commissariat a l`energie atomique synthese sur le

CEA.BIB.166
COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE
SYNTHESE SUR LE COMPORTEMENT
DES TRANSISTORS ET DES CIRCUITS
INTEGRES VIS-A-VIS DES RAYONNEMENTS
par
Jea.i-Claude DECUYPER
Centre d'Etudes Nucléaires de Grenoble
Bibliographie CEA-BIB-166
1970
Da
SERVICE CENTRAL
DE D O C U M E N T A T I O N DU C E A
C.E.N-SACLAY
B.P. n°2, 91-GIF-sur-YVETTE-France
\ pnr'ir de 1908, les bibliographies CE A sont classées selon les catégories qui figurent
dans It plan de- classification ci-dessous et peuvent être obtenues soit en collections complets. soit f«n collections partielles d'apr.'-s ces catégories.
Ceux de nos correspondants qui reçoivent systématiquement nos bibliographies à titre
d'échange. <•» qui sont intéresses par cette diffusion sélective, sont priés de se reporter à
la lettre circulaire CENS/DOC/67/4690 du 20 décembre 1967 que nous leur avons adressée,
«•• qui précise les conditions de diffusion.
A <•«••• e occasion nous rappelons que les bibliographies CEA sont également vendues au
numéro à partir de 1968 par la Direction de la Documentation Française, 31, quai Voltaire,
Paris Te.
PLAN Di: CLASSIFICATION
M'PI \<-\ !IO\S l\l>rsi mKLLKS DES
IMHOPES KT I)KS KAYOXXKMKXTS
1.
ItlOUXilK Kl MKDKCIXK
1
2
3
2. 4
2. 5
|liol<>:>ie mwrale
liuluMteurs nucléaires en biologie
Mi-decme «lu travail
R.i«liobiolo}>ie, radioastronomie
M »-dec me nucléaire
3.
CIIIMIK
3. 1
Chimie générale et organique.
C'liiiiiu- physique
Ch.n.u- aunlyt que
Pr«»e»tl« s <lr s«* pu rut K>n
Kudinchiiitie
3. 2
3
3. 4
* •
S DU DOMAINE DE L'ESPACE
4.
C.KOPHYSIQUE. GEOLOGIE,
.MINEHALOGfE ET METEOROLOGIE
»!.
M E T A l ' X , CERAMIQUES
r/r A U P R E S MATERIAUX
(>. 1
Fabrication, pixiprit'tés et structure
des matériaux
Effets des rayonnements sur les
matériaux
Corrosion
6, 2
(5. 3
!',.
PHYSIQUE
8. 1
8. 2
Accélérateurs
Klectricite, électronique, détection des
rayonnements
Physique des plasmas
PhysMiue des états condensés de la
ma'iere
Physique corpusculaire à haute énergie
Physique nucléaire
Optique, électronique quantique
Physique atomique et moléculaire
8. '<
a. 4
8.
8.
8.
8.
5
(5
7
8
!).
PHYSIQUE THEORIQUE
ET MATHEMATIQUES
10.
PROTECTION ET CONTROLE DES
RAYONNEMENTS, TRAITEMENT DES
EFFLUENTS
10. 1
10. 2
10. 3
Protection sanitaire
Contrôle des rayonnements
Traitement des effluents
11.
SEPARATION DES ISOTOPES
12.
TECHNIQUES
12.1
Mécanique des fluides, techniques du vide
et des hautes pressions
Transferts thermiques, techniques du froid
<?t de la chaleur
Mécaninue, outillage
Contrôle des matériaux
12.2
12.3
12.4
7.
NEUTRONIQUE, PHYSIQUE ET
TECHNOLOGIE DES REACTEURS
13.
UTILISATION ET DEVELOPPEMENT
DE L'ENERGIE ATOMIQUE
7. 1
7. 2
Neutronique et physique des réacteurs
Refroidissement, protection, contrôle
et sécurité
Matériau* de structure et éléments
classiques des réacteurs
13.1
Centres d'études nucléaires, laboratoires
et usines
Divers (documentation, administration,
législation, etc.)
7. 3
13.2
14.
«vi
ETUDES ECONOMIQUES ET PROGRAMMES
/..•* bihiloKnphie* du COMMISSARIAT
I L'KSERGIE ITOMIQiE sont, à partir de 1968
ntc à la Documentation Française. Secrétariat Général <1n Gnwrnwrt. DrY^.W. ^ fn'
ttUton, Jl, </u<u I oltaire, l*ARfo l llcme.
The C.K.A. bibliographies starting from I968 are available at the Documentation Française,
Secrettnat General du Gouvernement, Direction de la Documentation, 37, auai Voltaire
P 4 RIS VU ème.
CEA-BIB-166 - DECUYPER Jean-Claude
SYNTHESE SUR LE COMPORTEMENT DES TRANSISTORS ET !)KS
CIRCUITS INTEGRES VIS-A-VIS DES RAYONNEMENTS
Sommaire. - Depuis le début de l'ère spatiale et en raison e s s e n t i < 'J. m'ni de
la présence de rayonnements dans l'espace on s'intéresse bea'..'o.;i . : ' i n f i u ence des rayonnements sur la fiabilité des systèmes électroniques.
La synthèse que l'auteur propose sur ce sujet n'est ni r o p i p • - t ni
définitive. Elle comprend essentiellement trois parties :
Une première partie où l'on fait un rappel des princip mx * ff^ • -le
base des rayonnements sur les matériaux semi-conducteurs.
Une seconde partie où l'on décrit le comportement des ccr.po.--.•• ,ts
c'iscrets semi-conducteurs tels que diodes, transistors à jonction, . • . rt
MOS.
Une t r o i s i è m e p a r t i e contenant une d e s c r i p t i o n du c o i . i p o r t e , < -. l«-s
circuits intégrés actuels notamment ceux réalisant des fonctions l < y . < , u f ^ .
Une importante bibliographie, par ailleurs citée dans le t«>--;U', t tmine cette synthèse.
1970
.2 p.
Commissariat à l'Energie Atomique - France
CEA-BIB-166 - DECUYPER Jean-Claude
REVIEW OF THE BEHAVIOUR OF TRANSISTORS AND INTEGRATE O
CIRCUITS UNDER IRRADIATION
Summary. - Beginning with the spatial era and needed by tlie presen- t .' irradiation on the free space, many authors intensively study the effe. IK f
irradiation on fiability of electronic systems.
The review related here on such a subject is neither full or * • _ -bed.
Essentially three parts must be discerned :
A first part where we review the most important effects of < . l i a M ^ n
on the sem'.-conductor materials.
