СПОСОБ ИСПЫТАНИЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ФОТОПРИЕМНИКОВ Российский патент 2001 года по МПК H01L21/66 G01R31/26 

Изобретение относится к способам испытаний полупроводниковых приборов на стойкость к воздействию нейтронного излучения с энергией 14 МэВ по результатам испытаний на стойкость к гамма-нейтронному излучению реактора со средней энергией нейтронов (1,0-3,0) МэВ с использованием коэффициентов перерасчета, в частности фотодиодов, применяемых в системах управления и ориентации.

Известен способ определения стойкости полупроводниковых приборов к нейтронному излучению с энергией 14 МэВ, заключающийся в облучении приборов нейтронами с энергией 14 МэВ на нейтронном генераторе и измерении параметров до и после облучения [3аитов Ф.А., Литвинова Н.М., Савицкая В.Г., Средин В. Г. Радиационная стойкость в оптоэлектронике.- М.: Воениздат, 1987, с. 24].

Недостатком указанного способа является существование нейтронных генераторов, создающих нейтроны с энергией 14 МэВ, в единичных экземплярах и как следствие невозможность проведения на них регулярных испытаний и высокая стоимость подобных испытаний.

Наиболее близким по технической сущности и принятым за прототип является способ испытаний кремниевых биполярных транзисторов, при котором отношение коэффициентов усиления биполярных транзисторов, облученных реакторными нейтронами и нейтронами с энергией 14 МэВ, составляет ~(2,2-2,5) [Luenera T.F., Kelly J.G., Stein H.J. Neutron damage equvalente for silicon, silicon dioxide and gallium arsenide//IEEE Trans. Nucl. Sci. - 1987, vol. NS-34, N 6, p. 1557].

Недостатком данного способа является невозможность однозначного применения указанных коэффициентов пересчета к фотоприемникам, так как стойкость к радиационным воздействиям зависит от различных механизмов сбора носителей, реализованных в фотоприемниках различных классов.

Целью изобретения является осуществление моделирования воздействия нейтронов с энергией 14 МэВ реакторными нейтронами на фотоприемники, повышение достоверности таких испытаний; сокращение стоимости испытаний полупроводниковых приборов на радиационную стойкость.

Указанная цель достигается тем, что при определении стойкости к нейтронному излучению с энергией 14 МэВ осуществляется облучение гамма-нейтронным излучением со средней энергией нейтронов (1,0-3,0) МэВ и для определения стойкости к нейтронному излучению с энергией 14 МэВ используют коэффициент пересчета (0,8-3,0).

Учитывая, что очень часто установки, создающие нейтроны с энергией 14 Мэв, просто недоступны, облучение гамма-нейтронным реакторным излучением со средней энергией (1,0-3,0) МэВ с использованием соответствующих коэффициентов пересчета является единственным способом определения радиационной стойкости полупроводниковых приборов к нейтронам с энергией 14 МэВ. Введение указанных коэффициентов пересчета позволило максимально приблизить условия моделирования к реальным условиям воздействия дестабилизирующих факторов и тем самым повысить достоверность результатов испытаний при минимальных затратах.

Допустимые пределы коэффициентов пересчета определялись эмпирическим путем по результатам исследований, проведенных на фотоприемниках различных классов. Значения коэффициентов пересчета определяются тем, что стойкость фотоприемников различных классов к различным радиационным воздействиям зависит от механизма сбора носителей, реализованного в этих фотоприемниках и определяется соотношением скоростей протекания процессов уменьшения диффузионной длины и возрастания ширины области пространственного заряда при облучении. Конкретные оптимальные значения коэффициентов пересчета выбирают в зависимости от характеристик исходного полупроводникового материала и структуры p-n перехода.

Предлагаемый способ был aпробирован при исследованиях радиационной стойкости фотодиодов.

В качестве параметров-критериев работоспособности фотодиодов выбраны следующие:
I_т - при U_р= 3В - темновой ток;
S_i - интегральная чувствительность к источнику типа "А".

Все параметры-критерии замеряют перед началом работы и после каждого воздействия.

Для определения радиационной стойкости приборов:
- одну партию фотодиодов облучают гамма-нейтронным потоками излучения реактора со средней энергией нейтронов (1,0-3,0) МэВ;
- аналогичную партию фотодиодов облучают потоками нейтронов с энергией 14 МэВ.

По результатам испытаний определяют коэффициент пересчета эффективности воздействия реакторных нейтронов со средней энергией (1,0-3,0) МэВ и нейтронов с энергией 14 МэВ как отношение потоков нейтронов различных энергией, вызывающих одинаковое изменение параметров-критериев

где Fn _реакт. - поток реакторных нейтронов;
Fn14 - поток нейтронов с энергией 14 МэВ.

Описываемый вновь вводимый способ испытаний возможно предложить благодаря одинаковому характеру изменения параметров-критериев фотодиодов при воздействии нейтронов реактора и нейтронов с энергией 14 МэВ.

Коэффициент пересчета, определенный по (1.1), эффективности влияния гамма-нейтронного реакторного излучения со средней энергией нейтронов (1,0-3,0) МэВ и нейтронов с энергией 14 МэВ составляет (0,8-3,0) в зависимости от класса фотодиодов и от описываемого параметра.

Аналогичные результаты получены и для фотоприемников других классов.

Таким образом, предложенный способ позволяет моделировать воздействие нейтронов с энергией 14 МэВ воздействием реакторными нейтронами, что существенно сокращает стоимость испытаний. Введение коэффициентов пересчета, учитывающих особенности работы фотоприемников различных классов, позволяет повысить достоверность результатов моделирования.

Предлагаемый способ относится к способам испытаний полупроводниковых приборов на стойкость к воздействию нейтронного излучения с энергией 14 МэВ. Технический результат изобретения заключается в осуществлении моделирования воздействия нейтронов с энергией 14 МэВ реакторными нейтронами на фотоприемники с наибольшей достоверностью, сокращении стоимости испытаний. Сущность: для определения стойкости фотоприемников к нейтронному излучению с энергией 14 МэВ используют коэффициенты пересчета (0,8-3,0) относительно эффективности воздействия нейтронов реактора.

Способ испытаний фотоприемников на стойкость к воздействию нейтронного излучения, включающий облучение фотоприемников потоками импульсного гамма-нейтронного излучения со средней энергией нейтронов (1,0 - 3,0) МэВ и измерение параметров до и после облучения, по изменению которых определяется радиационная стойкость фотоприемников, отличающийся тем, что стойкость к нейтронному излучению с энергией 14 МэВ определяется по результатам испытаний на стойкость к импульсному гамма-нейтронному излучению со средней энергией нейтронов (1,0 - 3,0) МэВ с коэффициентом пересчета потоков реакторных нейтронов к потокам нейтронов с энергией 14 МэВ - К = 0,8 - 3.