RU2545077C1 - Method for oriented modification of semiconductor device structures using pulse electromagnetic field - Google Patents

Method for oriented modification of semiconductor device structures using pulse electromagnetic field Download PDF

Info

Publication number
RU2545077C1
RU2545077C1 RU2013152818/28A RU2013152818A RU2545077C1 RU 2545077 C1 RU2545077 C1 RU 2545077C1 RU 2013152818/28 A RU2013152818/28 A RU 2013152818/28A RU 2013152818 A RU2013152818 A RU 2013152818A RU 2545077 C1 RU2545077 C1 RU 2545077C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
iemp
device structures
semiconductor device
parameter
value
Prior art date
Application number
RU2013152818/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Константинович Киселев
Максим Михайлович Венедиктов
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом", Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова" filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Priority to RU2013152818/28A priority Critical patent/RU2545077C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2545077C1 publication Critical patent/RU2545077C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: method includes the determination of criterial parameters for devices, radiation in a passive mode of a limited survey sample of single-type semiconductor devices by a weak pulse electromagnetic field (PEMF) with variable parameters, including the pulse amplitude, its duration and repetition rate, processing of experiment data by statistic methods by comparing the criterial parameters of the semiconductor devices before and upon radiation by PEMF, in accordance with its results a positive effect of modification is detected and repeated radiation is performed for the untreated semiconductor device structures at PEMF generation modes optimal for the respective type of the device structures. At that the value of an integral parameter being the amplification coefficient is selected as the criterial parameter in the circuit with a common emitter of a bipolar transistor h21E, while comparison of measurement results is made using a double-connected confidence S-interval, and according to the comparison results a conclusion is made about the influence degree of PEMF.
EFFECT: improved accuracy in the quantitative assessment of oriented modification of the semiconductor device structures using PEMF.
2 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к области полупроводниковой электроники, в частности к модификации электрофизических свойств полупроводниковых приборных структур, и может быть использовано для улучшения ряда электрофизических параметров таких структур.The invention relates to the field of semiconductor electronics, in particular to the modification of the electrophysical properties of semiconductor device structures, and can be used to improve a number of electrophysical parameters of such structures.

В современной электронике широкое распространение получили как биполярные, так и униполярные полупроводниковые транзисторные структуры. Во-первых, на усилительные свойства полупроводниковых транзисторных структур оказывают влияние поверхностные состояния на границе раздела пассивирующее диэлектрическое покрытие - планарная транзисторная структура [1], во-вторых, - состояние интерфейса подзатворный диэлектрик - тело транзистора МОП (металл - оксид - полупроводник) [2].In modern electronics, both bipolar and unipolar semiconductor transistor structures are widely used. First, the amplifying properties of semiconductor transistor structures are influenced by surface states at the interface between a passivating dielectric coating and a planar transistor structure [1], and second, the state of the gate insulator – MOS transistor (metal – oxide – semiconductor) interface [2] ].

Известны способы воздействия на немагнитные полупроводниковые кристаллы импульсных электромагнитных полей (ИЭМП) (например, [3, 4]). В отличие от ионизирующих излучений (ИИ), которые действует, главным образом, на слой диэлектрика и границу раздела диэлектрик - полупроводник», ИЭМП действуют на полупроводниковый кристалл, изменяя физико-химические свойства его поверхностных слоев. Вместе с тем, в обоих случаях, и в результате воздействия ИЭМП, и при воздействии ИИ наблюдаются долговременные изменения структуры и свойств полупроводниковых кристаллов и транзисторных структур, хотя реализуются и протекают эти изменения по разным механизмам. Исследование физических процессов, протекающих в гетероструктурах на основе полупроводников, под действием ИЭМП, необходимо для решения задач возможного их использования в технологических процессах для выявления потенциально ненадежных элементов интегральных микросхем (ИМС), для направленной модификации материалов и приборных структур, а также для решения задач компенсации намеренным дестабилизирующим воздействиям подобных факторов.Known methods for influencing non-magnetic semiconductor crystals of pulsed electromagnetic fields (IEMP) (for example, [3, 4]). Unlike ionizing radiation (II), which acts mainly on the dielectric layer and the insulator – semiconductor interface, ”IEMP act on the semiconductor crystal, changing the physicochemical properties of its surface layers. At the same time, in both cases, both as a result of the action of IEMP and under the influence of AI, long-term changes in the structure and properties of semiconductor crystals and transistor structures are observed, although these changes are realized and proceed by different mechanisms. The study of physical processes in semiconductor-based heterostructures under the action of IEMP is necessary to solve the problems of their possible use in technological processes to identify potentially unreliable elements of integrated circuits (ICs), to directionally modify materials and device structures, as well as to solve compensation problems intentional destabilizing effects of such factors.

Предпринимаются попытки установить основные закономерности воздействия импульсных магнитных полей на поверхность полупроводников, границу раздела полупроводник - диэлектрик и непосредственно на диэлектрик биполярных структур и структур МОП.Attempts are being made to establish the basic laws governing the effect of pulsed magnetic fields on the surface of semiconductors, the semiconductor – dielectric interface, and directly on the dielectric of bipolar structures and MOS structures.

Обнаруженные эффекты воздействия ИЭМП на полупроводники: низкотемпературное геттерирование в полупроводниковых кристаллах и модификация физико-химических свойств поверхности кристаллов полупроводников путем воздействия ИЭМП являются основой для разработки новых технологических процессов, в том числе, для выявления латентных технологических дефектов в ИМС биполярных и МОП-структур, низкотемпературного геттерирования в кремнии, повышения качества окисных пленок, полученных на кристаллах фосфида индия, предварительно обработанных ИЭМП.The discovered effects of IEMP on semiconductors: low-temperature gettering in semiconductor crystals and modification of the physicochemical properties of the surface of semiconductor crystals by IEMP are the basis for the development of new technological processes, including the detection of latent technological defects in the IC of bipolar and MOS structures, low-temperature gettering in silicon, improving the quality of oxide films obtained on indium phosphide crystals, pre-treated IEMP.

В [5] предложен способ направленной модификации (решения фазовой проблемы) путем воздействия ИЭМП на немагнитные полупроводниковые материалы и разработаны технологические методы использования воздействия ИЭМП для выявления латентных дефектов в полупроводниках и полупроводниковых материалах.In [5], a method for directional modification (solving a phase problem) was proposed by applying IEMP to non-magnetic semiconductor materials and technological methods were developed for using IEMP to detect latent defects in semiconductors and semiconductor materials.

