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 S E R V I C E C E N T R A L DE D O C U M E N T A T I O N DU C E A

DaC.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 figurentdans It plan de- classification ci-dessous et peuvent être obtenues soit en collections comple-ts. soit f«n collections partielles d'apr.'-s ces catégories.

Ceux de nos correspondants qui reçoivent systématiquement nos bibliographies à titred'échange. <•» qui sont intéresses par cette diffusion sélective, sont priés de se reporter àla 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 aunuméro à partir de 1968 par la Direction de la Documentation Française, 31, quai Voltaire,Paris Te.

PLAN Di: CLASSIFICATION

1.

2.2.

3.

3.

3.* •

3.

4.

M'PI \<-\ !IO\S l\ l>rsi mKLLKS DESIMHOPES KT I)KS KAYOXXKMKXTS

ItlOUXilK Kl MKDKCIXK

1 |liol<>:>ie mwrale2 liuluMteurs nucléaires en biologie3 Mi-decme «lu travail4 R.i«liobiolo}>ie, radioastronomie5 M »-dec me nucléaire

C I I I M I K

1 Chimie générale et organique.C'liiii iu- physique

2 Ch.n.u- aunlyt que3 Pr«»e»t l« s <lr s«* pu rut K>n4 Kudinchiiitie

S DU DOMAINE DE L'ESPACE

C.KOPHYSIQUE. GEOLOGIE,.MINEHALOGfE ET METEOROLOGIE

»!. METAl 'X , CERAMIQUESr/r A U P R E S MATERIAUX

(>. 1 Fabrication, pixiprit'tés et structuredes matériaux

6, 2 Effets des rayonnements sur lesmatériaux

(5. 3 Corrosion

7. NEUTRONIQUE, PHYSIQUE ETTECHNOLOGIE DES REACTEURS

7. 1 Neutronique et physique des réacteurs7. 2 Refroidissement, protection, contrôle

et sécurité7. 3 Matériau* de structure et éléments

classiques des réacteurs

!',. PHYSIQUE

8. 1 Accélérateurs8. 2 Klectricite, électronique, détection des

rayonnements8. '< Physique des plasmasa. 4 PhysMiue des états condensés de la

ma'iere8. 5 Physique corpusculaire à haute énergie8. (5 Physique nucléaire8. 7 Optique, électronique quantique8. 8 Physique atomique et moléculaire

!). PHYSIQUE THEORIQUEET MATHEMATIQUES

10. PROTECTION ET CONTROLE DESRAYONNEMENTS, TRAITEMENT DESEFFLUENTS

10. 1 Protection sanitaire10. 2 Contrôle des rayonnements10. 3 Traitement des effluents

11. SEPARATION DES ISOTOPES

12. TECHNIQUES

12.1 Mécanique des fluides, techniques du videet des hautes pressions

12.2 Transferts thermiques, techniques du froid<?t de la chaleur

12.3 Mécaninue, outillage12.4 Contrôle des matériaux

13. UTILISATION ET DEVELOPPEMENTDE L'ENERGIE ATOMIQUE

13.1 Centres d'études nucléaires, laboratoireset usines

13.2 Divers (documentation, administration,législation, etc.)

14. ETUDES ECONOMIQUES ET PROGRAMMES

«vi/..•* bihiloKnphie* du COMMISSARIAT I L'KSERGIE ITOMIQiE sont, à partir de 1968ntc 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 VoltaireP 4 RIS VU ème.

CEA-BIB-166 - DECUYPER Jean-Claude

SYNTHESE SUR LE COMPORTEMENT DES TRANSISTORS ET !)KSCIRCUITS INTEGRES VIS-A-VIS DES RAYONNEMENTS

Sommaire. - Depuis le début de l'ère spatiale et en raison e s sen t i< 'J. m'ni dela 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 rop ip • - t n idéfinitive. Elle comprend essentiellement trois parties :

Une première partie où l'on fait un rappel des princip mx * f f ^ • -lebase des rayonnements sur les matériaux semi-conducteurs.

Une seconde partie où l'on décrit le comportement des ccr.po.--.•• ,tsc'iscrets semi-conducteurs tels que diodes, transistors à jonction, . • . rtMOS.

