钝化层结构对氚辐伏电池转换性能的影响

在辐射伏特效应同位素电池(辐伏电池)中,器件的辐伏转化性能不仅受限于换能器件所用的半导体材料、结构或加载放射源的种类,还受换能器件表面钝化层结构的影响。为在氚化钛源加载的平面单晶硅PN结辐伏电池(氚辐伏电池)中得到最佳的钝化效果,本文设计了3种不同的钝化层结构,考察其初始输出性能和抗辐射性能,并单独研究了氚化钛源出射的X射线对单晶硅换能器件的辐射损伤。结果显示:在辐伏电池初始输出性能方面,Si/SiO2/Si3N4结构Si/B-Si glass/Si3N4结构Si/Si3N4结构;在抗氚化钛源辐射损伤方面,Si/Si3N4结构Si/B-Si glass/Si3N4结构Si/SiO2/Si3N4结构,Si/B-Si glass/Si3N4结构具有最佳的抗X射线辐射衰减性能。氚化钛源出射的X射线对辐射损伤效应起主要作用,XPS结果显示,X射线长时间辐照造成了单晶硅表面平整性的破坏。     

BPSG膜双极晶体管的抗电离辐照性能研究

对SiO2+BPSG+SiO2钝化结构和SiO2+SiN钝化结构的双极晶体管和JW117集成稳压器进行了60Co的γ辐照和不同温度下退火行为研究。结果表明,覆盖BPSG钝化膜的器件抗辐照性能明显强于SiN钝化膜的器件。BPSG对Na+具有很好的吸收作用,SiO2层中的Na+很大部分被吸收到BPSG膜中,降低了双极晶体管基区的表面复合速率,减少过剩基极电流,这可能是BPSG钝化膜器件抗辐照性能好的主要原因。通过对器件辐照后不同温度下的退火实验,保证了BPSG钝化膜器件辐照后的工作可靠性。     

电离辐射下双界面Si3N4/SiO2/Si的等离激元

用X光激发电子能谱(XPS)分析技术对Si3N4/SiO2/Si双界面系统经60Co电离辐照前后处于纯Si态的一级等离激元(定位于B.E. 116.95 eV)、处于SiO2态的一级等离激元(定位于B.E. 122.0 eV)和处于Si3N4态的一级等离激元(定位于B.E. 127.0 eV)进行了研究.实验结果显示:存在一个由Si3N4态等离激元和SiO2态等离激元构成的界面及由SiO2态等离激元和Si态等离激元构成的界面,在电离辐射的作用下,SiO2态-Si3N4态等离激元界面区中心向Si3N4态表面方向推移,同时SiO2态/Si3N4态等离激元界面区亦被展宽;电离辐照相当程度地减少位于SiO2态-Si态界面至Si衬底之间SiO2态的一级等离激元的浓度:同时偏置电场对SiO2/Si界面等离激元有显著作用.文中就实验现象以光电子能损进行了机制分析.     

离子束辅助沉积制备TiN/Si3N4纳米超硬膜的工艺研究

采用离子束辅助沉积法(Ion beam assisted deposition,IBAD)在单晶硅片上进行沉积制备了TiN/Si3N4纳米复合超硬薄膜;研究了辅助束流、轰击能量和Ti:Si靶面积比等工艺参数对TiN/Si3N4超硬纳米复合薄膜性能的影响.此外采用纳米硬度计、光电子能谱(X-ray photoelectron spectrum,XPS)和x射线衍射分析(X-raydiffraction,XRD)方法研究了纳米复合薄膜的性能、成分与组织结构;采用原子力显微镜(Atomic forcemicroscopy,AFM)分析了薄膜的表面形貌,并初步探讨了TiN/Si3N4纳米复合超硬薄膜的生长机理.     

Si3N4／SiO2叠层栅MOS电容抗辐照总剂量研究

本论文主要分析了SiN4/SiO2叠层栅MOS电容总剂量效应,叠层栅MOS电容中SiO2为20nm,Si3N4厚度分别为40nm和110nm,通过辐照前后电容CV曲线的对比分析,发现CV曲线的正方向漂移主要是由于界面态电荷的作用,同时氧化物俘获电荷也起到一定的作用.同时也发现叠层栅中Si3N4越厚,将产生越多的界面态电荷和氧化物俘获电荷.     