A second ptrt where is described the behaviour of semi-crm -actor
devices as diodes, transistors, FET and MOS under irradiation.
A third part contains the description on the behaviour of 'o d.ty integrated circuits under irradiation, particularly of the integrated logic modules.
A consequent bibliography, however pointed out in the text, is set
at the end of this work.
1970
Commissariat à l'Energie Atomique - France
42 p.
- Bibliographie CEA-BIB-166 -
Centre d'Etudes Nucléaires de Grenoble
Laboratoire d'Electronique et de Technologie
de l'Informatique
SYNTHESE SUR LE COMPORTEMENT DES TRANSISTORS
ET DES CIRCUITS INTEGRES VIS-A-VIS DES RAYONNEMENTS
par
Jean-Claude DECUYPER
- Mars 1970 -
TABLE DES MATIERES
Page
INTRODUCTION
I - RAPPEL DES PRINCIPAUX EFFETS DES RAYONNEMENTS
SUR LES MATERIAUX SEMI-CONDUCTEURS
1
3
I. 1 Interactions rayonnement-solide
3
1.2 Influence sur les propriétés électriques
4
I. 3 Classification des effets
6
II - COMPORTEMENT DES COMPOSANTS DISCRETS
SEMI-CONDUCTEURS
7
II. 1 Diodes
7
II. 2 Transistors à porteurs minoritaires
9
II. 3 Transistors FET
12
II. 4 Transistors M.O.S. et effets de surface
13
II. 5 Conclusion générale sur les composants
1F>
III - COMPORTEMENT DES CIRCUITS INTEGRES
17
III. 1 Constitution
17
III. 2 Effets permanents
19
III. 3 Effets transitoires
20
III. 4 Résultats sur quelques circuits logiques
20
CONCLUSION
22
BIBLIOGRAPHIE
25
SYNTHESE SUR LE COMPORTEMENT DES TRANSISTORS
ET DES CIRCUITS INTEGRES VIS-A-VIS DES RAYONNEMENTS
INTRODUCTION
De même que tout autre système ordonné existant dans la nature, les ensembles
électroniques sont sujet au vieillissement. Les contraintes extérieures influent sur la longévité des appareils ou plus précisément sur ce qu'on appelle la fiabilité des composants. On
détermine cette dernière depuis peu d 1 années en fonction d'une nouvelle contrainte qui est
l'action des rayonnements. Il ne fait aucun doute que l'apparition soudaine de ce nouveau
paramètre soit due au développement rapide de la recherche spatiale. D'u-.e façon plus
gvl..érale l'action des rayonnements doit être prise en considération chaque fois qu'il est
nécessaire de réduire au minimum la protection des matériels pour des raisons de poids
ou d'encombrement. Les satellites soumis aux rayonnements spatiaux ne sont pas seuls concernés par cet impératif ; il faut citer également les fusées balis'iques prévues pour traverser des zones oti ont lieu des explosions nucléaires et les sous-marins à propulsion nucléaire dont l'appareillage doit être rapproché du réacteur.
Cette étude est plutôt un résumé qu'une synthèse sur le comportement des éléments
car, en effet, la cause de certains phénomènes n'est pas encore bien déterminée. De cette
façon elle aura peut-être une plus grande utilité pratique.
Les sources bibliographiques sur ce sujet, proviennent en quasi-totalité des numéros de l'IEE publiés à l'issue de conférences annuelles et citées au début des références.
Cette thèse se compose de * ois parties.
D'abord, il apparaît nécessaire pour mieux comprendre la suite, de rappeler
succinctement les effets des rayonnements sur les matériaux semi-conducteurs.
Puis on examine le comporteirent des diodes et transistors à injection, FET et
MOS vis à vis des rayonnements. Il faut remarquer que la partie traitant des diodes n'est
pas superflue puisque ces dernières jouent un grand rôle dans les circuits intégrés, comme
nous le verrons.
Ensuite, après un rappel sur le technologie actuelle des circuits intégrés, on
précise les principaux phénomènes observés dans ces circuits lorsqu'ils sont soumis aux
rayonnements. On constate notamment que le comportement des circuits logiques intégrés
s'explique facilement à partir de celui des composants discrets.
CHAPITRE I
EFFETS DES RAYONNEMENTS SUR LES MATERIAUX SEMI-CONDUCTEURS
1.1 - Interactions rayonnement-solide
Les interactions dépendent à la fois de la nature du rayonnement, de son énergie
et de la matière considérée. Sans entrer dans le détail des divers processus mis en jeu qui
sont par ailleurs récapitulés sur la figure I, nous définirons brièvement les modifications
auxquelles on aboutit dans le cas d'un solide monocristallin.
Parmi celles-ci, il faut remarquer que les défauts de structure qui ont depuis
longtemps fait l'objet de recherches en physique fondamentale gardent toujours un grand
intérêt.
a) - Effets de déplacements
Ils résultent de la collision suffisamment énergique d'une particule avec un noyau
d'atome du réseau cristallin et engendrent des défauts de structure parmi lesquels on peuf
citer les lacunes, interstitiels, paires de Frenkel (ou paire lacune-interstitiel) et encore les
cascades de déplacements atomiques.
Des études récentes ont montré l'influence de l'orientation initiale du cristal sur
ces déplacements (anisotropie) G. DEARNALEY [2l] P.C. BANBURY [22].
Il faut encore signaler, en plus de ces défauts qualifiés de primaires, la formation, par migration-guérison, de nouveaux types de défauts et, en présence d'impuretés, la
formation des complexes Iacune7impureté ou interstitiel-impureté.
b) - Effets nucléaires
Ils se caractérisent par une transmutation et peuvent produire un dopage mais par
suite de leur faible fréquence de production on n'en tient généralement pas compte. Signalons
cependant l'utilisation de ce genre de dopage pour la fabrication de diodes n - i - p par
transmutation du silicium en phosphore.
c) - Amas thermique - (thermal spike)
C'est un désordre collectif localisé dans le volume provenant de l'arrêt brutal
d'une particule chargée - P. BARUCH [20], Cet effet s'apparente aux effets de déplacements
mais ne peut être assimilé à ces derniers.
d) - Ionisation
ii a'agu Jt 1'ejection ic qM^innoq électrons du cortège périphérique des atomes
et c'est en quelques sorte l'effet le plus bénin puisqu'après disparition du rayonnement, il
ne laisse aucune trace dans la structure du cristal.
- 5 -
- 4 -
On peut, en première approximation, calculer le nombre (G) de paires créées
de vie avant et après irradiation <T O ~ 10 „ s), * le "»« .ntégré
et T sont les durées
particules incidentes et K, une constante de proportionnalité qui dépend de la nature
« également du nombre de porteurs présents dans le matériau pendant l'irra-
T
pour un flux gamma donné - E . A . CARR [24]
G
=
E
T
=
C m
T- • 7
diation.