Une troisième part ie contenant une descr ip t ion du co i . i po r t e ,< -. l « - scircuits intégrés actuels notamment ceux réalisant des fonctions l<y .< ,u f^ .

Une importante bibliographie, par ailleurs citée dans le t«>-- ;U ' , t t-mine 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 OCIRCUITS UNDER IRRADIATION

Summary. - Beginning with the spatial era and needed by tlie presen- t .' ir-radiation on the free space, many authors intensively study the effe. IK firradiation 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 ^ non the sem'.-conductor materials.

A second ptrt where is described the behaviour of semi-crm -actordevices as diodes, transistors, FET and MOS under irradiation.

A third part contains the description on the behaviour of 'o d.ty inte-grated circuits under irradiation, particularly of the integrated logic mo-dules.

A consequent bibliography, however pointed out in the text, is setat 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 Technologiede 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 1

I - RAPPEL DES PRINCIPAUX EFFETS DES RAYONNEMENTSSUR LES MATERIAUX SEMI-CONDUCTEURS 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 DISCRETSSEMI-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 TRANSISTORSET 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 longé-

vité des appareils ou plus précisément sur ce qu'on appelle la fiabilité des composants. On

détermine cette dernière depuis peu d1 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 con-

cernés par cet impératif ; il faut citer également les fusées balis'iques prévues pour traver-

ser des zones oti ont lieu des explosions nucléaires et les sous-marins à propulsion nuclé-

aire 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 numé-

ros 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.

C H A P I T R E 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 forma-

tion, 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.

- 4 - - 5 -

On peut, en première approximation, calculer le nombre (G) de paires créées

pour un flux gamma donné - E .A. CARR [24]

E C mG = T = T- • 7

où G est le nombre de paires créées, E l'énergie absorbée par unité de volume, m la den-

sité du matériau, C le coefficient d'absorption, e l'énergie nécessaire pour créer une paire13 3et 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, infra-rouge).

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 recombi-

naison, de diffusion ou de capture vis-à-vis des porteurs c'est à dire qu'ils créent de nou-

veaux 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 dela 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 initialementdopé "n" ou "p" :

- 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 fonctiondu nombre de défauts pour le germanium.

b) - Variation des grandeurs liées aux porteurs

1° - Durée de vie des porteurs minoritaires

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 propor-

tionnel au flux du rayonnement et se rappelant que l'inverse de la durée de vie équivaut àune probabilité, on aboutit en première approximation à la loi de LOFERSKI [19]

T et T sont les durées de vie avant et après irradiation <TO ~ 10 „ s), * le "»« .ntégré

diation.

trons.

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-

Le tableau ci-dessous donne quelques valeurs de K, dans le cas d'un flux de neu-

U faut remarquer ,ue la longueur de diffusion des porteurs L -

lement une loi semblable :

. T suit éga-

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 deHILL [23] ont montré que, approximativement, l'inverse de la mobilité obéissait à une loi

linéaire en fonction de la dose :

— = — -i- K x *M uo »

38 - Variation du nombre de porteurs

On montre que, si la position des niveaux d'énergie introduits par les défauts

dans la bande interdite est assez éloignée des limites de cette bande, la diminution dunombre de porteurs libres est approximativement égale au nombre de défauts créés, c'est-

à-dire :N • N

O - 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.

Les effets permanents proviennent des modifications de structures et se caracté-

risent 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

dépendance étroite avec la valeur du flux instantané et disparaissent avec celui-ci. Ils pro-

viennent uniquement de l'ionisation des atomes du cristal.

Dans ce qui suit le comportement des éléments sera classé suivant ces deuxcatégories.

C H A P I T R E I I

COMPORTEMENT DES COMPOSANTS DISCRETS SEMI-CONDUCTEURS

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 i2 T

+ G (L + S )p w' 1+ Isi

U ni IV

le terme I : dû à la diffusion dans le volume

le terme 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 VTP

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.

- 8 - - 9 -

2 - Polarisation directe

La tension directe totale d'une diode est composée de trois termes séries : une

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

logarithme de l'inverse du courant de fuite (courant inverse) donc diminue lentement en fonc-

tion de la dose excepté pour les diodes p-i-n où l'on observe une augmentation, M.A.XAVIER

[29]. Quant à la résistance des deux extrémités elle est affectée par la diminution de la

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-

des de la façon suivante :

- jonctions abruptes p-n : augmentation de la résistance dynamique en direct.