В [5] приведены результаты исследований воздействия ИЭМП на элементарные полупроводники (Si, Ge), полупроводниковые соединения AIIIBV (GaAs, InP) и твердые растворы элементов III, IV и V групп таблицы Менделеева. Обнаружен эффект низкотемпературного геттерирования в полупроводниковых кристаллах, в основе которого лежит индуцированный ИЭМП распад примесно-дефектных комплексов (ПДК) в объеме кристалла, диффузия к поверхности кристалла образующихся продуктов распада, обладающих аномально высокой подвижностью, и образование новых дефектных комплексов в приповерхностном слое. Движение дефектов к поверхности стимулируется упругими напряжениями в кристалле. Предложен способ низкотемпературного геттерирования в кремнии, основанный на последовательной обработке кристалла альфа-частицами и ИМЭП. В этом случае облучение альфа-частицами обеспечивает создание вне рабочих областей кристалла стоков для точечных дефектов, образующихся при индуцированном ИЭМП распаде исходных дефектных комплексов. Принципиальное преимущество представленного способа состоит в том, что он реализуется при Т<520 К и может быть использован на любом этапе формирования прибора, включая финишный.In [5], the results of studies of the effects of IEMP on elementary semiconductors (Si, Ge), semiconductor compounds A III B V (GaAs, InP), and solid solutions of elements of groups III, IV, and V of the periodic table are presented. The effect of low-temperature gettering in semiconductor crystals was discovered, which is based on IEMP-induced decay of impurity-defective complexes (MPCs) in the crystal bulk, diffusion of the formed decomposition products with anomalously high mobility to the crystal surface, and the formation of new defective complexes in the surface layer. The movement of defects to the surface is stimulated by elastic stresses in the crystal. A method for low-temperature gettering in silicon is proposed, based on sequential processing of the crystal with alpha particles and IMEP. In this case, irradiation with alpha particles ensures the creation of outflows for point defects outside the working areas of the crystal, which are formed during the IEMP decay of the initial defect complexes. The principal advantage of the presented method is that it is implemented at T <520 K and can be used at any stage of the formation of the device, including the finish.

Обнаружен эффект выявления скрытых (латентных) дефектов в кремниевых структурах МОП в результате воздействия ИЭМП. Локальные неоднородности, не проявляющие электрической активности в исходной структуре, могут быть переведены в электрически активное состояние воздействием ИЭМП. Эффект объясняется индуцированным ИЭМП распадом дефектных комплексов в кристалле кремния и последующим захватом продуктов распада (точечных дефектов, способных к миграции в кристалле, обработанном ИЭМП) на локальных структурных неоднородностях, в том числе первоначально латентных. Показана возможность использования ИЭМП в качестве тестирующего воздействия для обнаружения латентных технологических дефектов в кремниевых структурах МОП.The effect of revealing latent (latent) defects in the silicon structures of MOS as a result of IEMP was found. Local inhomogeneities that do not exhibit electrical activity in the initial structure can be converted into an electrically active state by the action of IEMP. The effect is explained by the IEMP decay of defective complexes in a silicon crystal and the subsequent capture of decay products (point defects capable of migration in the IEMP-treated crystal) on local structural inhomogeneities, including initially latent ones. The possibility of using IEMP as a testing effect for the detection of latent technological defects in the silicon structures of MOS is shown.

Обнаружены эффекты долговременного немонотонного изменения физико-химических свойств поверхности полупроводниковых кристаллов в результате воздействия ИЭМП. Эффект долговременного (сотни часов при комнатной температуре) немонотонного изменения топологии поверхности полупроводниковых кристаллов проявляется в снижении планарности поверхности на первом этапе и ее последующем повышении до уровня, превышающего исходный (фиг.1). Реконструкция поверхности кристаллов вызвана возникновением потоков подвижных точечных дефектов в результате распада исходных дефектных комплексов под воздействием ИЭМП. Изменение топологии поверхности полупроводников сопровождается также немонотонным изменением ее сорбционной способности. На примере фосфида индия показана возможность использования обработки полупроводниковых материалов ИЭМП для увеличения скорости химических реакций, протекающих на их поверхности. Для кристаллов фосфида индия обнаружено изменение скорости их низкотемпературного (Т=313 К) химического окисления. Изменение скорости процесса окисления сопровождается синхронным изменением диэлектрической прочности оксидных пленок (Фиг.2). Эффект повышения скорости химического окисления фосфида индия в результате предварительной обработки кристалла ИЭМП может быть объяснен в рамках механизма, ответственного за возникновение диффузионной неустойчивости в кристаллах полупроводниковых соединений AIIIBV [6].The effects of a long-term nonmonotonic change in the physicochemical properties of the surface of semiconductor crystals as a result of the action of IEMP were found. The effect of a long-term (hundreds of hours at room temperature) non-monotonic change in the topology of the surface of semiconductor crystals is manifested in a decrease in surface planarity at the first stage and its subsequent increase to a level exceeding the initial one (Fig. 1). The reconstruction of the crystal surface is caused by the emergence of flows of mobile point defects as a result of the decay of the initial defect complexes under the influence of IEMP. A change in the surface topology of semiconductors is also accompanied by a nonmonotonic change in its sorption ability. Using indium phosphide as an example, the possibility of using processing of IEMP semiconductor materials to increase the rate of chemical reactions occurring on their surface is shown. For indium phosphide crystals, a change was found in the rate of their low-temperature (T = 313 K) chemical oxidation. The change in the rate of the oxidation process is accompanied by a synchronous change in the dielectric strength of the oxide films (Figure 2). The effect of increasing the rate of chemical oxidation of indium phosphide as a result of preliminary processing of the IEMP crystal can be explained in terms of the mechanism responsible for the appearance of diffusion instability in crystals of semiconductor compounds A III B V [6].

В результате исследования воздействия ИЭМП на дефектную подсистему монокристаллов арсенида галлия методом исследования залегания глубоких уровней (DLTS) обнаружен эффект необратимого изменения спектра глубоких уровней, соответствующих поверхностным электронным состояниям (ПЭС), в результате обработки кристалла ИЭМП. Эффект заключается в изменении температурного положения пика ПЭС (Фиг.3). Положения и амплитуды пиков, обусловленных объемными глубокими уровнями EL6 и EL2, в результате воздействия ИЭМП не менялись, что свидетельствует о чувствительности к воздействию ИМП только поверхностных электронных состояний. Спектры DLTS пластин арсенида галлия, предварительно обработанных в парах селена, не менялись в результате воздействия ИЭМП. Обнаруженный эффект может быть объяснен с позиций концепции решеточного магнетизма, индуцированного дефектами [7, 8]. Вместе с этим известно, что импульсное энергетическое воздействие на твердое тело вызывает более заметные эффекты, чем такое же импульсное, многократное воздействие, но меньшей величины или стационарное. Модели такого проявления импульсного нагружения и возможные причины обсуждались в [9].As a result of studying the effect of IEMP on the defective subsystem of gallium arsenide single crystals by the study of deep level occurrence (DLTS), the effect of irreversible changes in the spectrum of deep levels corresponding to surface electronic states (TEC) as a result of processing the IEMP crystal was discovered. The effect is to change the temperature position of the peak PES (Figure 3). The positions and amplitudes of the peaks due to deep volume levels of EL6 and EL2 did not change as a result of IEMP, which indicates that only surface electronic states are sensitive to IMP. The DLTS spectra of gallium arsenide plates pretreated in selenium vapor did not change as a result of IEMP. The discovered effect can be explained from the standpoint of the concept of lattice magnetism induced by defects [7, 8]. At the same time, it is known that pulsed energy action on a solid causes more noticeable effects than the same pulsed, repeated action, but of a smaller magnitude or stationary. Models of such a manifestation of pulsed loading and possible causes were discussed in [9].

Все это свидетельствует в пользу конструктивного влияния ИЭМП на твердотельные полупроводниковые структуры.All this testifies in favor of the constructive effect of IEMP on solid-state semiconductor structures.

