field effect transistors MOSFET DMOS MOS DMOS critical electric field strength resistance ionizing radiation CAD TCAD.

Патент № 201024089/28 Российская Федерация, Полупроводниковый прибор : № 2437183 : заявл. 11.06.2010 ; опубл. 20.12.2011 / Б.М. Бубукин, А.Н. Кастрюлев, Б.Г. Рязанцев ; заявитель и патентообладатель ОАО «ВЗПП-сборка». - 7 с. Patent № 201024089/28 Rossiyskaya Federaciya, Poluprovodnikovyy pribor : № 2437183 : zayavl. 11.06.2010 ; opubl. 20.12.2011 / B.M. Bubukin, A.N. Kastryulev, B.G. Ryazancev ; zayavitel' i patentoobladatel' OAO «VZPP-sborka». - 7 s. Shockley, W. Statistics of the Recombination of Holes and Electrons / W. Shockley, W.T. Read // Physical Review. - 1952. - Vol. 87. - Pp. 835-842. - DOI: 10.1103/PHYSREV.87.835. Shockley, W. Statistics of the Recombination of Holes and Electrons / W. Shockley, W.T. Read // Physical Review. - 1952. - Vol. 87. - Pp. 835-842. - DOI: 10.1103/PHYSREV.87.835. Hall, R.N. Electron Hole Recombination in Germanium / R.N. Hall // Physical Review. - 1952. - Vol. 87. - C. 387. - DOI: 10.1103/PHYSREV.87.387. Hall, R.N. Electron Hole Recombination in Germanium / R.N. Hall // Physical Review. - 1952. - Vol. 87. - C. 387. - DOI: 10.1103/PHYSREV.87.387. Roulston, D.J. Modeling and Measurement of Minority-Carrier Lifetime versus Doping in Diffused Layers of n ±p Silicon Diodes / D.J. Roulston, N.D. Arora, S.G. Chamberlain // IEEE Transactions on Electron Devices. - 1982. -Vol. 29. - Pp. 284-291. - DOI: 10.1109/T-ED.1982.20697. Roulston, D.J. Modeling and Measurement of Minority-Carrier Lifetime versus Doping in Diffused Layers of n ±p Silicon Diodes / D.J. Roulston, N.D. Arora, S.G. Chamberlain // IEEE Transactions on Electron Devices. - 1982. -Vol. 29. - Pp. 284-291. - DOI: 10.1109/T-ED.1982.20697. Law, M.E. Self-Consistent Model of Minority-Carrier Lifetime, Diffusion Length, and Mobility / M.E. Law, E. Solley, D. Burk // IEEE Electron Device Letters. - 1991. - Vol. 12, № 8. - Pp. 401-403. - DOI: 10.1109/55.119145. Law, M.E. Self-Consistent Model of Minority-Carrier Lifetime, Diffusion Length, and Mobility / M.E. Law, E. Solley, D. Burk // IEEE Electron Device Letters. - 1991. - Vol. 12, № 8. - Pp. 401-403. - DOI: 10.1109/55.119145. Fossum, J.G. A Physical Model for the Dependence of Carrier Lifetime on Doping Density in Nondegenerate Silicon / J.G. Fossum, D.S. Lee // Solid State Electronics. - 1982. - Vol. 25 (8). - Pp. 741-747. - DOI: 10.1016/0038-1101(82)90203-9. Fossum, J.G. A Physical Model for the Dependence of Carrier Lifetime on Doping Density in Nondegenerate Silicon / J.G. Fossum, D.S. Lee // Solid State Electronics. - 1982. - Vol. 25 (8). - Pp. 741-747. - DOI: 10.1016/0038-1101(82)90203-9. Barnes, J.J. Finite-element Simulation of GaAs MESFET’s with Lateral Doping Profiles and Sub-micron Gates / J.J. Barnes, R.J. Lomax, G.I. Haddad // IEEE Transactions on Electron Devices. - 1976. - Vol. 23 (9). - Pp. 1042-1048. - DOI: 10.1109/T-ED.1976.18533. Barnes, J.J. Finite-element Simulation of GaAs MESFET’s with Lateral Doping Profiles and Sub-micron Gates / J.J. Barnes, R.J. Lomax, G.I. Haddad // IEEE Transactions on Electron Devices. - 1976. - Vol. 23 (9). - Pp. 1042-1048. - DOI: 10.1109/T-ED.1976.18533. Yu, Z. SEDAN III-A Generalized Electronic Material Device Analysis Program / Z. Yu, R.W. Dutton // Stanford Electronics Laboratory Technical Report. - Stanford University, 1985. - 105 p. Yu, Z. SEDAN III-A Generalized Electronic Material Device Analysis Program / Z. Yu, R.W. Dutton // Stanford Electronics Laboratory Technical Report. - Stanford University, 1985. - 105 p. Joyce, W.B. Analytic Approximation for the Fermi Energy of an ideal Fermi Gas / W.B. Joyce, R.W. Dixon // Applied Physics Letters. - 1977. - Vol. 31 (5). - Pp. 354-356. - DOI: 10.1063/1.89697. Joyce, W.B. Analytic Approximation for the Fermi Energy of an ideal Fermi Gas / W.B. Joyce, R.W. Dixon // Applied Physics Letters. - 1977. - Vol. 31 (5). - Pp. 354-356. - DOI: 10.1063/1.89697. Baliga, B.J. Advanced high voltage power device concepts / B.J. Baliga. - Springer Science, 2011. - 568 p. - DOI: 10.1007/978-1-4614-0269-5. Baliga, B.J. Advanced high voltage power device concepts / B.J. Baliga. - Springer Science, 2011. - 568 p. - DOI: 10.1007/978-1-4614-0269-5. Никишин, В.И. Проектирование и технология производства мощных СВЧ транзисторов / В.И. Никишин. - М. : «Радио и связь», 1989. - 144 с. Nikishin, V.I. Proektirovanie i tehnologiya proizvodstva moschnyh SVCh tranzistorov / V.I. Nikishin. - M. : «Radio i svyaz'», 1989. - 144 s. Atlas User’s Manual, Device simulation software / Silvaco, Inc. - Santa Clara, 2018. - 1691 р. Atlas User’s Manual, Device simulation software / Silvaco, Inc. - Santa Clara, 2018. - 1691 r. Silvaco TCAD tools: Victory Process User’s Manual, Process simulation software. - Santa Clara, 2018. - 1186 р. Silvaco TCAD tools: Victory Process User’s Manual, Process simulation software. - Santa Clara, 2018. - 1186 r. TCAD-based performance analysis of nanoscale vacuum field-emission transistors at advanced technology nodes / I. Evsikov, G. Demin, N. Djuzhev, M. Makhiboroda // Proceedings of spie.- 2019. - № 3. - P. 104. - DOI: 104. 10.1117/12.2522483. TCAD-based performance analysis of nanoscale vacuum field-emission transistors at advanced technology nodes / I. Evsikov, G. Demin, N. Djuzhev, M. Makhiboroda // Proceedings of spie.- 2019. - № 3. - P. 104. - DOI: 104. 10.1117/12.2522483. Зи, С. Физика полупроводниковых приборов / С. Зи. - М.: «Мир», 1984. - 455 с. Zi, S. Fizika poluprovodnikovyh priborov / S. Zi. - M.: «Mir», 1984. - 455 s.