- jonctions p-i-n : augmentation de la tension de coude

- jonctions diffusées (très utilisées actuellement) : compromis entre les deuxprécédentes.

c) Effets transitoires

L'ionisation ne modifie sérieusement que le courant inverse, le courant direct étant

souvent de valeur élevée. La contribution au courant inverse due à l'ionisation est donnée

principalement par le terme III de l'expression du paragraphe a) - soit :

i = q A G ( L + S )p p w '

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 premier terme qui suit quasiment les variations de flux et qui résulte de

l'ionisation de la zone de depletion.

- un second terme provenant de la diffusion des nouvelles charges crées dans le

reste du volume et suivant le flux avec un certain retard.

De nombreux auteurs ont étudiés ces effets transitoires 6 - 7 A titre d'exemple

nous donnerons l'expression du courant créé par un échelon de flux produisant G pairesd'ions :

i = qAG W + L. erf ( ± u (1

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 êtreattirés vers la zone de jonction.

La figure 4 représente la variation des composantes du courant inverse I enr

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.

d) Schéma pratique

D'après F1NNELL et al [42] on peut rendre compte de l'action de la dose * et de

• intensité d'ionisation 7 sur une diode à l'aide d'un schéma équivalent représenté sur la fi-

gure 5.

i!_2 - TRANSISTORS A PORTEURS MINORITAIRES [30] à [44]

a) Expression générale du gain en courant

On rappelle que le gain en courant (3 d'un transistor à injection est donné par

l'expression : (transistor PNP) :

S W AS W

13 D AP a Le ne

1 ( — \> \ v iK

il ill IV

où le terme I est dû à la recombinaison en surface

le terme II à l'efficacité d'injection

le terme III à la recombinaison en volume

le terme IV à la recombinaison dans la zone de charge d'espace.

b) Effets permanents

1 - Polarisation inverse

Un transistor est dit polarisé en inverse lorsque le sens de la tension base-émet-

teur est inverse de celle permettant normalement le passage du courant. En fait dans cet

état il existe toujours un courant qui est le courant inverse de la diode base-collecteur. Le

comportement du transistor vis à vis des rayonnements sera donc essentiellement déterminé

par cette diode inverse. On se reportera au paragraphe précédent pour connaître les modifi-

cations subies par cette dernière.

2 - Polarisation directeLe 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

toute 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 \22 V Lpb /

Ftant rtormé la relation L2 = D • T , il s'ensuit une dégradation du gain propor-pb r> v* A

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 -

le montre

proportionnellement à la dose.

Lorsque le transistor possède par construction[31] :

élevées, le gain décroît

une base uniforme on montre que,

0 = — + 0 , 1 9 4o co

Cette loi caractérise bien la dégradation du gain ; cependant l'expérience montrequ ' i l se produit certaines anomalies parmi lesquelles il faut citer :

- Une dégradation plus rapide du gain en début d'irradiation qui disparaît d'ailleurs

au bout d 'une certaine dose. A l'heure actuelle on attribue ce phénomène à l'accroissement,

jusqu ' 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 formuléainsi :

avec n <

- Une influence de la polarisation sur la dégradation. Ceci s'explique par le i'ait

que la polarisation commande la densité de porteurs libres présents dans le matériau au

cours de l'irradiation et que cette densité influe légèrement sur la valeur de la constante dedégradation K de la durée de vie.

Il est intéressant de souligner que l'utilisateur éventuel pourra se servir des

nomographies que l'on trouve dans la littérature et qui permettent d'obtenir sans calcul la

dégradation du gain de divers transistors soumis à certains rayonnements [35] [36].

La figure 6 illustre l'action des divers termes composant le gain sur sa décrois-

sance en fonction de la dose reçue #. On retrouve ici le résultat bien connu suivant lequel

les transistors H.F. résistent mieux aux rayonnements, ce qui s'explique par l'épaisseurtrès réduite de leur base W.