Le tableau ci-dessous donne quelques valeurs de K, dans le cas d'un flux de neu-
où G est le nombre de paires créées, E l'énergie absorbée par unité de volume, m la den-
trons.
sité du matériau, C le coefficient d'absorption, e l'énergie nécessaire pour créer une paire
13
3
et 7 le flux de gammas - G est de l'ordre de 4,3.10
paires/cm . rad. pour le silicium.
1.2 - Influences sur les propriétés électriques
a) - Influence des défauts de structure
Le cristal parfait n'existe pas et à la température normale un certain nombre de
défauts apparaissent en équilibre thermodynamique avec le réseau cristallin, cependant en
(juantité généralement négligeable. L'augmentation du nombre de défauts primaires dû aux
rayonnements provoque nécessairement une migration et même un certain pourcentage de
guérison jusqu'à la formation d'un ensemble de défauts plus stables. P. BARUCH [20],
Diverses méthodes de détection et de mesure des défauts ont été mises au point
récemment (résonnance de spin électronique, mesure de durée de vie, spectrométrie, infrarouge).
En ce qui concerne les propriétés électriques, de récentes recherches ont montré
que les défauts de structure agissent suivant le cas comme nouveaux centres de recombinaison, de diffusion ou de capture vis-à-vis des porteurs c'est à dire qu'ils créent de nouveaux niveaux d'énergie dans la bande interdite. VAVILOV [17] - WATKINS [18]. La figure
(2) donne un aperçu de la position de ces niveaux d'énergie supplémentaires à l'intérieur de
la bande interdite provenant de certains défauts et impuretés.
La valeur de l'énergie de FERMI se trouve également modifiée. On constate que
l'augmentation du nombre des défauts tend à transformer un semi-conducteur initialement
dopé "n" ou "p" :
U faut remarquer ,ue la longueur de diffusion des porteurs L lement une loi semblable :
2° - Mobilité des porteurs
Les vibrations du réseau entraînent une plus grande diffusion des porteurs et donc
une diminution de leur vitesse moyenne. Par suite, la mobilité diminue et les études de
HILL [23] ont montré que, approximativement, l'inverse de la mobilité obéissait à une loi
linéaire en fonction de la dose :
- en semi-conducteur intrinsèque pour le silicium
- en semi-conducteur de type "p" pour le germanium.
La figure (3) donne un exemple de la variation du niveau de FERMI en fonction
du nombre de défauts pour le germanium.
—
M
C'est proportionnellement la grandeur la plus modifiée de toutes. L'apparition
de défauts, en créant de nouveaux centres de recombinaison, accroît la probabilité de ce
dernier phénomène. En supposant d'autre part que le nombre de défauts créés est proportionnel au flux du rayonnement et se rappelant que l'inverse de la durée de vie équivaut à
une probabilité, on aboutit en première approximation à la loi de LOFERSKI [19]
= — -i- K x *
uo
»
38 - Variation du nombre de porteurs
On montre que, si la position des niveaux d'énergie introduits par les défauts
b) - Variation des grandeurs liées aux porteurs
1° - Durée de vie des porteurs minoritaires
. T suit éga-
dans la bande interdite est assez éloignée des limites de cette bande, la diminution du
nombre de porteurs libres est approximativement égale au nombre de défauts créés, c'està-dire :
N
• NO - S *
II faut également remarquer que les variations de la mobilité et du nombre de
porteurs affectent la conductivité a donnée par o = N.u.q.
En outre on sali que ie ph^aumèue U'ioi'lsaticn produit une fnigmetrtation du nombre
de porteurs libres mais celle-ci cesse avec l'irradiation ce qui n'est pas le
défauts.
- 6 - 7 -
I- 3 - Classification des effets
De ce qui précède il ressort que l'action des rayonnements sur les propriétés
électriques des matériaux se classe en deux catégories : les effets permanents et les effets
transitoires.
C H A P I T R E II
Les effets permanents proviennent des modifications de structures et se caractérisent par une action permanente même après toute irradiation. Il faut alors un certain
apport d'énergie, par exemple un recuit, pour obtenir une certaine guérison des défauts et
supprimer partiellement ces effets.
Les effets transitoires, appelés ainsi par opposition, se caractérisent par leurs
COMPORTEMENT DES COMPOSANTS DISCRETS SEMI-CONDUCTEURS
dépendance étroite avec la valeur du flux instantané et disparaissent avec celui-ci. Ils proviennent uniquement de l'ionisation des atomes du cristal.
Dans ce qui suit le comportement des éléments sera classé suivant ces deux
catégories.
II-1 - DIODES (24) à (29)
a) Expression générale du courant inverse
Afin d'être plus clair, il est bon de se rappeler l'expression du courant inverse en
présence d'un flux ionisant.
S n.
w i
2 T
U
le terme
le terme
+ G (L + S )
p
w'
1
ni
+ I
si
IV
I : dû à la diffusion dans le volume
II : à la génération dans la zone de charge d'espace
le terme III : à l'effet des rayonnements ionisants (effet transitoire)
le terme IV : aux courants de fuite de surface
La définition des symboles est reportée en fin de cet ouvrage,
b) Effets permanents
1 - Polarisation inverse
Dans l'expression précédente de I on voit que le terme I est le terme permanent,
c'est-à-dire indépendant du flux instan*nné. On en déduit que le courant inverse permanent
varie comme — ou —-— tant que le nombre de porteurs n'est pas trop modifié, c'est-à-
S
VT P
dire qu'il est, eu raison de la loi de Loferski, proportionnel à la racine carrée de la dose
lorsque cette dernière est suffisamment élevée :
,
T A , „ * ~i 1/2
En ce qui concerne la tension d'avalanche ou la tension Zener suivant le cas,
certains auteurs font état de très légères modifications.
La capacité de la jonction diminue légèrement en fonction de la dose reçue par
suite de \a diminution du nombre de porteurs libres du côté le moins dopé de la jonction.
Le temps de recouvrement est aussi moutue.
