Eksperimentalna karakterizacija i Monte Karlo simulacija dozimetrijskih parametara MOSFET strukture u poljima jonizujućeg zračenja

Abstract

Rezultati naučnih istraživanja pokazuju da jonizujuće zračenje može dovesti do funkcionalnog ili trajnog oštećenja poluprovodničkih naprava različitog tipa u ekstremnim radnim uslovima (u okruženju nuklearnog reaktora, akceleratorske instalacije, nuklearne eksplozije ili prilikom testiranja naprava za eksploataciju u kosmosu). Cilj ovog rada je primena specifične metodologije kojom se preciznije prati uticaj jonizujućeg zračenja na karakteristike MOSFET komponente. Specifičnost metodologije se ogleda u tome da pored toga što se određuje zavisnost promene napona praga od eksperimentalno određene apsorbovane doze u MOSFET-u koji se nalazi u polju jonizujućeg zračenja, uvode se i Monte Karlo proračuni veličina od kojih zavise dozimetrijski parametri MOSFET strukture i sagledava se njihova veza sa rezultatima eksperimenta. Jedan od predmeta istraživanja u disertaciji obuhvata eksperimentalni rad na proučavanju izabranih parametara MOSFET komponente kojima se može sprovoditi dozimetrija u poljima jonizujućih zračenja. Eksperimenti su obuhvatili određivanje zavisnosti napona praga VT i promene napona praga ΔVT od ukupne apsorbovane doze zračenja za slučajeve različitih poluprovodničkih, strukturnih i konstrukcionih karakteristika izabranih komercijalnih MOSFET komponenti, što se postiže promenama u debljini oksida gejta, u dopiranosti poluprovodničke osnove, u različitoj vrsti poluprovodničkog materijala, u prisustvu slojeva za pasivizaciju, u dužini i širini kanala između sorsa i drejna, u naponu napajanja gejta u toku zračenja...

The results of scientific research show that ionizing radiation can lead to functional or permanent damage of semiconductive devices of various types in extreme operating conditions (in the environment of a nuclear reactor, accelerator installation, nuclear explosion, or when testing the devices for exploitation in the cosmos). The aim of this study is to establish a specific methodology for more accurate monitoring of the impact of ionizing radiation on the characteristics of the MOSFET component. The specificity of this methodology is reflected in the fact that besides the determination of the dependence of the change in the threshold voltage of the experimentally determined absorbed dose in the MOSFET, which is located in the field of ionizing radiation, there is also the introduction of the Monte Carlo size calculations which the dosimetric parameters of MOSFET structure depend on and the examination of their connection with the results of the experiment. One of the objects of research in the thesis includes experimental work on studying the selected parameters of the MOSFET component in the fields of ionizing radiation. The experiments included the determination of the dependence of the threshold voltage VT and the changes in the threshold voltage ΔVT on the total absorbed dose of radiation for various semiconductor, structural and constructional characteristics, of selected MOSFET components which is achieved by changing the thickness of the gate oxide, the level of doping the semiconductor base, by using a different type of semiconductor material, the presence of passivation layers, the length and width of the channel between the source and the drain, the voltage of the power supply for the gate during the radiation...