La figure 7 montre l'importance des corrections dues aux anomalies qu'il fautapporter à la loi théorique de dégradation du gain. On retrouve l'influence déjà signaléede la polarisation et de la recombinaison en surface.

Le gain en courant 0 n'est pas le seul à subir des dégradations, il faut noter enoutre :

- comme il a été vu pour des diodes, une légère diminution des capacités interé-lectrode:».

- une augmentation du BVCCO tendant, lorsque le gain p tend vers l'unité,v-ileur de B . lnnn*»lle, au contrair^ "- '

variation de lî

n 2_,2

k T

~q~" n

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

1 conformément à la relation :

t = T.10g

1-0.9es

PI ,

le temps d'emmagasinage diminue fortement en cours d'irradiation :

t ^ T . log T.2 D

es

- 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-

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 tech-

nique MESA . Il s'ensuit une très large augmentation du courant de fuite du transistor pouvant

réduire considérablement le gain. Cependant un tel effet peut être éliminé par simple élévation

de température.

c) Effets transitoires

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-

collecteur que l'on appelle photocourant primaire. On l'appelle ainsi pour le distinguer du

photocourant secondaire qui apparaît également dans le collecteur •. c'est une fraction du

photocourant primaire qui, injectée dans la jonction base-émetteur et amplifiée p fois par

effet transistor donne ce courant.Comme pour les diodes, le photocourant primaire est une fonction compliquée des

caractéristiques du flux ionisant (intensité, durée) et des paramètres de l'élément irradié

aussi il est préférable que l'utilisateur éventuel se reporte directement aux articles donnant

les expressions d£c villées de ce courant tels que ceux de WIRTH and ROGERS [25],

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] [42] les principaux

effets transitoires suivant :- un photocourant primaire dont l'amplitude approximative pour les transistors

silicium est : _at . 7i = 1,2.10'

PP

„ o-,,'.»»- un temps d'emmagasinage

mativement donné par :

(Radiation Storage Time) approxl-

log io

- 12 -

t étant le temps d'emmagasinage et 7 exprimé 2n Rad/s.s

d) Schéma pratique

Le schéma équivale* d-un transistor n-p-n soumis aux rayonnements est repré-

senté sur la figure 8. Les parameU-es fonction du rayonnement (dose * et intensité 7, indi-

qués permettent dans une certaine mesure de prévoir son comportement.

II-3 - TRANSISTORS A EFFET DE CHAMP (FET)

a) Expression des grandeurs caractéristiques,

Nous rappellerons simplement l'expression des grandeurs suivantes :

- la transconductance maximum :

L a

gm mR

- tension de saturation (pinch-off) :

2 eo

2 e

- temps de transit :

i2T. = n .vD

- fréquence de coupure :

ca o

4.JT. e

- impédance d'entrée :

Z = impédance de la diode gâte-source.e

b) Effets permanents

Avec ce type de composants, l'influence de la durée de vie qui était prépondérante

dans le cas deô transistors à injection disparaît au profit de la conductivité ou plus exac-

tement 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" VP

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.

- 13 -

- transconductance :

Elle décroît proportionnellement à la conductivité a = p . f i .q ce qui explique l'allure

plus rapide de sa dégradation comparativement à celle de V comme on peut le constater sur

la figure 9.

- rapport I/g : il conserve en fonction de V la même pente mais diminue linéai-G

rement avec la dose w.

- fréquence de coupure : décroît comme la cciductivité.

- temps de transit : croît avec l'inverse de la mobilité.

- 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.

- résistance de saturation : elle tend à augmenter comme l'inverse de la conduc-

tivité évidemment.

Il est important de noter qu'en raison de la bien plus grande sensibilité aux rayon-

nements de la durée de vie des porteurs minoritaires en comparaison à la conductivité, on

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

[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 rayonne-

ments que les transistors bipolaires.