Однако, как следует из приведенных материалов, изменению подвержены достаточно специфические параметры полупроводниковых структур и материалов: оптические, прочностные, морфологические и т.п. Наибольший информационный интерес представляют интегральные параметры, такие, например, как коэффициент усиления биполярных транзисторов в схеме с общим эмиттером - h21E, который характеризуется, в свою очередь, эффективностью эмиттера γ, рекомбинационными процессами в базе (дефектностью материала базы) и электрическим режимом коллекторного перехода (величиной коэффициента лавинного умножения носителей).However, as follows from the above materials, quite specific parameters of semiconductor structures and materials are subject to change: optical, strength, morphological, etc. Integral parameters are of greatest information interest, such as, for example, the gain of bipolar transistors in a circuit with a common emitter - h 21E , which is characterized, in turn, by the emitter efficiency γ, recombination processes in the base (defective base material) and the electrical mode of the collector junction (the magnitude of the coefficient of avalanche multiplication of carriers).

Однако обнаружение тонких эффектов изменения критериальных параметров полупроводниковых структур при воздействии ИЭМП требует и более тщательной обработки экспериментальных данных, особенно в условиях проведения дорогостоящих экспериментов с малыми выборками образцов. Эта проблема является общей как при выполнении экспериментов с ИЭМП, так и для экспериментов с воздействием импульсного ИИ.However, the discovery of subtle effects of changes in the criterion parameters of semiconductor structures under the action of IEMP also requires more thorough processing of experimental data, especially in conditions of conducting expensive experiments with small samples. This problem is common both when performing experiments with IEMP, and for experiments with pulsed AI.

Наиболее близким (прототипом) к заявляемому способу является способ, изложенный в [10]. Предложен способ формирования элементов полупроводниковых приборов и ИМС структуры МОП, основанный на использовании ИЭМП.The closest (prototype) to the claimed method is the method described in [10]. A method for the formation of elements of semiconductor devices and IC structure of the MOSFET based on the use of IEMP is proposed.

В [10] последовательно воздействуют α-частицами и ИЭМП на кристаллы кремния, что обеспечивает возможность низкотемпературного геттерирования (300-500 К). Облучение α-частицами создает вне рабочих областей кристалла стоки для быстро диффундирующих точечных дефектов, образующихся при индуцированном воздействием ИЭМП распаде исходных примесно-дефектных комплексов (ПДК). Направленная модификация полупроводниковых приборных структур в результате такого радиационно-магнитного воздействия проявляется, в частности, в увеличении времени жизни неосновных носителей (НН).In [10], α particles and IEMPs act sequentially on silicon crystals, which makes it possible to getter at a low temperature (300–500 K). Irradiation with α particles creates sinks outside the working regions of the crystal for rapidly diffusing point defects resulting from IEMF-induced decay of the initial impurity-defect complexes (MPC). The directed modification of semiconductor device structures as a result of such radiation-magnetic exposure is manifested, in particular, in an increase in the lifetime of minority carriers.

Затем воздействуют ИЭМП, что приводит к распаду ПДК в объеме кристалла, диффузии продуктов этого распада к поверхности и образованию новых дефектных комплексов в приповерхностном слое. Поверхность бездислокационного кристалла является естественным и основным стоком для подвижных дефектов, индуцированных обработкой ИЭМП. Роль предварительного (перед воздействием ИЭМП) облучения кристалла α-частицами заключается в формировании нарушенного слоя в глубине кристалла, вдали от его рабочей поверхности. Возможность создания такого «захороненного» нарушенного слоя обусловлена тем, что генерация радиационных дефектов в кристалле, при имплантации в него высокоэнергетических α-частиц, происходит локально, преимущественно на глубине, соответствующей длине пробега α-частиц, там, где имеют место основные энергетические потери при их торможении. Глубина проникновения в Si α-частиц с энергией ~5 МэВ, а следовательно, и глубина, на которой образуются нарушенный слой, составляет величину ~25 мкм. Эта величина значительно превышает толщину приповерхностной области кристалла, используемой для формирования полупроводниковых приборных структур. Результатом геттерирования является, в частности, увеличение времени жизни НН и улучшение электрических характеристик полупроводниковых приборных структур (например, снижение обратных токов p-n-переходов транзисторов МОП и ИМС) (Фиг.4).Then, IEMP is affected, which leads to the decomposition of MPC in the bulk of the crystal, the diffusion of the products of this decay to the surface and the formation of new defective complexes in the surface layer. The surface of a dislocation-free crystal is a natural and main sink for mobile defects induced by IEMP processing. The role of preliminary (before the IEMP) irradiation of the crystal with α particles is the formation of a disturbed layer deep in the crystal, far from its working surface. The possibility of creating such a “buried” disturbed layer is due to the fact that the generation of radiation defects in a crystal, when high-energy α-particles are implanted, occurs locally, mainly at a depth corresponding to the mean free path of α-particles, where the main energy losses occur their braking. The penetration depth of α particles with an energy of ~ 5 MeV in Si, and hence the depth at which the disturbed layer is formed, is ~ 25 μm. This value significantly exceeds the thickness of the surface region of the crystal used to form semiconductor device structures. The result of gettering is, in particular, an increase in the LV lifetime and an improvement in the electrical characteristics of semiconductor device structures (for example, a decrease in the reverse currents of pn junctions of MOS and IC transistors) (Figure 4).

В качестве критериального электрического параметра, позволяющего судить о степени структурного совершенства кристалла, выбирают генерационное время жизни τg носителей заряда.As a criterion electric parameter, which makes it possible to judge the degree of structural perfection of a crystal, the generation lifetime τ g of charge carriers is chosen.

Недостаток способа [10] состоит в том, что, во-первых, для получения положительного эффекта требуется предварительное облучение транзисторных структур МОП α-частицами, что не всегда возможно реализовать на сложившемся производстве. Во-вторых, положительный эффект совместной последовательной обработки α-частицами и ИМЭП показан только для структур МОП, содержащих подзатворный оксид и диэлектрический «захороненный» слой (индуцированный α-частицами в объемных структурах МОП, исходный в структурах КМОП/КНД («комплементарных металл-оксид-полупроводник/кремний-на-диэлектрике»).The disadvantage of the method [10] is that, firstly, to obtain a positive effect, preliminary irradiation of the MOS transistor structures with α-particles is required, which is not always possible to implement in the current production. Secondly, the positive effect of co-sequential processing of α-particles and IMEP is shown only for MOS structures containing a gate oxide and a dielectric “buried” layer (induced by α-particles in bulk MOS structures, the original in CMOS / KND structures (“complementary metal semiconductor oxide / silicon-on-dielectric ").

Вместе с этим в биполярных планарных транзисторных структурах имеется диэлектрический слой для создания пассивирующего покрытия, ПДК в интерфейсе которого влияют на величину поверхностного тока утечки «коллектор-база» и, следовательно, на величину интегрального параметра - коэффициента усиления биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером (ОЭ) - h21E. Поэтому в этих структурах облучение α-частицами для создания «захороненного» ПДК можно исключить.At the same time, in bipolar planar transistor structures there is a dielectric layer for creating a passivating coating, the maximum permissible concentration in the interface of which affects the surface leakage current collector-base and, therefore, the value of the integral parameter - the gain of the bipolar transistor in a circuit with a common emitter ( OE) - h 21E . Therefore, in these structures, irradiation with α particles to create a “buried” MPC can be excluded.

Техническим результатом заявляемого способа является повышение точности количественной оценки направленной модификации полупроводниковых приборных структур с использованием ИЭМП.The technical result of the proposed method is to increase the accuracy of the quantitative assessment of directional modifications of semiconductor device structures using IEMP.

