先進(jìn)半導(dǎo)體材料及器件的輻射效應(yīng)

內(nèi)容概要

本書在介紹輻射環(huán)境、空間應(yīng)用器件的選擇策略以及半導(dǎo)體材料和器件的基本輻射效應(yīng)機(jī)理的基礎(chǔ)上，介紹IV族半導(dǎo)體材料、GaAs材料、硅雙極器件以及MOS器件的輻射損傷，接著介紹了基于GaAs材料輻射加固的場效應(yīng)晶體管及空間應(yīng)用的光電子器件，最后對先進(jìn)半導(dǎo)體材料及器件的應(yīng)用前景進(jìn)行展望。    本書特別強(qiáng)調(diào)輻射效應(yīng)的基本物理，介紹的內(nèi)容反映當(dāng)前半導(dǎo)體材料及器件輻射效應(yīng)和輻射加固技術(shù)研究的最新進(jìn)展，對于相關(guān)領(lǐng)域的研究及應(yīng)用均具有重要的參考價(jià)值。    本書適合于從事空間技術(shù)及高能物理研究和應(yīng)用，以及從事輻射加固半導(dǎo)體器件及制造等領(lǐng)域的廣大科技人員閱讀，也可以作為相關(guān)領(lǐng)域研究生及大學(xué)生的教學(xué)參考書。