.;) Effets transitoires

Bien que le transistor à effet de champ paraisse présenter une excellente résis-

tance 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 pré-

sence 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 tran-

sistor MOS. Pour la même raison, son utilisation dans les circuits intégrés logiques est

rare. Malgré tout, il faut signaler que la présence d'un flux ionisant produit de toute évi-

dence une augmentation du courant drain I 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 pola-

risation 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

- 14 - - 15 -

- courant drain en régime non saturé

D

La saturation I = I est atteinte pour VD

= VG ~ V

- transconductance maximjm

M̂

ms DSV

DS

b) Effets permanents

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 conduc-

tivité, 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-

nomènes suivants :

- une apparition de charges fixes positives dans le volume de l'oxyde due à l'ioni-

sation des pièges de cet isolant et à la migration d'ions d'impuretés. Il en résulte une modi-

fication de la répartition de la charge d'espace initialement située près de l'interface isolant

semi-conducteur.

- une apparition de charges à l'interface isolant semi-conducteur ayant des proprié-

tés 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 surfa-

ce. 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 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 ten-

sion modulée V _ .u

- diminution de la transconductance gm 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 .

- augmentation du courant de fuite de la jonction p-n inverse du drain.

- augmentation de la résistance du canal,

c) Effets transitoires [50] [51]

Lorsqu'un tel élément se trouve soumis à l'ionisation on constate, ce qui n'est pas

surprenant, une variation du courant ID positive ou négative suivant que le substrat est le

type N ou P.

En fait, cette variation résulte de trois effets :

- une augmentation du courant inverse de la jonction drain

- une modification de V 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'entrée (gâte) qui, en fonction delà valeur de la résistance extérieure Rr , modifie plus ou

moins la polarisation.

Les deux derniers effets étant prépondérant, on peut écrire [51] :

I = s (V + V )D gm ( 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.

II - 5 CONCLUSION GENERALE SUR LE COMPORTEMENT DES COMPOSANTSDISCRETS

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.

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 per-

manentes. 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 pola-

risation. 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 irrémé-

diables. 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 appareil-

lages, 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 sépa-

rant 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.

Phénomènede base Action sur le matériau Action électrique Action sur les composants

Ionisation

Déplace-ments

Réactionsnucléaires

Semi-conducteurs rgénération deporteurs en excès, pas de varia-tion de la mobilité

Isolants : formation d'une charged'espace positive

air : formation et migrationd'ions

Semi-conducteurs : vitesse derecombinaison augmente

perturbation de l'ordre cris-tallin

augmentation du piègeage

variation du niveau de Fermi

isolants : création de dislo-cations

création de pièges aux inter-faces

Semi-conducteur : modificationdu dopage

variation du niveau de Fermi

Augmentation de la conductivité géné-ration dans la charge d'espace

Apparition d'un champ interne inver-sion aux interfaces

Dépôts d'ions sur les surfacesinversion en surface

diminution de la durée de vie desporteurs minoritaires

diminution des mobilités des majo-ritaires et minoritaires

diminution du nombre de porteursmajoritaires

diminution de la tension aux bor-nes des jonctions

diminution de la tension de claquage

effet tunnel isolant - semi-conducteur

diminution de la tension aux bornesdes jonctions

FET. : diminution de R canaldiodes : augmentation de Itransistors : dégradation de 0

diodes : augmentation de Itransistors •. dégradation de 0MOST : déplacement de V

O

diodes : augmentation de Itransistors : dégradation de £

diodes : diminution de t et 1/1r ' atransistors : diminution de t et £

sFET. : augmentation de R canalMOST : augmentation de R canal

FET. • diminution de gMOST : diminution de gBmdiodes : diminution de la tensionde coude

MOST : diminution de la tenueen tension

MOST : déformation de lacourbe C (V)

diodes : diminution de la tensionde coude

m

- 18 - - 19 -

- 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 lasurface isolante de silice

- pour les capacités :

- soit à l'aide de capacités de transition des jonctions P-Npolarisées en inverse

- soit par capacités de structure M. O.S.

- soit encore, dans le cas de faibles tensions, par l'utilisation de lacharge de diffusion Q accumulée dans la base d'un transistor ou dansune 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 compo-

sants 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 plusimportant).

- 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 transistor8

- temps de décroissance t. (fall time) : croît ou décroît suivant lecircuit

- 20 - - 21 -

III- 3 - Effets transitoires

Si dans le cas des effets permanents l' influence des éléments parasites provenant

de la technologie intégrée actuelle apparaît insignifiante dans la majorité des cas, au con-

traire elle prend beaucoup d'importance dans les effets transitoires.