Технический результат достигается тем, что в способе направленной модификации полупроводниковых приборных структур с использованием ИЭМП, включающем определение критериальных параметров этих приборов, облучение в пассивном режиме ограниченной выборки однотипных полупроводниковых приборных структур слабым ИЭМП с варьируемыми параметрами, включая амплитуду импульса, его длительность и частоту следования, обработку экспериментальных данных статистическими методами путем сравнения критериальных параметров полупроводниковых приборных структур до и после облучения ИЭМП, по результатам которой выявляют положительный эффект модификации и производят повторное облучение необработанных полупроводниковых приборных структур при оптимальных для этого типа приборных структур режимах генерации ИЭМП, для установления степени влияния напряженности и распределения во времени электромагнитного поля (ЭМП) на критериальные параметры и для повышения точности количественной оценки направленной модификации полупроводниковых приборных структур с использованием ИЭМП, в качестве критериального параметра выбирают значение интегрального параметра - коэффициента усиления в схеме с общим эмиттером биполярного транзистора - h21E, а сравнение результатов измерений проводят с использованием двухсвязной доверительной S-области [11] (Приложение), по результатам которого выносят заключение о степени влияния ИЭМП.The technical result is achieved by the fact that in the method of directional modification of semiconductor device structures using IEMP, including determining the criteria for these devices, irradiating in a passive mode a limited sample of the same type of semiconductor device structures with a weak IEMP with variable parameters, including pulse amplitude, pulse duration and repetition rate, processing of experimental data by statistical methods by comparing the criteria of semiconductor devices Before and after irradiation of the IEMP, the results of which reveal the positive effect of modification and re-irradiate the untreated semiconductor device structures at the IEMP generation regimes optimal for this type of device structures, to establish the degree of influence of the electromagnetic field strength and distribution over time on the criterion parameters and to improve the accuracy of quantitative assessment of directional modification of semiconductor device structures using IEMP, as TBE criterial parameter selected value of the integral parameter - the gain in the common-emitter bipolar transistor - h 21E, and the comparison of measurement results is carried out using doubly connected confidence S-region [11] (Appendix), the results of which make a determination of the degree of PEMF influence.

Для однозначной интерпретации результатов сравнения, величину значимого эффекта Δ x ¯

Figure 00000001
, где x ¯
Figure 00000002
- среднее значение случайной величины h21E в выборке, определяют в этом случае путем сравнения смещения «геометрического центра» S-областей Δ ( ν ¯ , u ¯ )
Figure 00000003
, построенных по результатам измерения экспериментальных данных «до» и «после» обработки полупроводниковых приборных структур ИЭМП, а координаты геометрического центра такой области определяются в виде ( ν ¯ , u ¯ )
Figure 00000004
:For an unambiguous interpretation of the comparison results, the value of the significant effect Δ x ¯
Figure 00000001
where x ¯
Figure 00000002
- the average value of the random variable h 21E in the sample, is determined in this case by comparing the displacement of the "geometric center" of S-regions Δ ( ν ¯ , u ¯ )
Figure 00000003
constructed from the results of measuring the experimental data “before” and “after” the processing of IEMP semiconductor device structures, and the coordinates of the geometric center of such an area are defined as ( ν ¯ , u ¯ )
Figure 00000004
:

Figure 00000005
Figure 00000005

где u ¯

Figure 00000006
- среднее значение нижней допустимой границы критериального параметра, определенного в качестве случайной величины, u - нижнее выборочное значение этого параметра, s - минимальное нижнее допустимое значение критериального параметра, ν ¯
Figure 00000007
- среднее значение верхней допустимой границы критериального параметра, ν - верхнее выборочное значение критериального параметра, t - максимальное верхнее значение критериального параметра, которые в свою очередь, определяют из соотношений:Where u ¯
Figure 00000006
is the average value of the lower permissible boundary of the criterion parameter defined as a random variable, u is the lower sample value of this parameter, s is the minimum lower permissible value of the criterion parameter, ν ¯
Figure 00000007
is the average value of the upper permissible boundary of the criterial parameter, ν is the upper sample value of the criterial parameter, t is the maximum upper value of the criterial parameter, which, in turn, is determined from the relations:

Figure 00000008
Figure 00000008

Figure 00000009
Figure 00000009

а параметр, определяющий полуширину доверительного интервала, с≤0,5, вычисляют, исходя из численных значений степени недоверия α к полученным результатам, численное значение которой выбирают в интервале 0≤α≤1, и объема выборки n.and the parameter determining the half-width of the confidence interval, with ≤0.5, is calculated based on the numerical values of the degree of distrust α to the results, the numerical value of which is selected in the interval 0≤α≤1, and the sample size n.

Сущность изобретения иллюстрируется следующими графическими иллюстрациями.The invention is illustrated by the following graphic illustrations.

На фиг.1 показаны СТМ-изображение и профиль поперечного сечения поверхности кристалла Cz-Si: а - до воздействия ИЭМП (параметр шероховатости Rz=1,34 нм); b и с - через 200 и 400 часов после обработки ИЭМП, соответственно (Rz=5,81 нм и Rz=0,92 нм); d - профиль поперечного сечения (1 - до воздействия ИЭМП; 2 - через 200 часов после обработки ИЭМП, соответственно) [5].Figure 1 shows the STM image and the cross-sectional profile of the surface of the Cz-Si crystal: a - before exposure to IEMP (roughness parameter Rz = 1.34 nm); b and c - 200 and 400 hours after the treatment of IEMP, respectively (Rz = 5.81 nm and Rz = 0.92 nm); d is the cross-sectional profile (1 - before exposure to IEMP; 2 - 200 hours after processing IEMP, respectively) [5].

На фиг.2 показана зависимость от времени после обработки ИЭМП подложки:Figure 2 shows the time dependence after processing the IEMP of the substrate:

1) разницы толщин Δd оксидных пленок экспериментальных и контрольных образцов;1) the difference in thickness Δd of oxide films of experimental and control samples;

2) напряженность электрического поля Е в пленке, через поперечное сечение которой протекает ток 1 мкА, время окисления 25 мин [5].2) the electric field E in the film, through the cross section of which a current of 1 μA flows, the oxidation time is 25 min [5].

На фиг.3. показано влияние обработки ИЭМП на DLTS спектры контактов Шоттки Al-GaAs: 1 - исходный; 2; 3 - через 1 и 7 суток после ИМП, соответственно. Спектры 4 и 5 измерены на образцах с предварительной обработкой пластин GaAs в парах селена до и через 3 суток после воздействия ИЭМП. Режим измерения DLTS: t1/t2=10 мс/ 210 мс [5].In figure 3. The effect of IEMP processing on the DLTS spectra of Schottky Al-GaAs contacts is shown: 1 — initial; 2; 3 - 1 and 7 days after UTI, respectively. Spectra 4 and 5 were measured on samples pretreated with GaAs wafers in selenium vapor before and 3 days after exposure to IEMP. DLTS measurement mode: t 1 / t 2 = 10 ms / 210 ms [5].

На фиг.4 показано влияние комбинированных радиационных и обработок ИЭМП на нестационарные вольт-фарадные характеристики структур МОП (а) и обратные токи р-n-переходов транзисторов МОП (b). Характеристики: 1 - исходные; 2 - после воздействия α-частиц ; 3 - после воздействия α-частиц и ИЭМП [10].Figure 4 shows the effect of combined radiation and IEMP treatments on non-stationary capacitance-voltage characteristics of MOS structures (a) and reverse currents of the pn junctions of MOS transistors (b). Characteristics: 1 - initial; 2 - after exposure to α particles; 3 - after exposure to α particles and IEMP [10].

