Increasing radiation resistance of memory devices based on amorphous semiconductors

Abstract

A memory cell structure is proposed that uses a Schottky barrier thin film transistor based on an amorphous semiconductor as a junction element, and a chalcogenide glassy semiconductor film as a switching element. A physical storage cell model has been developed. The dependence of the transistor and memory cell parameters on the dose of neutron flux and γ-quanta was investigated. It is shown that when the dose of neutron irradiation is changed, the steepness of the drain-gate characteristic (DGC) decreases by 10% at a dose of the order of 1015 n/s, and at the same time, the transfer coefficient of the bipolar n-p-n transistor decreases by 20% at doses of 1013 n/s, indicating a significant increase in the radiation resistance of the proposed memory cell. In the case of irradiation with γ-quanta in the range up to 2.6 MRad, the steepness of the DGC of the proposed structure changes by only 10%. When used as an isolation element, a field-effect transistor with an insulated gate, the slope of the DGC is reduced by 50%. It is shown that the current of recording information of the proposed structure when changing the dose of γ - quantum flux to 2.6 MRad changes by about 10%, and at the same time, in the case of using a field-effect transistor with an isolated cover, the information recording current changes by 50%. The study of the dependence of the gate current on the dose of the γ-quanta is shown. When the radiation dose changes 0 to 2.6 MRad, the gate current changes only by 10%, which indicates the high resistance of the proposed structure to the action of permeable radiation. Also, studies of the dependence of the conductivity of single-crystal semiconductors on a radiation dose ɣ by quanta and neutron flux show that a significant increase in the specific resistivity of amorphous semiconductors occurs at doses 2–3 orders of magnitude larger than in the case of single-crystal n-type conductivity semiconductors.

Запропоновано структуру комірки пам`яті, в якій як елемент переходу використовується тонкоплівковий транзистор з бар`єром Шотткі на основі аморфного напівпровідника, а в якості перемикаючого елемента – халькогенідна склоподібна напівпровідникова плівка. Розроблено фізичну модель комірки пам`яті. Досліджено залежність параметрів транзистора та комірки пам`яті від дози потоку нейтронів та γ-квантів. Показано, що при зміні дози нейтронного опромінення крутизна сток-затворної характеристики (DGC) зменшується на 10% при дозі порядку 1015 н/с, і при цьому коефіцієнт передачі біполярний npn-транзистор зменшується на 20% при дозах 1013 н/с, що свідчить про значне підвищення радіаційної стійкості запропонованої комірки пам`яті. У разі опромінення γ-квантами в діапазоні до 2,6 Мрад крутизна СЗХ пропонованої структури змінюється лише на 10%. При використанні в якості ізоляційного елемента польового транзистора з ізольованим затвором нахил СЗХ зменшується на 50%. Показано, що струм запису інформації пропонованої структури при зміні дози γ - квантового потоку до 2,6 Мрад змінюється приблизно на 10%, і в той же час, у разі використання польового транзистора з ізольованим затвором, поточна інформація, що записується, змінюється на 50%. Показано дослідження залежності струму затвора від дози γ-квантів. При зміні дози опромінення від 0 до 2,6 Мрад струм затвора змінюється лише на 10%, що свідчить про високу стійкість запропонованої конструкції до дії проникного випромінювання. Також дослідження залежності провідності монокристалічних напівпровідників від дози випромінювання ɣ квантами та потоком нейтронів показують, що значне збільшення питомого опору аморфних напівпровідників відбувається при дозах на 2–3 порядки більших, ніж у випадку монокристалічних напівпровідників провідності n-типу.