Les études expérimentales conduisent toutes à attribuer la cause de ces effets

transitoires aux facteurs suivants, notamment d'après BOWMAN [61] :

- la constitution générale du circuit y compris la technologie employée pour leréaliser

- les photocourants primaires des jonctions, base-collecteur et autres, largementdominés par les photocourants collecteur-substrat lorsqu'ils existent

- assez rarement un déclenchement d'effet thyristor parasite qui d'ailleurs nesemble pas spécifique aux irradiations.

En ce qui concerne le comportement de la fonction intégrée c'est-à-dire de l'en-

semble du circuit elle se déduit des facteurs précédents suivant chaque cas particulier. Ce-

pendant 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 photo-courants substrat.

- un basculement en sens inverse provenant des variations induites à l'entrée(variation de tension porte pour un transislo-"- M. O.S.).

III -4 - Résultats sur quelques circuits intégrés logiques

Ces résultats sont soustraits particulièrement de l'article de PERKINS et

MARSCHALL [58] rendant compte d'une étude effectuée sur de nombreux types de circuits

(34 types) digitaux monolithiques intégrés, tant en ce qui concerne les effets transitoires

que les effets permanents.

a) Effets transitoires dans les circuits intégrés RTL, DTL, RCTL etFlip-Flop

Le critère choisi pour déterminer le seuil critique du flux, dans ce cas modulé

en impulsion, est l'apparition d'une perturbation en sortie du circuit suivant (chan^e-ne it

d'état logique). Dans les calculs c'est la marge de bruit qui est prise comme seuil cri-

tique.

La réponse des circuits soumis à l'ionisation dépend de l'état conducteur ou non

du transistor de sortie et c'est généralement dans l'état non conducteur que l'effet est le

plus sensible.

- état non conducteur :

La réponse des portes dépend essentiellement du photocourant collecteur substrat

de valeur bien plus élevée que le photocourant secondaire. La figure (17) donne le sens descourants créés.

Le photocourant i est donné par :

ic = q G A (L + W)

d'où

G =n

II peut atteindre 200 uA pour 108 Rads (Si)/ sec. On en déduit,

marge de bruit de l'état conducteursi e est lan

n = - R, i = eo L c n

*w

I

(L+W)

G est le nombre de paires d'ions produits dans le silicium c'est-à-dire13

G = 4.10 . 7, 7 en Rads/sec. On obtient ainsi le seuil critique du flux dont on donne

ci-dessous quelques valeurs :

Portes DTL

Fairchild DTuL930

GME 254-G3

Hughes DTL-20

Motorola MC-206

Signetics 9004H

Seuil de perturbation étatnon-conducteur Rads (Si)/ s

5.108

2.108

g1.10

5.108

3,5. 108

4. 107

1.108

84.10

i.io6

2.106

Portes RTL, RCTLfanout = 5

Fairchild MW^L910

GME 134D2

AMELCO "G"

SPRAGUE USO104A

Tex. Inst. SN512

- état conducteur :

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-

sité du courant dans l'électrode de commande, généralement la base, soit supérieure au

photocourant collecteur substrat. Une telle condition explique à la fois le comportement des

portes DTL et RCTL et l'insensibilité des portes RTL. En effet l'existence des diodes et

capacités d'entrée des circuits DTL et RCTL conduit, en raison du procédé d'isolement

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.

Enfin il faut signaler que l'impulsion de sortie V varie en signe et en amplitudeS

en fonction de la tension d'alimentation V et devient pratiquement nulle lorsque cette der-

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

effets transitoires sera obtenue si :

- on utilise des résistances de charge intera dans les portes DTL

- la géométrie des jonctions est plus petite

- les résistances du circuit sont plus faibles

- de faibles longueurs de diffusion sont réalisées

- la tension d'alimentation est plus élevée.

b) Effets permanents dans les circuits intégrés RTL. DTL. RCTL

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 sui-13

vant. Sur cette base les tests ont donné une dose critique *tfa de l'ordre de 10 à

I014n.v.t pour un facteur de charge de sortie de 10 à 15. Il est possible de retrouver ces

- 22 - - 23 -

résultats par un calcul assez simple tenant compte seulement de la dégradât-on du gain,

et pour lequel on pourra toujours se reporter à cet article (58).