書籍目錄

符號表希臘符號表第1章　輻射環(huán)境及器件選擇策略　1.1  引言　1.2  輻射環(huán)境　　1.2.1  空間環(huán)境　　1.2.2  高能物理實(shí)驗(yàn)　　1.2.3  核環(huán)境　　1.2.4  天然環(huán)境　　1.2.5  加工工藝引入的輻射　1.3  器件選擇策略　1.4  小結(jié)第2章　半導(dǎo)體材料及器件的基本輻射損傷機(jī)理　2.1  引言　2.2　基本損傷機(jī)理　　2.2.1  計(jì)量單位　　2.2.2  電離損傷　　2.2.3  位移損傷　2.3  輻射損傷對器件特性的影響　　2.3.1  電離損傷　　2.3.2  位移損傷　2.4　微觀輻射損傷的譜學(xué)研究　　2.4.1  電子順磁共振（EPR）　　2.4.2  深能級瞬態(tài)譜（DLTS）　　2.4.3  光致發(fā)光譜（PL）  2.5  小結(jié)第3章　Iv族半導(dǎo)體材料中的位移損傷　3.1  引言　3.2  硅的位移損傷　　3.2.1  硅的輻射缺陷　　3.2.2  輻射缺陷對硅器件的影響　　3.2.3  襯底及器件的加固　　3.2.4  硅輻射缺陷的小結(jié)  3.3  鍺的位移損傷　　3.3.1  Ge的潛在應(yīng)用　　3.3.2  Ge的低溫輻照　　3.3.3  Ge的室溫輻照　　3.3.4  輻射損傷對Ge材料及器件的影響　　3.3.5  Ge輻射缺陷的小結(jié)  3.4  SiGe合金的位移損傷　　3.4.1  SiGe材料的性質(zhì)及應(yīng)用　　3.4.2  SiGe的輻射損傷　　3.4.3  SiGe加工工藝引入的輻射損傷　　3.4.4  SiGe器件的輻射損傷　　3.4.5  SiGe合金輻射損傷小結(jié)  3.5  Ⅳ族半導(dǎo)體總的小結(jié)第4章　GaAs的輻射損傷　4.1  引言　4.2　基本符號及定義　4.3  GaAs中原生的及輻射引入的點(diǎn)缺陷　　4.3.1  GaAs中的原生點(diǎn)缺陷　　4.3.2  GaAs中的基本輻射缺陷　　4.3.3  GaAs中中子及離子引入的輻射缺陷……第5章　硅雙極工藝的究竟輻射效應(yīng)第6章　硅MOS器件的輻射損傷第7章　基于GaAs的輻射加固效應(yīng)晶體管第8章　用于究竟的光電子器件第9章　先進(jìn)半導(dǎo)體材料及器件的前景展望參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第1章　輻射環(huán)境及器件選擇策略　　1.1　引言　　半導(dǎo)體器件及材料在工作時(shí)所遭受的輻射量，主要取決于輻射環(huán)境以及它們的工作條件。在空間及軍事應(yīng)用中，存在苛刻的輻射環(huán)境。而在器件制造過程中，甚至在地面上的一般工作情況下，器件也可能遭受電離輻射的影響。因此，在1.2節(jié)中簡潔地評述不同的輻射環(huán)境，并指出器件面臨的典型粒子譜，但只是描述一些重要的性質(zhì)，當(dāng)需要時(shí)將在有關(guān)的章節(jié)中給出更多的細(xì)節(jié)。另一個(gè)重要的問題是，現(xiàn)在越來越趨向于采用貨架(COTS)方法設(shè)計(jì)衛(wèi)星及空間計(jì)劃中所用的系統(tǒng)。這種COTS方法涉及到器件選擇策略，將在1.3節(jié)中予以介紹。　　1.2　輻射環(huán)境　　通常，輻射環(huán)境可以劃分為以下幾種：　　·空間；　　·高能物理實(shí)驗(yàn)；　　·核環(huán)境；　　·天然環(huán)境；　　·加工工藝引入輻射?！　∶糠N環(huán)境都有它的粒子譜及能量分布。不同環(huán)境之間可以產(chǎn)生相互作用，例如，在器件制造過程中形成的損傷會影響在空間飛行器中的器件特性。有關(guān)輻射環(huán)境的詳細(xì)討論可以參閱參考文獻(xiàn)，本書只對一些關(guān)鍵的問題作簡短的評述?！　?.2.1　空間環(huán)境　　在空間環(huán)境中主要有以下幾種帶電粒子：　　·范·艾倫帶中捕獲的質(zhì)子及電子；　　·地磁層中捕獲的重離子；　　·宇宙射線中的質(zhì)子及重離子；　　·太陽耀斑產(chǎn)生的質(zhì)子及重離子?！　∵@些輻射源的輻射水平強(qiáng)烈地依賴于太陽的活動。太陽的活動周期通常分為2個(gè)主要階段，即太陽最小和太陽最大。太陽周期平均為ll年，其中太陽最小為4年，太陽最大為7年。也曾報(bào)道過太陽最小為9年，而太陽最大達(dá)l3年的。采用輻射環(huán)境的模型，必須考慮到太陽活動的周期。　　范·艾倫帶最早是由范·艾倫及其合作者在探險(xiǎn)工作中發(fā)現(xiàn)的，它主要由地磁場中捕獲的高達(dá)幾兆電子伏的電子以及高達(dá)幾百兆電子伏的質(zhì)子組成，其中只有很少百分比像O+這樣的重粒子。從幾百千米到6000千米的低空稱為“內(nèi)帶”，有高能電子的6000km以上的高空稱為“外帶”。一旦帶電粒子被捕獲，洛倫茲力便控制它們在地磁層中的運(yùn)動?！　妮椛溆^點(diǎn)看，電離總劑量(TID)是一個(gè)嚴(yán)重的問題，因?yàn)樵诳臻g飛行的壽命時(shí)間內(nèi)，它可以達(dá)到幾十萬拉德(Si)。對于劑量的詳細(xì)計(jì)算，必須考慮衛(wèi)星的高度、傾角以及采用的屏蔽措施。在范·艾倫“內(nèi)帶”中發(fā)現(xiàn)的質(zhì)子，它們對MIR工作站及往返飛行是重要的。除了TID以外，另外的現(xiàn)象是單次事件翻轉(zhuǎn)(SEU)。Da·ly等用輻射帶的一些模型對這些問題作了很多的評估，這些模型是AP.8及AE.8，其中：“P”指同質(zhì)子相關(guān)，“E”指同電子相關(guān)，“8”是模型的版本號。最初，對這些模型(它用太陽最小及太陽最大二者進(jìn)行設(shè)計(jì))的研究是為了簡單的總劑量應(yīng)用，而不是為了同單次事件翻轉(zhuǎn)、充電或非軌道飛行相關(guān)的一些更復(fù)雜的問題。最近l0年，從空間飛行器和衛(wèi)星中收集到大量的資料發(fā)現(xiàn)，必須特別注意南大西洋的近點(diǎn)距離(SAA)，它是內(nèi)區(qū)的內(nèi)邊。

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