Підвищення радіаційної стійкості енергонезалежних запам’ятовувальних пристроїв на базі халькогенідних склоподібних напівпровідників

Abstract

Запропоновано спосіб підвищення радіаційної стійкості запам’ятовувальних пристроїв, які є одним з основних елементів для побудови систем оброблення інформації. Запропонована структура радіаційно стійкої комірки пам’яті, в якій як перемикальний елемент використовується плівка халькогенідного склоподібного напівпровідника, а як елемент розв’язки використано уніполярний транзистор. Перемикальний елемент є стійким до дії радіації, а радіаційна стійкість уніполярного транзистора на декілька порядків нижча. Тому в роботі запропоновано спосіб підвищення радіаційної стійкості уніполярних транзисторів. Для усунення зміни параметрів уніполярних транзисторів під дією іонізуючих опромінень на процеси, що відбуваються в підзаслінному шарі діелектрика та на межі розподілу кремнію і діоксиду кремнію, що сприяє накопиченню позитивного заряду, пропонується в процесі виготовлення такого транзистора перед високотемпературним формуванням підзаслінного шару діелектрика у підзаслінну зону напівпровідникової підкладки проводити іонну імплантацію флуору, який дифундує в цей шар. Окрім того, як підзаслінний шар діелектрика використовується не діоксид кремнію, а нітрид кремнію — Si3N4, що також сприяє підвищенню радіаційної стійкості. Розроблена фізична модель комірки пам’яті на базі халькогенідних склоподібних напівпровідників та запропоновані аналітичні вирази для розрахунку залежності параметрів моделі від дози опромінення.

The work is aimed at increasing the radiation resistance of storage devices, which are one of the main elements in the construction of information processing systems. The proposed structure of a radiation-resistant memory cell, in which a film of a chalcogenide vitreous semiconductor is used as a switching element, and a unipolar transistor serves as a decisive element. The switching element is resistant to radiation, and the radiation stability of a unipolar transistor is several orders of magnitude lower. Therefore, a method for increasing the radiation stability of unipolar transistors is proposed. To eliminate the change in the parameters of unipolar transistors under the action of ionizing radiation on the processes occurring in the subgap layer of the dielectric and at the interface between silicon and silicon dioxide, it helps to accumulate a positive charge in the manufacture of such a transis-tor, prior to the high-temperature formation of the subgap layer of the dielectric, to conduct the subgap region of the semi-conductor substrate ion implantation of fluorine, which diffuses into this layer. In addition, not silicon dioxide, but silicon nitride — Si3N4 is used as the sub-barrier layer of the dielectric, which also contributes to an increase in radiation stability. A physical model of a memory cell based on chalcogenide glassy semiconductors has been developed, and analytical expressions have been proposed to calculate the dependence of the model parameters on the radiation dose.

Предложен способ повышения радиационной устойчивости запоминающих устройств, которые являются одними из основных элементов для построения систем обработки информации. Предложена структура радиационно устойчивой ячейки памяти, в которой в качестве переключающего элемента используется пленка халькогенидного стекловидного полупроводника, а как элемент развязки исполь-зован униполярный транзистор. Переключающий элемент устойчив к действию радиации, а радиационная стойкость униполярного транзистора на несколько порядков ниже. Поэтому в работе предложен способ повы-шения радиационной устойчивости униполярных транзисторов. Для устранения изменения параметров унипо-лярных транзисторов под действием ионизирующих облучений на процессы, происходящих в подзаслонном слое диэлектрика и на границе раздела кремния и диоксида кремния, что способствует накоплению положительного заряда, предлагается в процессе изготовления такого транзистора перед высокотемпературным формирова-нием подзаслонного слоя диэлектрика в подзаслонную область полупроводниковой подложки проводить ионную имплантацию фтора, который диффундирует в этот слой. Кроме того, в качестве подзаслонного слоя ди-электрика используется не диоксид кремния, а нитрид кремния — Si3N4, что также способствует повышению радиационной устойчивости. Разработана физическая модель ячейки памяти на базе халькогенидных стеклообразных полупроводников и предложены аналитические выражения для расчета зависимости параметров модели от дозы облучения.