Les tests qui ont été effectués montrent que :

- 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 gaininitial du transistor

- le seuil * pour les portes RTL et RCTL décroit avec le facteur de charge desortie < i e Ta porte précédente,

- le seuil * des portes RTL décroit avec le facteur de charge de sortie.th

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 constitu-

tifs 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 inconvé-

nients 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.

Toutes ces études permettent notamment > prévoir le comportement des maté-

. ,s en 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

lestests (simulation des flux spatiaux en laboratoire), le problème du tri unitaire. On a ici

un aperçu des difficultés qu'il faut surmonter.

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

avenir on peut espérer que l'étude de tous les effets permettra d'améliorer sensiblement la

fiabilité des composants.

Type de cir-cuit intégré

transistorsà injection

transistorsà effet dechamp

transistorsM. O.S.

Intégration

aisé^

difficile

aisée

Circuits réalisables

digital analogique

tous circuitsintégrés lentset rapides

grosses dif-ficultés decircuits

tous circuitslents

tous circuitsintégrés

- différentiels- amplificateurs- multiplexeurs

- multiplexeurs

Durée de vieutile sur l'or-bite de D2

5 ans

100 ans

15 jours* 1 an(non pola-risé)

Critère

Y ' 20 %

Y- •"•'•

A Von °/v - 20 /°

T

I -1

1

* avec blindage de 2mm d'aluminium

- 24 - - 25 -

N O T A T I O N S B I B L I O G R A P H I E

7

qDT

L

e

c

A

P

n

W

dose ou flux intégré (en particulier flux de neutrons)

intensité du flux (généralement gamma)

charge de l'électron

constante de diffusion (D , D^)

durée de vie (T , T )

longueur de la diffusion (L ,L)

énergie d'ionisation

coefficient d'absorption

surface de la jonction considérée

densité des porteurs positifs ou trous

densité des porteurs négatifs ou électrons

épaisseur de la base

a - n. u.q. : conductivité

S : surface limite de la jonction

M

Recueils d'articles et ou/rages contenant la majorité des publications sur ce sujet

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Manuscrit reçu le 27 M<ti 1969

- Fig. 1 -

centre E it Cph

paires de Frenkel

Silicium classique Silicium très pur

- Figure 2 - Niveaux d'énergie associés à la présence d'impuretés et à l'irra-diation dans le silicium à 100 °K

0,1 -

02

03

1 0.5

Nd-Na=1018

Na-Nd=1016

0.6

û.7

• Figure b -

Na-Nd=1018

L . .

1018 10i19

Variation du niveau de Fermi en fonction du nombre de défauts[ cas du Germanium ]

10,11 1012 1013electrons/cm2

10,UI + CD

i*rp_ J-

1011 1012 1013 10U

- Figure 4 -

- Figure 5 -

Schéma du comportement des diodes

J. dégradation (dégradation de (destructionde la durée

de viela conductivité I du cristal

(mobilité)

transistors H.F.transistors BF

- Figure 6 -

(électrons) entale

L

K(arbitraire)

3

2

influence de la surface JZf

1

321

influence de la densité de courant

-(gammas)

2 3 4influence de la polarisation

- Figure 7 -

5x10,

mt*—ft-

B

- Figure 8 -

Comportement du transistor

8v

6v

2v

Vp (tension de blocage)

_1mv 9m (transconductance max)

-0,5mu

10U 10 ' 10I16 1Q17 Electrons/cm2

- Figure 9 -

Dégradation du CBNFET

Si SiOj

©

Al

Charges dans l'oxyde

Si

OOOOo

SiO<

effet tunnel

c/c,

Pièges à l'interface

- Figure 10 -

(vol

15

10

10' 10- Figure 11 -

C B N M O S T

electrons/cm2

1000

10,12 1013

- Figure 12 -1015 dose/cm2

Variation de V pour diverses polarisations

- Figure 13 -

comparaison entre les vitesses de dégradation des matériaux

333 caissons d'isolement NES diffusion P£23 diffusion N*

CD silice SiOi

HZ] aluminum Al

- Figure 15 -

- Figure 17 -

Phc/tocourants primaires

- Figure 18 -

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