- 9 -
- 8 -
2 - Polarisation directe
d) Schéma pratique
La tension directe totale d'une diode est composée de trois termes séries : une
D'après F1NNELL et al [42] on peut rendre compte de l'action de la dose * et de
tension de la jonction proprement dite et deux tensions dues à la résistance des zones p et
n. En ce qui concerne la tension de la jonction on sait que sa valeur est proportionnelle au
• intensité d'ionisation 7 sur une diode à l'aide d'un schéma équivalent représenté sur la figure 5.
logarithme de l'inverse du courant de fuite (courant inverse) donc diminue lentement en fonc-
i!_2 - TRANSISTORS A PORTEURS MINORITAIRES [30] à [44]
tion de la dose excepté pour les diodes p-i-n où l'on observe une augmentation, M.A.XAVIER
a) Expression générale du gain en courant
[29]. Quant à la résistance des deux extrémités elle est affectée par la diminution de la
On rappelle que le gain en courant (3 d'un transistor à injection est donné par
mobilité et du nombre de porteurs libres donc augmente en fonction de la dose.
Sans aller plus loin dans cette analyse, on peut répumer le comportement des dio-
l'expression : (transistor PNP) :
des de la façon suivante :
SW
- jonctions abruptes p-n : augmentation de la résistance dynamique en direct.
13
- jonctions p-i-n : augmentation de la tension de coude
1
— \i
> \( v
W
AS
D A
P
a
e
L
ne
K
- jonctions diffusées (très utilisées actuellement) : compromis entre les deux
précédentes.
ill
il
c) Effets transitoires
L'ionisation ne modifie sérieusement que le courant inverse, le courant direct étant
où
le terme
IV
I est dû à la recombinaison en surface
souvent de valeur élevée. La contribution au courant inverse due à l'ionisation est donnée
le terme
II à l'efficacité d'injection
principalement par le terme III de l'expression du paragraphe a) - soit :
le terme III à la recombinaison en volume
le terme IV à la recombinaison dans la zone de charge d'espace.
i
p
= q A G ( L
+ S )
p
w '
b) Effets permanents
1 - Polarisation inverse
Mais il ne faut pas perdre de vue que cette valeur e&t atteinte en régime établi
et qu'il existe préalablement un régime transitoire constitué en fait de deux termes (6) :
Un transistor est dit polarisé en inverse lorsque le sens de la tension base-émet-
- un premier terme qui suit quasiment les variations de flux et qui résulte de
l'ionisation de la zone de depletion.
teur est inverse de celle permettant normalement le passage du courant. En fait dans cet
- un second terme provenant de la diffusion des nouvelles charges crées dans le
reste du volume et suivant le flux avec un certain retard.
comportement du transistor vis à vis des rayonnements sera donc essentiellement déterminé
De nombreux auteurs ont étudiés ces effets transitoires 6 - 7
A titre d'exemple
état il existe toujours un courant qui est le courant inverse de la diode base-collecteur. Le
par cette diode inverse. On se reportera au paragraphe précédent pour connaître les modifications subies par cette dernière.
nous donnerons l'expression du courant créé par un échelon de flux produisant G paires
d'ions :
i
=
qAG
2 - Polarisation directe
Le paramètre le plus important d'un transistor est le gain tsn courant p dont on a
donné l'expression précédemment. Celui-ci à fait l'objet de nombreuses études qui montrent
W + L. erf ( ±
u (1
toute
II faut ajouter à ce courant d'ionisation dans le volume, un courant d'ionisation de
surface qui peut ne pas être négligeable si la diode n'est pas protégée par un enrobage de
matière isolante. Dans ce cas, en effet, les ions créés dans le gaz ambiant peuvent être
attirés vers la zone de jonction.
La figure 4 représente la variation des composantes du courant inverse I
en
r
fonction d'un flux d'électrons. Le graphique du bas fait ressortir la variation du courant
permanent vis à vis du courant transitoire disparaissant avec le flux.
l'importance des dégradations de la durée de vie. Les modifications du gain qui ont
été observées s'interprètent de la façon suivante :
Le phénomène dominant s'avère être la modification de la recombinaison en volume,
qui intervient dans le gain par le terme in :
1 /
W \2
2 V Lpb
/
Ftant rtormé la relation L2
pb
*
=D • T
r>
A
v
, il s'ensuit une dégradation du gain propor-
tionneue aux variations de la durée de vie, c'est-à-dire de façon explicite en se servant de
la relation donnée par LOFERSKI :
- 10 -
- 11 -
Cette variation reste en pratique négligeable.
- une modification des temps de commutation, comme suit :
- le temps de montée diminue d'abord avec la durée de vie, puis recroît avec
le montre
élevées, le
proportionnellement à la dose.
Lorsque le transistor possède par construction
[31] :
gain
décroît
1
conformément à la relation :
= T.10g
t
une base uniforme on montre que,
es
1-0.9
0 = —
+0,194
PI,
le temps d'emmagasinage diminue fortement en cours d'irradiation :
o
co
- une augmentation de la résistance de saturation par suite de la diminution
de la mobilité et du nombre de porteurs libres.
- pour certains transistors, il apparaît un effet semi-permanent dû à un phé-
j u s q u ' à une certaine saturation, du nombre de centres de recombinaison en surface. Selon
certains auteurs, BRUCKER [33], J. PIGNERET [34], l'écart introduit peut-être formulé
ainsi :
avec
2 D
es
- Une dégradation plus rapide du gain en début d'irradiation qui disparaît d'ailleurs
au bout d ' u n e certaine dose. A l'heure actuelle on attribue ce phénomène à l'accroissement,
^ T . log T.
t
Cette loi caractérise bien la dégradation du gain ; cependant l'expérience montre
q u ' i l se produit certaines anomalies parmi lesquelles il faut citer :
nomène de surface. Ce phénomène consiste en un dépôt d'ions du gaz remplissant le boitier
sur la surface du transistor au voisinage des jonctions, et ceci particulièrement dans la technique MESA . Il s'ensuit une très large augmentation du courant de fuite du transistor pouvant
n<
réduire considérablement le gain. Cependant un tel effet peut être éliminé par simple élévation
- Une influence de la polarisation sur la dégradation. Ceci s'explique par le i'ait
de température.
que la polarisation commande la densité de porteurs libres présents dans le matériau au
c) Effets transitoires
cours de l'irradiation et que cette densité influe légèrement sur la valeur de la constante de
dégradation K de la durée de vie.
Que ce soit en polarisation directe ou inverse, l'ionisation modifie surtout le courant
dans les jonctions. On observe principalement un phjtocourant dans la diode inverse base-
Il est intéressant de souligner que l'utilisateur éventuel pourra se servir des
collecteur que l'on appelle photocourant primaire. On l'appelle ainsi pour le distinguer du
nomographies que l'on trouve dans la littérature et qui permettent d'obtenir sans calcul la
photocourant secondaire qui apparaît également dans le collecteur •. c'est une fraction du
dégradation du gain de divers transistors soumis à certains rayonnements [35] [36].
photocourant primaire qui, injectée dans la jonction base-émetteur et amplifiée p fois par
La figure 6 illustre l'action des divers termes composant le gain sur sa décroissance en fonction de la dose reçue #. On retrouve ici le résultat bien connu suivant lequel
effet transistor donne ce courant.