На фиг.5 приведена двухсвязная доверительная S-область для ГИС №4 со значениями координат граничных точек u, ν, s, s1, t, t2 (n=16, с=0,17).Figure 5 shows a doubly connected trust S-region for GIS No. 4 with the coordinates of the boundary points u, ν, s, s 1 , t, t 2 (n = 16, s = 0.17).

На фиг.6 показано представление двухсвязной доверительной S-области в виде «энергетических» уровней, на которой «энергетические переходы» соответствуют размерам доверительного интервала по осям [θ1, θ2] генеральной совокупности.Figure 6 shows a representation of a doubly connected confidence S-region in the form of "energy" levels, on which "energy transitions" correspond to the size of the confidence interval along the axes [θ 1 , θ 2 ] of the general population.

На фиг.7 показано смещение геометрического центра двухсвязной доверительной S-области после обработки образцов ИЭМП. Показаны проекции верхней и нижней границ доверительных интервалов.Figure 7 shows the displacement of the geometric center of the doubly connected confidence S-region after processing the IEMP samples. The projections of the upper and lower boundaries of confidence intervals are shown.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.The proposed method is implemented as follows.

В качестве критериального интегрального параметра полупроводниковых приборных структур, например биполярных транзисторных структур, выбирают коэффициент усиления в схеме с ОЭ - h21E, как наиболее информативный параметр, включающий информацию об эффективности работы переходов эмиттер - база и коллектор - база.As a criterion integral parameter of semiconductor device structures, for example, bipolar transistor structures, the gain in the circuit with OE - h 21E is chosen as the most informative parameter, including information on the efficiency of the emitter - base and collector - base transitions.

Производят измерения значений критериального параметра h21E ограниченной выборки транзисторных структур, включая отдельные транзисторы в составе ИМС, при фиксированном электрическом режиме до воздействия ИЭМП.Measure the values of the criterion parameter h 21E of a limited sample of transistor structures, including individual transistors in the IC, with a fixed electric mode before exposure to IEMP.

Затем ограниченную выборку полупроводниковых приборных структур в пассивном (незапитанном источником постоянного тока) режиме подвергают воздействию серии импульсов слабого ИЭМП с варьируемыми характеристиками (амплитудой, скважностью, частотой следования и формой импульса).Then, a limited sample of semiconductor device structures in a passive (non-powered constant current source) mode is subjected to a series of weak IEMP pulses with varying characteristics (amplitude, duty cycle, repetition rate and pulse shape).

Далее выполняют измерения критериальных параметров этих приборов после воздействия ИЭМП при том же электрическом режиме измерения, что и в отсутствие воздействия ИЭМП.Next, measure the criteria parameters of these devices after IEMP exposure with the same electrical measurement mode as in the absence of IEMP effect.

Сравнение результатов измерений проводят с использованием двухсвязной доверительной S-области [11], по результатам которого выносят заключение о степени влияния ЭМП (фиг.5).Comparison of the measurement results is carried out using a doubly connected confidence S-region [11], the results of which make a conclusion about the degree of influence of the EMF (figure 5).

Для однозначной интерпретации интерпретации результатов сравнения величину значимого эффекта приращения Δ x ¯

Figure 00000001
, где x ¯
Figure 00000002
- среднее значение случайной величины h21E в выборке, определяют в этом случае путем сравнения смещения «геометрического центра» S-областей (фиг.5) Δ ( ν ¯ , u ¯ )
Figure 00000003
, построенных по результатам измерения экспериментальных данных «до» и «после» обработки полупроводниковых приборных структур ИЭМП (фиг.7), а координаты геометрического центра такой области определяются в виде ( ν ¯ , u ¯ )
Figure 00000004
, где u ¯
Figure 00000006
- среднее значение нижней допустимой границы критериального параметра (1)? определенного в качестве случайной величины, u - нижнее выборочное значение критериального параметра, s - минимальное нижнее допустимое значение критериального параметра, ν ¯
Figure 00000010
- среднее значение верхней допустимой границы критериального параметра, ν - верхнее выборочное значение этого параметра (1), s - минимальное нижнее значение критериального параметра (2), t - максимальное верхнее значение критериального параметра (3) (фиг.5). Параметр, определяющий полуширину доверительного интервала, с≤0,5, вычисляют, исходя из численных значений степени недоверия α к полученным результатам, численное значение которой выбирают в интервале 0≤α≤1, и объема выборки n (Приложение).For an unambiguous interpretation of the interpretation of the results of comparison, the value of the significant effect of the increment Δ x ¯
Figure 00000001
where x ¯
Figure 00000002
- the average value of the random variable h 21E in the sample, is determined in this case by comparing the displacement of the "geometric center" of the S-regions (figure 5) Δ ( ν ¯ , u ¯ )
Figure 00000003
based on the results of measuring the experimental data “before” and “after” processing the semiconductor device structures of the IEMP (Fig. 7), and the coordinates of the geometric center of such an area are defined as ( ν ¯ , u ¯ )
Figure 00000004
where u ¯
Figure 00000006
- the average value of the lower permissible boundary of the criterion parameter (1)? defined as a random variable, u is the lower sample value of the criterial parameter, s is the minimum lower acceptable value of the criterion parameter, ν ¯
Figure 00000010
is the average value of the upper permissible boundary of the criterion parameter, ν is the upper sample value of this parameter (1), s is the minimum lower value of the criterion parameter (2), t is the maximum upper value of the criterion parameter (3) (Fig. 5). The parameter that determines the half-width of the confidence interval, with ≤0.5, is calculated based on the numerical values of the degree of distrust α to the obtained results, the numerical value of which is chosen in the interval 0≤α≤1, and the sample size n (Appendix).

По результатам обработки данных с варьируемыми параметрами ИЭМП выявляют оптимальные для этого типа полупроводниковых приборных структур режимы генерации ИЭМП, при которых выявлен положительный эффект модификации.According to the results of processing data with variable IEMP parameters, the IEMP generation modes optimal for this type of semiconductor device structures are revealed, in which a positive modification effect is revealed.

Производят повторное облучение необработанных полупроводниковых приборных структур при оптимальных для этого типа приборных структур режимах генерации ИЭМП.Repeated irradiation of untreated semiconductor device structures is performed at the IEMP generation regimes optimal for this type of device structure.

Пример конкретной реализации.An example of a specific implementation.

Исследованию подвергались гибридные интегральные схемы (ГИС), состоящие из 16-и параллельно включенных биполярных транзисторов по схеме с ОЭ, в которых измерялись коэффициенты усиления h21E (интегральный радиационно-критический параметр (РКП)).We studied hybrid integrated circuits (GIS), consisting of 16 parallel-connected bipolar transistors according to a circuit with OE, in which the amplification factors h 21E (integrated radiation-critical parameter (RPC)) were measured.

На предварительном этапе исследования интегральных характеристик оптических свойств гетероструктур «кремний-на-сапфире» (КНС) и изменений микрошероховатости поверхности приборного слоя не выявили значимых изменений после воздействия ИЭМП.At the preliminary stage of the study of the integral characteristics of the optical properties of silicon-on-sapphire (SPS) heterostructures and changes in the surface roughness of the instrument layer, no significant changes were revealed after IEMP exposure.