CMOS电路的动态辐射效应

本文研究了CMOS电路在电子辐照下阈电压的漂移与栅偏压、辐照剂量、电子能量的函数关系。同时对无钝化膜和用Al_2O_3、SiO_2、Si_3N_4钝化的CMOS电路的辐照效应进行了比较。     

钝化膜晶体管的电子辐照效应

本文介绍了Al_2O_3单层钝化膜及Al_2O_3-SiO_2双层钝化膜掩蔽下的外延PNP-3CK2型开关晶体三极管,在高能电子辐照下性能变化的情况,并与无膜管子的辐照情况作了对比。     

Ar+离子辐照对锆4合金耐腐蚀性能的影响

为了研究辐照损伤对锆4合金电化学耐腐蚀性能的影响,使用直线加速器产生单电荷载能Ar+,在液氮温度下辐照样品表面,产生缺陷.然后,测量辐照后锆4合金的电化学极化曲线,使用钝化电流密度作为评定腐蚀性能的指标,分析不同注量Ar+离子辐照对锆4合金钝化电流密度的影响.同时使用透射电子显微镜分析不同注量Ar+辐照下锆4合金损伤层的微观结构.实验结果表明在低离子注量范围内(＜3×1014/cm2),随着辐照量的增加钝化电流密度升高,耐腐蚀性能降低;在中等离子注量范围内(3×1014-1×1016/cm2),随着辐照量的增加钝化电流密度急速下降,耐腐蚀性能显著提高;在高离子注量范围内(1×1016-1×1017/cm2),随着辐照量的增加钝化电流密度又开始增加,耐腐蚀性能再次降低.最后,根据原子碰撞理论对实验结果进行了理论分析.     

用于同位素电池的储能复合电极的可行性研究

借鉴太阳能电池Ti/Pd/Ag复合电极的设计方案,将其优化设计为Ti/Pd/Au复合电极并加载氚源,以此验证同位素源与换能器件整合的可行性。在N型单晶硅基体上制备电极,为研究氚在电极中的行为,用氘气模拟氚气对电极进行同位素加载,采用XRD、SEM和四探针研究复合电极的储氚性能、微结构、电学性能等的变化。结果表明：复合电极能吸附氘并生成TiD_x（x≤2）,具备一定的储氚性能;在Ti与Si界面处出现了TiSi₂相,表明膜基间发生了合金化,这提高了复合电极与硅基体的结合强度,同时降低了接触电阻;10^-4 Ω•cm量级的表面电阻率基本可满足对电极导电性能的要求。由此可见,Ti/Pd/Au复合电极应用于伏特效应同位素电池是可行的。     

316NG不锈钢在硼-锂溶液中的电化学腐蚀行为研究

利用电化学方法获得316NG不锈钢（316NG）在300℃、pH=5~8硼-锂溶液中的极化曲线和交流阻抗（EIS）,并绘制相应水化学条件下的电位-pH图。结果表明:碱性条件下钝化区尤其是二次钝化区极化电流急剧减小,pH=7~8时阳极极化表现出3次钝化现象,偏碱性条件极化阻抗显著高于偏酸性和近中性条件,说明碱性条件下316NG表面钝化膜保护效果更佳。pH=5时电化学极化后样品表面主要生成Cr₂O₃和Fe₂O₃;碱性条件下（pH=6~8）样品表面氧化膜为分层结构:最外层为Fe₃O₄,随深度增加开始出现NiFe₂O₄,内层成分主要为FeCr₂O₄。随着电导率升高,溶液电阻、电荷传递电阻和钝化膜电阻均显著降低。依据极化曲线绘制的电位-pH图与文献结果相吻合。      

氚/单晶硅器件辐伏电池模型及样机的长期稳定性研究

采用氚化钛源原位辐照和加速器低能电子束加速辐照实验,研究基于氚化钛/单晶硅PN结器件的氚辐伏电池模型和实验室组阵型电池原型样机的长期稳定性。测试电池模型和电池样机的氚辐伏输出随辐照时间的变化,分析辐照对单晶硅PN结型器件的本征暗特性和器件表面层材料缺陷的影响。结果表明,氚化钛源原位辐照电池模型在115 d的辐照中辐伏输出没有明显的衰减,辐照后单晶硅器件的本征暗特性曲线变化微小。电池模型的加速器低能电子束加速辐照实验表明,加速辐照在相同电子注量下对电池造成远大于氚源原位辐照的性能损伤,但损伤仅在辐照最初期快速产生,随后基本保持稳定,电子顺磁能谱（ESR）测试加速辐照60 min单晶硅器件材料的缺陷没有明显增加。组阵型实验室电池原型样机在64个月的室温储存中,基本单元的辐伏输出性能衰减比氚的自发衰变衰减有小幅增大,增大幅度小于11.4%;另外,组阵中单元之间串并联电连接有部分失效,这是后续应重点关注的问题。     