Comme pour les diodes, le photocourant primaire est une fonction compliquée des
les transistors H.F. résistent mieux aux rayonnements, ce qui s'explique par l'épaisseur
très réduite de leur base W.
caractéristiques du flux ionisant (intensité, durée) et des paramètres de l'élément irradié
La figure 7 montre l'importance des corrections dues aux anomalies qu'il faut
apporter à la loi théorique de dégradation du gain. On retrouve l'influence déjà signalée
de la polarisation et de la recombinaison en surface.
les expressions d£c villées de ce courant tels que ceux de WIRTH and ROGERS [25],
outre :
Le gain en courant 0 n'est pas le seul à subir des dégradations, il faut noter en
lectrode:». - comme il a été vu pour des diodes, une légère diminution des capacités interé- une augmentation du BVCCO tendant, lorsque le gain p tend vers l'unité,
v-ileur de B . lnnn*»lle, au contrair^ "'
aussi il est préférable que l'utilisateur éventuel se reporte directement aux articles donnant
E.A. CARR [37], J.J. SAMUELI [31].
Des programmes de calcul de ces effets ont également été élaborés parmi lesquels
on peut citer le TRAC (Transient Radiation Analysis by Computer) décrit par C.T.KLEINER
et al [44].
En pratique, on retiendra d'après J.T. FINNELL et al [4l]
effets transitoires suivant :
- un photocourant primaire dont l'amplitude approximative pour les transistors
silicium est :
variation de lî
[42] les principaux
_a
= 1,2.10'
i
t . 7
PP
n
2_
,2
k T
~q~"
(Radiation Storage Time) approxl-
„ o-,,'.»»
- un temps d'emmagasinage
n
mativement donné par :
log
io
- 13 -
- 12 -
t
s
- transconductance :
étant le temps d'emmagasinage et 7 exprimé 2n Rad/s.
Elle décroît proportionnellement à la conductivité a = p . f i . q ce qui explique l'allure
d) Schéma pratique
plus rapide de sa dégradation comparativement à celle de V comme on peut le constater sur
Le schéma équivale* d-un transistor n-p-n soumis aux rayonnements est représenté sur la figure 8. Les parameU-es fonction du rayonnement (dose * et intensité 7, indiqués permettent dans une certaine mesure de prévoir son comportement.
II-3 - TRANSISTORS A EFFET DE CHAMP (FET)
Nous rappellerons simplement l'expression des grandeurs suivantes :
- fréquence de coupure : décroît comme la cciductivité.
- impédance d'entrée : diminue par suite de l'augmentation du courant inverse de
la jonction gâte-source qui, on se souvient, est dû à la dégradation de la durée de vie.
- la transconductance maximum :
- résistance de saturation : elle tend à augmenter comme l'inverse de la conducL a
R
m
- rapport I/g : il conserve en fonction de V la même pente mais diminue linéaiG
rement avec la dose w.
- temps de transit : croît avec l'inverse de la mobilité.
a) Expression des grandeurs caractéristiques,
gm
la figure 9.
tivité évidemment.
Il est important de noter qu'en raison de la bien plus grande sensibilité aux rayonnements de la durée de vie des porteurs minoritaires en comparaison à la conductivité, on
- tension de saturation (pinch-off) :
considère généralement les transistors à injection comme bien moins résistants (environ
100 fois moins) que les transistors FET. Cependant d'après B.L. GREGORY et F. M. SM1TS
o
2 e
2
e
- temps de transit :
T.
=
i
2
n . vD
[45] il semble que cette appréciation qualitative soit fausse ou plus exactement fondée sur
une comparaison trop superficielle. Ces auteurs pensent que seuls les FET ayant une tension
de pinch-off bien supérieure à 10 volts doivent être sensiblement plus résistant aux rayonnements que les transistors bipolaires.
.;) Effets transitoires
- fréquence de coupure :
a o
c
4.JT. e
- impédance d'entrée :
Z
e
= impédance de la diode gâte-source.
Bien que le transistor à effet de champ paraisse présenter une excellente résistance aux dégradations permanentes il ne semble pas, en raison même de l'extrême rareté
des articles publiés concernant ses effets transitoires, avoir été beaucoup utilisé en présence de rayonnements. Ce fait est dû très certainement aux difficultés de sa polarisation
qui exige en effet deux tensions inverses et ainsi le défavorise nettement vis-à-vis du transistor MOS. Pour la même raison, son utilisation dans les circuits intégrés logiques est
b) Effets permanents
rare. Malgré tout, il faut signaler que la présence d'un flux ionisant produit de toute évi-
Avec ce type de composants, l'influence de la durée de vie qui était prépondérante
dence une augmentation du courant drain I
dans le cas deô transistors à injection disparaît au profit de la conductivité ou plus exactement du nombre de porteurs majoritaires et de leur mobilité. C'est donc la dégradation
de ces grandeurs qui explique le comportement sous irradiation des transistors à effet de
champ dont on donne ci-dessous les principales caractéristiques :
- tension de saturation ou de "pinch-off" V
P
Elle décroît linéairement à partir d'une certaine dose 4 par suite de la diminution
de '.s densité des porteurs majoritaires suivant l'expression :
p - (N - N .) - a *
a
d
ofi n est une constante
Un exemple de dégradation de V est donné sur la figure 9.
en montage source commun et cela en raison de :
- l'ionisation en volume du canal
- l'augmentation du courant de fuite d'entrée c'est-à-dire de la jonction inverse
gâte-substrat. Ce courant de fuite passant dans la résistance RG modifie la tension de polarisation dans le sens d'une augmentation du courant !_.
II-4 - TRANSISTORS M.O.S. ET EFFETS DE SURFACE [47] à [55]
a) Expression des grandeurs caractéristiques
Les expressions des principales grandeurs sont les suivantes :
- tension de seuil
T
- 15 -
- 14 -
- courant drain en régime non saturé
- diminution de la transconductance g m en fonction de la dose * provenant à la fois
d e l à modification du canal d'inversion et de la mobilité y . La figure 11 donne un exemple de
ia variation de g .
D
- augmentation du courant de fuite de la jonction p-n inverse du drain.
- augmentation de la résistance du canal,
La saturation I
=I
est atteinte pour
V
D
= V
G
c) Effets transitoires [50] [51]
~V
Lorsqu'un tel élément se trouve soumis à l'ionisation on constate, ce qui n'est pas
- transconductance maximjm
surprenant, une variation du courant ID positive ou négative suivant que le substrat est le
type N ou P.