Затем исследовались изменения коэффициента усиления h21E транзисторов в составе ГИС с целью:Then, the changes in the gain h 21E of the transistors in the GIS were studied with the aim of:

- увеличения выборочной статистики измерений;- increase sample statistics of measurements;

- привлечения новых методов обработки экспериментальных данных;- attracting new methods for processing experimental data;

- использования параметра - коэффициенты усиления h21E как наиболее информативного интегрального параметра (влияние эффективности эмиттера, напряжения коллекторного перехода - коэффициент ударной ионизации, коэффициент рекомбинации в базе и т.п.).- use of the parameter - gain factors h 21E as the most informative integral parameter (influence of emitter efficiency, collector junction voltage - impact ionization coefficient, recombination coefficient in the base, etc.).

Для повышения достоверности результатов исследований:To increase the reliability of research results:

- Результаты измерений «до» и «после» воздействия ИЭМП не сопоставлялись заранее с его параметрами до завершения экспериментов (принцип «анонимности»);- The results of measurements “before” and “after” the impact of the IEMP were not compared in advance with its parameters until the experiments were completed (principle of “anonymity”);

- Использовались 4 шт. ГИС в качестве образцов для исследований (4×16, всего 64 транзистора);- Used 4 pcs. GIS as samples for research (4 × 16, a total of 64 transistors);

- Использовалась методика статистической обработки «метод двухсвязных областей» (Приложение и критерий Фишера [12]).- The statistical processing technique “the method of biconnected domains” was used (Appendix and Fisher criterion [12]).

Коэффициенты усиления полупроводниковых транзисторных структур ГИС измерялись «до» и «после» воздействия ИЭМП.Gain of semiconductor transistor structures of well logs was measured "before" and "after" the impact of IEMP.

Инструментальная погрешность измерений составила 3,5% для выбранных средств измерения по ТУ на микросхему (расчетное значение).The instrumental measurement error was 3.5% for the selected measuring instruments according to the technical specifications per microcircuit (calculated value).

Со всех ГИС удалялись крышки, полупроводниковые приборные структуры помещались в цилиндрический индуктор так, чтобы их рабочая поверхность была перпендикулярна силовым линиям магнитного поля индуктора, представлявшего из себя многослойную катушку индуктивности. Интенсивность магнитного поля измерялась миллитесламетром Г77. Время обработки фиксировалось. Длительность магнитного импульса измерялась с помощью осциллографа С1-68, подключаемого к миллитесламетру Г77. Обработка проводилась по 10 мин. в диапазоне частот 2-16 Гц импульсами длительностью от 2-х до 5 мсек, индукция поля находилась в пределах 40-150 мТл. Потребляемая мощность установки - не более 250 Вт, средний ток ~1 А.Covers were removed from all well logs, the semiconductor instrument structures were placed in a cylindrical inductor so that their working surface was perpendicular to the lines of force of the magnetic field of the inductor, which was a multilayer inductor. The magnetic field intensity was measured with a G77 milliteslameter. Processing time was fixed. The duration of the magnetic pulse was measured using an S1-68 oscilloscope connected to a G77 milliteslameter. Processing was carried out for 10 minutes. in the frequency range 2–16 Hz by pulses of duration from 2 to 5 ms, the field induction was in the range of 40–150 mT. Power consumption of the installation - no more than 250 W, average current ~ 1 A.

Результаты измерений коэффициентов усиления h21E для всех транзисторов выборки до и после воздействия ИЭМП приведены в табл.П.1 Приложения. Результаты обработки исходных данных с использованием критерия Фишера сведены в табл.1.The results of measurements of the gain h 21E for all transistors in the sample before and after exposure to the IEMP are given in Table A.1 of the Appendix. The results of processing the source data using the Fisher test are summarized in table 1.

Они показывают, что условия принятия решения о значимости полученных результатовThey show that the conditions for deciding on the significance of the results

F n , v э к с п е р . < F n , v т е о р .

Figure 00000011
, F n , v uh to from P e R . < F n , v t e about R .
Figure 00000011
,

где n - объем выборки (16 шт. для каждого корпуса ГИС, ν - число степеней свободы, выполняются только для транзисторов групп «1» и «2». В данном случае термин «значимость» означает достоверность результата влияния ИЭМП, полученного методами статистической обработки ограниченной выборки (нахождение среднего арифметического значения, среднего квадратичного отклонения, критерия Пирсона χ2 и т.п.).where n is the sample size (16 pcs. for each well logging unit, ν is the number of degrees of freedom, are performed only for transistors of groups “1” and “2.” In this case, the term “significance” means the reliability of the result of the IEMF obtained by statistical processing limited sample (finding the arithmetic mean value, standard deviation, Pearson criterion χ 2 , etc.).

Таблица 1 Table 1 Результаты обработки исходных данных с использованием критерия ФишераThe results of processing the source data using the Fisher test

Figure 00000012
Figure 00000012

В табл.2 приведены результаты обработки экспериментальных данных с пользованием метода построения двухсвязной доверительной S-области.Table 2 shows the results of processing experimental data using the method of constructing a doubly connected confidence S-region.

Из анализа этих данных следует:From the analysis of these data it follows:

Использование параметров распределения A(s) и d(s) не дает достоверных результатов о характере воздействия ИЭМП, т.к. они определяют допустимое геометрическое поле возможного изменения случайной величины в области с координатами [θ2, θ1]. Гораздо разумнее определять координаты «геометрического центра» такой области в виде ( ν ¯ , u ¯ )

Figure 00000004
(1).Using the distribution parameters A (s) and d (s) does not give reliable results on the nature of the IEMP effect, since they determine the allowable geometric field of a possible change in a random variable in the region with coordinates [θ 2 , θ 1 ]. It is much more reasonable to determine the coordinates of the "geometric center" of such an area in the form ( ν ¯ , u ¯ )
Figure 00000004
(one).

Таблица 2 table 2 Результаты обработки экспериментальных данных с использованием метода построения двухсвязной доверительной S-области.Results of processing experimental data using the method of constructing a doubly connected confidence S-region.

Figure 00000013
Figure 00000013

Величину значимого эффекта Δ x ¯

Figure 00000001
определяют в этом случае путем сравнения смещения «геометрического центра» S-областей, построенных по результатам измерения экспериментальных данных «до» и «после» обработки полупроводниковых приборных структур ИЭМП (фиг.7). При анализе результатов выявлена тенденция положительного изменения Δ x ¯
Figure 00000001
- коэффициента усиления после воздействия ИЭМП (увеличение исходных значений).Significant effect Δ x ¯
Figure 00000001
in this case, it is determined by comparing the displacement of the "geometric center" of S-regions constructed from the results of measuring the experimental data "before" and "after" processing the semiconductor device structures of the IEMP (Fig. 7). An analysis of the results revealed a trend of positive change. Δ x ¯
Figure 00000001
- gain after exposure to IEMP (increase in initial values).

Величины изменений превышают погрешность оценки РКП.The magnitude of the changes exceeds the error in the estimation of the RCP.

Результат, полученный таким образом, однозначно говорит об увеличении коэффициента усиления после обработки ИЭМП. При этом следует отметить, что использованная для генерации ИЭМП установка имела ограниченные возможности по индукции, длительности импульса, диапазону частот.The result obtained in this way clearly indicates an increase in the gain after processing the IEMP. It should be noted that the installation used to generate the IEMP had limited possibilities for induction, pulse duration, and frequency range.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет достаточно просто модифицировать основные электрофизические параметры полупроводниковых структур.Thus, the use of the proposed method allows quite simply to modify the basic electrophysical parameters of semiconductor structures.