Chemical and Structural Aspects of the Irradiation Behavior of SiO2 Films on Silicon

Similarly to vitreous silica, irradiation of Sio2 films on silicon releases bond strain by creating network defects and a small increase in density and a decrease in polarizability. In contrast, the density of quartz crystal decreases and its polarizability increases during irradiation. These effects are due to the basic trend of maximizing ?-bonding and minimizing bond strain in the Si-O network. From the irradiation-generated electron-hole pairs, the holes are trapped in narrow and localized ?-bands at ~0.4 eV above the SiO2 valence band while the electrons move rather freely. This hole trapping is an intrinsic property of the Si-O bond. Hole trapping also occurs at the Si/SiO2 interface where interface states are generated. It is suggested that this process involves breaking surface Si-H bonds. Results obtained with various analytical techniques demonstrate that hydrogen present in various forms in the oxide film plays a crucial and complex role in the irradiation behavior of Si/SiO2 interface structures.     

Defect Structure and Irradiation Behavior of Noncrystalline SiO2

Various phenomena occuring during ionizing or particle irradiation of vitreous silica and Si-SiO2 interface structures are explained. Densification and changes in bond polarizability are due to the basic trend of maximizing ?-bonding between Si and O atoms with minimum bond strain. Hole trapping in SiO2, as exhibited, e.g., in irradiated MOS devices, is an intrinsic property of the Si-O bond. Irradiation generates trivalent Si and non-bridging O defects. These interact with impurities, especially SiOH and SiH groups, as well as with interstitial H. These defects determine the radiation behavior of vitreous silica and Si-SiO2 interfaces, as well as the stability of MOS devices.     

注氟MOSFET的质子辐照效应

对干Ｏ２和Ｈ２＋Ｏ２栅氧化注Ｆ的Ｓｉ栅Ｐ沟和Ｎ沟ＭＯＳＦＥＴ进行了８ＭｅＶ和１２ＭｅＶ质子辐照试验，通过分析阈电压和Ｌｄｓ－Ｖｇｓ亚阈特性的辐射响应，发现ＭＯＳ结构栅介质中Ｆ的引入能明显抑制辐射感生氧化物电荷的积累和Ｓｉ／ＳｉＯ２界面态的产生，导致ＰＭＯＳＦＥＴ较小的阈电压负向漂移和ＮＭＯＳＦＥＴ阈电正向回漂，且不受质子辐照能量的影响。     

Thin Film Silicon on Silicon Nitride for Radiation Hardened Dielectrically Isolated Misfet's

The permanent ionizing radiation effects resulting from charge trapping in a silicon nitride isolation dielectric has been determined for a total ionizing dose up to 107 rads (Si). Junction FET's, whose active channel region is directly adjacent to the siliconsilicon nitride interface, were used to measure the effects of the radiation induced charge trapping in the Si3N4 isolation dielectric. The JFET saturation current and channel conductance versus junction gate voltage and substrate voltage were characterized as a function of the total ionizing radiation dose. The experimental results on the Si3N4 are compared to results on similar devices with SiO2 dielectric isolation. The ramifications of using the silicon nitride for fabricating radiation hardened dielectrically isolated MIS devices are discussed.     

Experimental Observations of the Chemistry of the SiO2/Si Interface

Changes in silicon surface preparation prior to thermal oxidation are shown to leave a signature by altering the final SiO2/Si interface structure. Surface analytical techniques, including XPS, static SIMS, ion milling, and newly developed wet-chemical profiling procedures are used to obtain detailed information on the chemical structure of the interface. The oxides are shown to be essentially SiO2 down to a narrow transitional interface layer (3-7 ?). A number of discrete chemical species are observed in this interface layer, including different silicon bonds (e.g., C-, OH-, H-) and a range of oxidation states of silicon (0 ? +4). The effect of surface preparation and the observed chemical species are correlated with oxide growth rate, surface-state density, and flatband shifts after irradiation.     

L82C87集成电路的总剂量辐射效应研究

对ＳｉＯ２／Ｓｉ３Ｎ４复合栅结构Ｌ８２Ｃ８７电路的电离辐射效应，退火特性及损伤机理进行了研究，探讨了用ＳｉＯ２／Ｓｉ３Ｎ４复合栅结构对大规模集成电路进行抗辐射加固的可行性。