M
^
DS
ms
V
En fait, cette variation résulte de trois effets :
- une augmentation du courant inverse de la jonction drain
DS
- une modification de V
b) Effets permanents
due à la production de charge dans le canal d'inversion.
- une production d'un courant induit (toujours positif quel que soit le type) dans
L'expérience montre que la sensibilité aux rayonnements des transistors MOS,
contrairement à ce que l'on pouvait espérer en ne supposant qu'une dégradation de la conductivité, est beaucoup plus grande que celle des transistors à injection. Ce comportement ne
peut s'expliquer que par l'apparition de phénomènes autre que ceux déjà exposés et dus à la
présence de la couche d'oxyde de silicium. Actuellement, toutes les particularités observées
ne sont pas expliquées de façon précise mais on s'accorde à en attribuer l'origine aux phé-
moins la polarisation.
Les deux derniers effets étant prépondérant, on peut écrire [51] :
I
D
= gs
(V + V )
m ( T G'
Etant donné que le transistor MOS se fabrique aisément et s'adapte très bien aux
circuits intégrés, il existe de nombreuses études à son sujet.
nomènes suivants :
- une apparition de charges fixes positives dans le volume de l'oxyde due à l'ionisation des pièges de cet isolant et à la migration d'ions d'impuretés. Il en résulte une modification de la répartition de la charge d'espace initialement située près de l'interface isolant
II - 5 CONCLUSION GENERALE SUR LE COMPORTEMENT DES COMPOSANTS
DISCRETS
Le tableau suivant est un résumé, d'après Ph. GLOTIN [66], de ce qui vient d'être
décrit concernant l'influence des phénomènes de base sur le comportement des composants.
semi-conducteur.
- une apparition de charges à l'interface isolant semi-conducteur ayant des propriétés particulières (surface state charges), sans oublier en plus l'action des états rapides de
surface (fast surface states). Pour plus de détails on pourra consulter l'ouvrage A.S.GROVE
[H].
Ces phénomènes entrent dans la composition de ce qu'on appelle les effets de surface. Ils restent encore assez mal compris et apparaissent également dans les capacités MOS, le
transistor à injection procédé planar. En ce qui concerne les capacités, la figure 10 montre
l'allure des variations de la capacité d'entrée d'un transistor MOS en fonction de la dose et de
chaque type de phénomènes. On peut dire approximativement que la dérive en volts, observée
après une certaine dose, de la courbe C en fonction de V
l'entrée (gâte) qui, en fonction delà valeur de la résistance extérieure Rr , modifie plus ou
est proportionnelle à un facteur
q/ c près au nombre de défauts supplémentaires créés sur l'interface.
Sans entrer dans plus de détails nous mentionnerons simplement les caractéristiques
suivantes du comportement des transistors MOS sous rayonnement
[47] à [55]
- variation vers des valeurs plus négatives de la tension de seuil V , ce qui résulte
de l'apparition de charges positives dans l'oxyde. La loi de variation en fonction de la dose *
n'est pas linéaire et s'approche de * a avec a évoluant entre 0,3 et 0,5. Elle est généralement
lorternent dépendante des conditions de polarisation comme on peut le voir sur la figure 12 où
T est la valeur du rapport cyclique entraînant avac lui une certaine valeur moyenne de la tension modulée V _ .
u
De tout cet exposé on peut conclure que les effets produits sont très divers mais
qu'ils peuvent se classer en deux catégories ; les effets transitoires et les dégradations permanentes. Sur le plan pratique ces deux types d'effets n'ont pas la même importance.
Les effets transitoires dus à une augmentation instantannée du nombre de porteurs
libres se manifestent par l'apparition d'imnulsions parasites et des modifications de la polarisation. Ils ne laissent donc aucune trace après irradiation. Il sera possible dans bien des
cas de les prévoir et d'atténuer leurs effets par des dispositions de circuits appropriées.
Les dégradations permanentes ne sont pas instantannées mais en pratique irrémédiables. Elles inquiètent évidemment beaucoup plus les techniciens et de la sorte justifient le
grand nombre d'études entreprises à leur sujet. C'est à partir d'une meilleure compréhension
des phénomènes que l'on espère améliorer la fiabilité des composants et des appareillages.
En ce qui concerne les nombreux éléments entrant dans la fabrisation des appareillages, et pour information, on pourra consulter le tableau delà figure (13) qui schématise la
rapidité des dégradations de divers matériaux. La zone sombre indique l'écart de dose séparant une dégradation sensible d'une dégradation inadmissible. Les semi-conducteurs sont loin
d'être les plus résistants.
La figure (14) permet de comparer la dégradation du gain des transistors M.O.S. ,
F.E.T. et à injection procédé Planar.
Phénomène
de base
Ionisation
Action sur le matériau
Action électrique
Action sur les composants
Semi-conducteurs rgénération de
porteurs en excès, pas de variation de la mobilité
Augmentation de la conductivité génération dans la charge d'espace
FET. : diminution de R canal
diodes : augmentation de I
transistors : dégradation de 0
Isolants : formation d'une charge
d'espace positive
Apparition d'un champ interne inversion aux interfaces
diodes : augmentation de I
transistors •. dégradation de 0
MOST : déplacement de V
air : formation et migration
d'ions
Dépôts d'ions sur les surfaces
inversion en surface
diodes : augmentation de I
transistors : dégradation de £
Semi-conducteurs : vitesse de
recombinaison augmente
diminution de la durée de vie des
porteurs minoritaires
diodes : diminution de t
O
Déplacements
Réactions
nucléaires
r
et 1/1
transistors : diminution de t
' a
s
et £
perturbation de l'ordre cristallin
diminution des mobilités des majoritaires et minoritaires
FET. : augmentation de R canal
MOST : augmentation de R canal
augmentation du piègeage
diminution du nombre de porteurs
majoritaires
variation du niveau de Fermi
diminution de la tension aux bornes des jonctions
FET. • diminution de g
m
MOST : diminution de gB
m
diodes : diminution de la tension
de coude
isolants : création de dislocations
diminution de la tension de claquage
MOST : diminution de la tenue
en tension
création de pièges aux interfaces
effet tunnel isolant - semi-conducteur
MOST : déformation de la
courbe C (V)
Semi-conducteur : modification
du dopage
diminution de la tension aux bornes
des jonctions
diodes : diminution de la tension
de coude
variation du niveau de Fermi
- 19 -
- 18 -
- pour les résistances :
- soit au moyen de zones diffusées P, ou plus rarement N
+
(résistances très faibles)
- soit par déoôt de matériaux en films minces directement sur la
surface isolante de silice
- pour les capacités :
- soit à l'aide de capacités de transition des jonctions P-N
polarisées en inverse
- soit par capacités de structure M. O.S.