ПРИЛОЖЕНИЕAPPENDIX

Двухсвязная доверительная областьBiconnected Trust Area

Для описания выборок с числом образцов (измерений) n<50 лучше всего адаптированы S-распределения (имеющие две характерные точки излома на графике интегрального закона распределения случайной величины). К таким S-распределениям можно отнести:To describe the samples with the number of samples (measurements) n <50, S-distributions (having two characteristic break points on the graph of the integral distribution law of a random variable) are best adapted. These S-distributions include:

- S - нормальное распределение (или Гаусса);- S - normal distribution (or Gauss);

- логарифмически-нормальное распределение;- lognormal distribution;

- распределение Вейбулла.- Weibull distribution.

Такие данные не являются достоверными для проверки модели вдоль так называемой линии Easterling`a. Гораздо проще установить верхнюю и нижнюю границы распределения. Для этого необходимо определить двухсвязную S-доверительную область с доверительной вероятностью γ=1-α. Пусть (U, V) - статистика большого порядка (генеральная совокупность) и (u, ν) - статистика малого порядка (выборка), a U, u - нижние минимальные значения случайной величины в этих статистиках, а V, ν - верхние максимальные значения случайной величины в этих статистиках. Принимая, что эти граничные значения распределены случайным образом по двум независимым осям для ряда независимых выборок, можно определить A(s) как площадь доверительной области, а d(s) как максимальную диагональ (дисперсию) доверительной области.Such data are not reliable for checking the model along the so-called Easterling line. It is much easier to set the upper and lower boundaries of the distribution. For this, it is necessary to determine a doubly connected S-confidence region with a confidence probability γ = 1-α. Let (U, V) be large-order statistics (general population) and (u, ν) be small-order statistics (sample), U, u be the lower minimum values of a random variable in these statistics, and V, ν be upper maximum values random variable in these statistics. Assuming that these boundary values are randomly distributed along two independent axes for a number of independent samples, we can define A (s) as the area of the confidence region, and d (s) as the maximum diagonal (variance) of the confidence region.

Пусть X - случайная величина. Исходя из информационной теории Шеннона-Бриллюена информация I может быть определена соотношениемLet X be a random variable. Based on the Shannon-Brillouin information theory, information I can be determined by the relation

Figure 00000014
Figure 00000014

где k - постоянная Больцмана, S - термодинамическая энтропия. where k is the Boltzmann constant, S is the thermodynamic entropy.

Этому «негоэнтропийному» принципу удовлетворяют в порядке уменьшения неопределенности сходимости теоретического и экспериментального законов распределения случайной величины следуюшие распределения:The following distributions satisfy this "non-entropic" principle in order to reduce the uncertainty of convergence of the theoretical and experimental laws of distribution of a random variable:

- равномерное;- uniform;

- экспоненциальное;- exponential;

- Пуассона;- Poisson;

- нормальное распределение (или Гаусса).- normal distribution (or Gauss).

Для наихудшего результата с точки зрения сходимости теоретического и экспериментального законов распределения выберем равномерный (прямоугольный) закон внутри интервала [θ1, θ2]For the worst result from the point of view of convergence of the theoretical and experimental distribution laws, we choose a uniform (rectangular) law inside the interval [θ 1 , θ 2 ]

Figure 00000015
Figure 00000015

Требуется определить γ=1-α доверительную s-область для выборочных значений границ пары [θ1, θ2], для выборки размером n плотности распределений pdf(x). Тогда для нижней оценки u и верхней оценки ν случайной величины интегральная функция распределения примет видIt is required to determine the γ = 1-α confidence s-region for sample values of the pair boundaries [θ 1 , θ 2 ], for a sample of size n of the distribution density pdf (x). Then, for the lower bound u and the upper bound ν for a random variable, the integral distribution function takes the form

Figure 00000016
Figure 00000016

Для n независимых реализаций выборок случайной величины можно записатьFor n independent implementations of samples of a random variable, we can write

Figure 00000017
Figure 00000017

Тогда плотность совместной вероятности будет равнаThen the joint probability density will be equal to

Figure 00000018
Figure 00000018

для θ1<u<ν<θ2 и 0 для всех остальных значений x.for θ 1 <u <ν <θ 2 and 0 for all other values of x.

Для фиксированного значения α≥2-m+1 (уменьшение степени недоверия к результату с ростом размера выборки + одна степень свободы), которая гарантирует, что с≤1/2 вероятность реализации коэффициента с с учетом сделанных ограничений будет равнаFor a fixed value α≥2 -m + 1 (a decrease in the degree of distrust in the result with an increase in the sample size + one degree of freedom), which ensures that with≤1 / 2 the probability of the coefficient taking into account the restrictions made will be equal to

Figure 00000019
Figure 00000019

Смысл этого выражения состоит в том, что: 1) границы генеральной совокупности [U, V] в действительности расположены внутри измеренных границ [θ1, θ2]; 2) возможные границы изменения величин U и V не могут перекрываться, поэтому коэффициент с, определяющий ширину интервала изменения величин U и V, не превышает значения ½; 3) доверительная вероятность этих реализаций случайной величины составляет γ. The meaning of this expression is that: 1) the boundaries of the population [U, V] are actually located inside the measured boundaries [θ 1 , θ 2 ]; 2) the possible boundaries of the change in the values of U and V cannot overlap; therefore, the coefficient c, which determines the width of the interval of change in the values of U and V, does not exceed ½; 3) the confidence probability of these realizations of a random variable is γ.

Константа с может быть определена из соотношенияThe constant c can be determined from the relation

Figure 00000020
Figure 00000020

Проводя вычисления, получим трансцендентное соотношениеCarrying out the calculations, we obtain the transcendental ratio

α=2(1-c)α = 2 (1-c)

Figure 00000021
Figure 00000021

Решение (П.7) численным методом Ньютона позволяет рассчитать значения константы c как функции размера выборки n и вероятности α. Результаты расчета константы c как функции размера выборки случайной величины x и вероятности α сведены в таблице П.1. Эти данные могут быть использованы для прогнозирования доверительных интервалов изменения критериальных параметров вновь создаваемой продукции в случае, когда априорная информация отсутствует.The solution (A.7) by the numerical Newton method allows us to calculate the values of the constant c as a function of the sample size n and probability α. The results of calculating the constant c as a function of the sample size of a random variable x and probability α are summarized in Table A.1. These data can be used to predict confidence intervals for changing the criterial parameters of newly created products in the case when a priori information is missing.

Для больших n соотношение (П.7) принимает видFor large n, relation (A.7) takes the form

Figure 00000022
Figure 00000022

которое трансформируется вwhich transforms into

n c ln ( 1 1 α ) = ln ( 1 γ .                      ( П .9 )

Figure 00000023
n c - ln ( one - one - α ) = - ln ( one - γ . ( P .9 )
Figure 00000023

В приведенном анализе рассмотрены симметричные границы изменения величин U и V. В принципе не исключается вариант рассмотрения и несимметричных границ.In the above analysis, the symmetric boundaries of the changes in the quantities U and V are considered. In principle, the option of considering asymmetric boundaries is not excluded.

При замене переменной в (П.7)When replacing a variable in (A.7)

с⇒с-d для одной границы;c⇒c-d for one boundary;

с⇒c-d для второй границы. Величина d есть характеристика асимметрии.c⇒c-d for the second border. The value of d is a characteristic of asymmetry.