- soit encore, dans le cas de faibles tensions, par l'utilisation de la
charge de diffusion Q accumulée dans la base d ' u n transistor ou dans
une diode .
Ces composants, de même que leur caisson d'isolement et en raison de leur
structure P-N, introduisent des éléments parasites constituées de diodes inverses et de
capacités de transition. La figure 15 montre la disposition de ces éléments.
III-2 - Effets permanents
Nous venons de voir que le circuit intégré est d'abord une justaposition de composants simples tels que transistors, diodes, résistances, capacités. Le comportement de ces
éléments a déjà été examiné dans le chapitre II et le tableau de la figure 18 en rappelle les
caractéristiques essentielles. Le circuit intégré est aussi constitué d'éléments parasites dQ
aux caissons d'isolement qui dans la technologie actuelle ont la structure de diodes à jonction.
Son comportement vis-à-vis des rayonnements sera dicté par l'ensemble de ces éléments.
D'après les études expérimentales effectuées sur un certain nombre de circuits
intégres par plusieurs auteurs notamment HAMMAN [56], BOWMAN [61] , PERKINS [58],
il ressort que la cause essentielle des dégradations permanentes doit être recherchée, par
ordre d'importance, dans :
- la dégradation du gain des transistors
- l'augmentation des courants de fuite
D'après HAMMAN [56] il vient ensuite '.a variation de la résistivité, de la tension
directe de diode, des capacités de jonction.
En ce qui concerne le comportement de l'ensemble du circuit intégré ce même
auteur [56] constate que les effets observés se classent suivant deux catégories :
- le régime statique :
- augmentation de la tension seuil d'entrée
- augmentation de la tension bas niveau de sortie (phénomène le plus
important).
- le régime dynamique :
II s'agit de la variation des durées caractéristiques.
- retard initial t, (delay time) : dépend des constantes du circuit base
du transistor et de la tension de seuil
- temps de croissance t
(rise tims) : lié au transistor
- temps d'emmagasinage t
(storage time) : lié au transistor
8
- temps de décroissance t. (fall time) : croît ou décroît
circuit
suivant le
- 20 -
- 21 -
III- 3 - Effets transitoires
d'où
G =
Si dans le cas des effets permanents l' influence des éléments parasites provenant
n
(L+W)
de la technologie intégrée actuelle apparaît insignifiante dans la majorité des cas, au conG est le nombre de paires d'ions produits dans le silicium c'est-à-dire
13
G = 4.10 . 7, 7 en Rads/sec. On obtient ainsi le seuil critique du flux dont on donne
traire elle prend beaucoup d'importance dans les effets transitoires.
Les études expérimentales conduisent toutes à attribuer la cause de ces effets
ci-dessous quelques valeurs :
transitoires aux facteurs suivants, notamment d'après BOWMAN [61] :
- la constitution générale du circuit y compris la technologie employée pour le
réaliser
- les photocourants primaires des jonctions, base-collecteur et autres, largement
dominés par les photocourants collecteur-substrat lorsqu'ils existent
Portes DTL
Seuil de perturbation état
non-conducteur Rads (Si)/ s
Portes RTL, RCTL
fanout = 5
- assez rarement un déclenchement d'effet thyristor parasite qui d'ailleurs ne
semble pas spécifique aux irradiations.
Fairchild
DTuL930
5.108
4. 107
Fairchild
MW^L910
En ce qui concerne le comportement de la fonction intégrée c'est-à-dire de l'en-
GME
254-G3
134D2
DTL-20
1.108
8
4.10
GME
Hughes
2.10 8
g
1.10
AMELCO
"G"
SPRAGUE
USO104A
Tex. Inst.
SN512
semble du circuit elle se déduit des facteurs précédents suivant chaque cas particulier. Cependant pour les portes C . L . I , on constate d'après LONG [57] :
- un basculement de l'état de non conduction à l'état de conduction par photocourants substrat.
Motorola
MC-206
Signetics
9004H
5.10
i.io
8
3,5. 108
6
2.10 6
- un basculement en sens inverse provenant des variations induites à l'entrée
(variation de tension porte pour un transislo-"- M. O.S.).
- état conducteur :
III -4 - Résultats sur quelques circuits intégrés logiques
Le défaut résulte d'une décroissance du courant collecteur et s'observe moins
fréquemment que le précédent. Pour qu'une telle décroissance ait lieu il faut que l'inten-
Ces résultats sont soustraits particulièrement de l'article de PERKINS et
sité du courant dans l'électrode de commande, généralement la base, soit supérieure au
MARSCHALL [58] rendant compte d'une étude effectuée sur de nombreux types de circuits
photocourant collecteur substrat. Une telle condition explique à la fois le comportement des
(34 types) digitaux monolithiques intégrés, tant en ce qui concerne les effets transitoires
portes DTL et RCTL et l'insensibilité des portes RTL. En effet l'existence des diodes et
que les effets permanents.
capacités d'entrée des circuits DTL et RCTL conduit, en raison du procédé d'isolement
a) Effets transitoires dans les circuits intégrés RTL, DTL, RCTL et
Flip-Flop
par caisson, à une surface de jonction inverse entre l'entrée et le substrat beaucoup plus
grande. La figure 18 donne, pour une porte DTL, le sens du courant ainsi introduit.
Le critère choisi pour déterminer le seuil critique du flux, dans ce cas modulé
Enfin il faut signaler que l'impulsion de sortie V
en impulsion, est l'apparition d'une perturbation en sortie du circuit suivant (chan^e-ne it
S
varie en signe et en amplitude
d'état logique). Dans les calculs c'est la marge de bruit qui est prise comme seuil cri-
en fonction de la tension d'alimentation V
et devient pratiquement nulle lorsque cette der-
tique.
nière est suffisamment élevée , relativement à l'intensité de l'ionisation.
Que ce soit dans l'état de conduction ou non, il apparaît qu'une meilleure tenue aux
La réponse des circuits soumis à l'ionisation dépend de l'état conducteur ou non
effets transitoires sera obtenue si :
du transistor de sortie et c'est généralement dans l'état non conducteur que l'effet est le
plus sensible.
- on utilise des résistances de charge intera dans les portes DTL
- état non conducteur :
- la géométrie des jonctions est plus petite
La réponse des portes dépend essentiellement du photocourant collecteur substrat
- les résistances du circuit sont plus faibles
- de faibles longueurs de diffusion sont réalisées
de valeur bien plus élevée que le photocourant secondaire. La figure (17) donne le sens des
courants créés.
Le photocourant i
- la tension d'alimentation est plus élevée.
est donné par :
ic = q G A (L + W)
II peut atteindre 200 u A pour 108 Rads (Si)/ sec. On en déduit, si e est la
n
marge de bruit de l'état conducteur
=e
n = - R, i
o
L c
n
b) Effets permanents dans les circuits intégrés RTL. DTL. RCTL
*w
I
Comme il a été dit précédemment les dégradations permanentes résultent de la
chute du gain en courant /3. Elles seront donc observées et mesurées seulement dans l'état
et io. ùot>e ci U^uti i
oVL'& ueterminee par ie ruveau
de sortie ne permettant plus de maintenir une marge de bruit correcte pour le circuit sui13
vant. Sur cette base les tests ont donné une dose critique *tfa de l'ordre de 10 à
I0 1 4 n.v.t pour un facteur de charge de sortie de 10 à 15. Il est possible de retrouver ces
- 23 -
- 22 -
résultats par un calcul assez simple tenant compte seulement de la dégradât-on du gain,
. ,s
et pour lequel on pourra toujours se reporter à cet article (58).
en
Toutes ces études permettent notamment
> prévoir le comportement des maté-
ambiance spatiale. Pour cette sorte d'utili
Ion d'autres problèmes annexes doi-
nt être résolus tels que la prévision des rayonnements, l'effet des blindages, la valeur
Les tests qui ont été effectués montrent que :
lestests (simulation des flux spatiaux en laboratoire), le problème du tri unitaire. On a ici
- les circuits RCTL sont plus sensibles aux dégradations que les circuits RTL ou
DTL
- le seuil de la dose perturbatrice *th augmente proportionnellement avec le gain
initial du transistor
un aperçu des difficultés qu'il faut surmonter.
- le seuil * pour les portes RTL et RCTL décroit avec le facteur de charge de
sortie <ie Ta porte précédente,
avenir on peut espérer que l'étude de tous les effets permettra d'améliorer sensiblement la
En outre il ne faut pas oublier que certains effets des rayonnements sont positifs,
tels que le dopage par transmutation ou le durcissement par préirradiation. Dans un proche
- le seuil * des portes RTL décroit avec le facteur de charge de sortie.
th
fiabilité des composants.
CONCLUSIONS GENERALES
Cette étude a montré l'importance des effets des rayonnements sur les composants
semiconducteurs. Le comportement de ces éléments fait actuellement l'objet de nombreuses
recherches et on a vu que certains phénomènes restaient encore à éclaircir, en particulier
pour le transistor MOS.
Le comportement des circuits intégrés se déduit de celui des éléments constitutifs auquel il faut cependant ajouter celui de certains éléments parasites tels que diodes,
transistors, capacités, surtout en ce qui concerne les effets transitoires. On peut espérer
que dans un proche avenir de nouvelles méthodes d'isolement permettront d'atténuer ces
effets parasites.
Le tableau suivam montre , d'après J. LACOUR [63] les avantages et inconvénients de certains types de circuits intégrés. Ce sont les C.I. composés de transistors à
effets de champ dont l'intégration se réalise difficilement qui semblent présenter la plus
grande robustesse vis à vis des rayonnements.
Type de circuit intégré
transistors
à injection
Intégration
Circuits réalisables
digital
aisé^
analogique
Durée de vie
utile sur l'orbite de D2
Critère
tous circuits
intégrés lents
et rapides
tous circuits
intégrés
5 ans
Y '20 %
- différentiels
- amplificateurs
- multiplexeurs
100 ans
Y- •"•'•
- multiplexeurs
transistors
à effet de
champ
difficile
grosses difficultés de
circuits
transistors
M. O.S.
aisée
tous circuits
lents
* avec blindage de 2mm d'aluminium
15 jours
* 1 an
(non polarisé)
AV
v
T
on °/
- 20
/°
I
-1
1
- 24 -
- 25 -
BIBLIOGRAPHIE
NOTATIONS
dose ou flux intégré (en particulier flux de neutrons)
7
intensité du flux (généralement gamma)
q
D
charge de l'électron
T
durée de vie (T , T )
L
longueur de la diffusion (L
e
énergie d'ionisation
c
coefficient d'absorption
A
surface de la jonction considérée
P
n
densité des porteurs positifs ou trous
W
épaisseur de la base
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Manuscrit reçu le 27 M<ti 1969
paires de Frenkel
centre
E
it C p h
Silicium classique
Silicium très pur
- Figure 2 - Niveaux d'énergie associés à la présence d'impuretés et à l'irradiation dans le silicium à 100 °K
Nd-Na=1018
0,1 02
03
Na-Nd=1016
1
0.5
0.6
- Fig. 1 -
Na-Nd=1018
L..
û.7
1018
10i19
• Figure b - Variation du niveau de Fermi en fonction du nombre de défauts
[ cas du Germanium ]
entale
(électrons)
L
influence de la surface JZf
K(arbitraire)
3
2
10,11
1012
1013
electrons/cm 2
10,U
I +CD
1
influence de la densité de courant
i*rp_
10 11
-(gammas)
J1013
10 12
10U
- Figure 5 Schéma du comportement des diodes
- Figure 4 -
3
2
1
2
3
4
influence de la polarisation
- Figure 7 -
J.
dégradation (dégradation de (destruction
de la durée la conductivité I du cristal
de vie
(mobilité)
transistors H.F.
mt*—ft-
B
transistors BF
- Figure 6 -
- Figure 8 Comportement du transistor
5x10,
8v
Vp (tension de blocage)
6v
_1mv
9m (transconductance max)
2v -0,5mu
10U
10 '
16
1Q17 Electrons/cm2
10I
- Figure 9 -
10
- Figure 11 -
10'
Dégradation du CBNFET
electrons/cm2
C B NM O S T
SiOj
Si
Al
Si
SiO<
©
O
O
O
O
effet tunnel
(vol
15
o
1000
c/c,
Charges dans
l'oxyde
Pièges à l'interface
- Figure 10 -
10
10,12
Variation de V
1013
- Figure 12 -
1015 dose/cm2
pour diverses polarisations
- Figure 13 comparaison entre les vitesses de dégradation des matériaux
333 caissons d'isolement N
ES diffusion P
£23 diffusion N*
CD silice
SiOi
HZ] aluminum Al
- Figure 15 -
- Figure 17 Phc/tocourants primaires
- Figure 18 Photoc ourant s
te Service Central de Documentation du C,E,Aa
Centfe d'Etudes Nucléaires de Saefay
Bofte Postale B» 2
91 - GIF-sur-YVETTE
(France)
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