С учетом этого (П.7) примет видWith this in mind (A.7) will take the form

Figure 00000024
Figure 00000024

Величина 1-Р (с, d) является стационарной вдоль с и эта стационарность соответствует условию 0≤с≤1. На этом пути трудно ожидать какого-либо прогресса. Для второго типа утверждения об асимметричности границ изменения случайной величины пригодно следующее определение вероятности распределения константы cThe value 1-P (s, d) is stationary along c and this stationarity corresponds to the condition 0≤c≤1. It is difficult to expect any progress along this path. The following definition of the probability of distribution of the constant c

Р*(с)=Pr{(U-θ1)2+(V-θ2)2}≤с.P * (s) = Pr {(U-θ 1 ) 2 + (V-θ 2 ) 2 } ≤c.

Интегрирование g(u, v) по этой области должно установить более широкие границы и, соответственно, большую площадь A(s), чем ранее определенная. Область S ограничена линиямиIntegration of g (u, v) over this region should establish wider boundaries and, accordingly, a larger area A (s) than previously determined. Area S is bounded by lines

θ1=u;θ 1 = u;

θ2=ν.θ 2 = ν.

Таблица П.1 Table A.1 Расчетные значения коэффициента с в зависимости от величины выборки n и доверительной вероятности αThe calculated values of the coefficient c depending on the sample size n and confidence probability α

Figure 00000025
Figure 00000025
1) Данные содержат произведение nc для n⇒∞.1) The data contains the product nc for n⇒∞. (1-c)θ1+сθ2=u;(1-c) θ 1 + cθ 2 = u; 1+(1-с)θ2=ν.1 + (1-s) θ 2 = ν.

С использованием уравнений аналитической геометрии можно описать в формате (u, ν) 4-х граничных точек на двухсвязной доверительной s-области (см. табл.ПА.2);Using the equations of analytical geometry, it is possible to describe in the format (u, ν) 4 boundary points on a doubly connected confidence s-region (see Table PA.2);

1) Верхняя левая (s, t);1) Upper left (s, t);

2) Нижняя левая ( s 1 1 u )

Figure 00000026
;2) Bottom Left ( s one one u )
Figure 00000026
;

3) Верхняя правая (u, t2);3) Upper right (u, t 2 );

4) Нижняя правая (u, ν).4) Lower right (u, ν).

Это позволяет представить эти точки на «энергетической» диаграмме рис.П.1.This allows us to represent these points on the "energy" diagram of Fig. A.1.

Расстояния между соответствующими энергетическими уровнями определяют ширину доверительного интервала из множества доверительных интервалов, заключенных в пределах двухсвязной S-области.The distances between the corresponding energy levels determine the width of the confidence interval from the set of confidence intervals enclosed within the biconnected S-region.

Таблица П.2 Table A.2 Координаты граничных точек S-областиCoordinates of the boundary points of the S-region Краткое обознач.Short designation. Наименование граничной точки на плоскостиThe name of the boundary point on the plane Координаты точек S-областиS-region point coordinates 1one 22 33 max↓max ↓ Максимальная нижняяMax bottom s 1 = u c ν 1 c

Figure 00000027
s one = u - c ν one - c
Figure 00000027
min↑min ↑ Минимальная верхняяMinimum top t 2 = ν c u 1 c
Figure 00000028
t 2 = ν - c u one - c
Figure 00000028

1one 22 33 min↓min ↓ Минимальная нижняяMinimum bottom s = u c ( u + ν ) 1 2 c

Figure 00000029
s = u - c ( u + ν ) one - 2 c
Figure 00000029
max↑max ↑ Максимальная верхняяMax upper t = ( 1 c ) ( u + ν ) 1 2 c
Figure 00000030
t = ( one - c ) ( u + ν ) one - 2 c
Figure 00000030
minmin МинимальнаяMinimum uu maxmax МаксимальнаяMaximum vv

Тогда A(s) площадь доверительной области, a d(s) - максимальная диагональ (лисперсия), определяющая расстояние между точками (u, v) и (s, t). С использованием соотношений аналитической геометрии можно определитьThen A (s) is the area of the confidence region, and d (s) is the maximum diagonal (lispersion), which determines the distance between the points (u, v) and (s, t). Using the relations of analytic geometry, we can determine

Figure 00000031
Figure 00000031

d ( s ) = 2 c ( ν u ) ( 1 2 c ) /                                                                    ( П .12 )

Figure 00000032
d ( s ) = 2 c ( ν - u ) ( one - 2 c ) / ( P .12 )
Figure 00000032

Возможно конструирование доверительных интервалов в диапазонеIt is possible to construct confidence intervals in the range

(ν-u)≤R≤(ν-u)/α,(ν-u) ≤R≤ (ν-u) / α,

полученных непосредственно из распределения в диапазоне V-U, где α является наибольшим корнем в диапазоне {0,1] для равенстваobtained directly from the distribution in the range V-U, where α is the largest root in the range {0,1] for equality

Figure 00000033
Figure 00000033

ЛитератураLiterature

1. Бакеренков А.С. Конверсионная модель эффекта низкой интенсивности в биполярных интегральных микросхемах космического назначения / Диссер. на соиск. уч. ст. к.т.н. // М.: НИЯУ «МИФИ», 2013.1. Bakerenkov A.S. A conversion model of the low-intensity effect in bipolar integrated circuits for space applications / Diss. for a job. student Art. Ph.D. // M.: NRNU MEPhI, 2013.

2. CERN Training /April 11, 2000/ Radiation Effects on Electronic Component and Circuits, part 1 on 2 / Martin DENTAN, p.77.2. CERN Training / April 11, 2000 / Radiation Effects on Electronic Component and Circuits, part 1 on 2 / Martin DENTAN, p. 77.

3. Головин Ю.И. Магнитопластичность твердых тел / Ю.И. Головин // ФТТ. - 2004. - Т.46, вып.5. - С.769-803.3. Golovin Yu.I. Magnetoplasticity of solids / Yu.I. Golovin // FTT. - 2004 .-- T.46, issue 5. - S.769-803.

4. Моргунов Р.Б. Спин-зависимые реакции между дефектами структуры и их влияние на пластичность кристаллов в магнитном поле / Р.Б. Моргунов // УФН. - 2004. - Т.174, №2. - С.131-159.4. Morgunov RB Spin-dependent reactions between structural defects and their effect on the plasticity of crystals in a magnetic field / RB. Morgunov // UFN. - 2004. - T.174, No. 2. - S.131-159.

5. Татаринцев А.В. Воздействие ионизирующих излучений и импульсных магнитных полей на поверхностные свойства полупроводников / Диссер. на соиск. уч. ст. д-ра ф.-м.н. / Воронеж: ВГУ, 2000. - С.323.5. Tatarintsev A.V. The effect of ionizing radiation and pulsed magnetic fields on the surface properties of semiconductors / Diss. for a job. student Art. Dr. Ph.D. / Voronezh: Voronezh State University, 2000. - P.323.

6. Левин М.Н. Эффект магнитно-индуцированной диффузионной неустойчивости в полупроводниковых соединениях AIIIBV / М.Н. Левин, Г.В. Семенова, Т.П Сушкова // ДАН. - 2003. - Т.388, вып.5. - С.608-610.6. Levin M.N. The effect of magnetically induced diffusion instability in semiconductor compounds A III B V / M.N. Levin, G.V. Semenova, T.P.Sushkova // DAN. - 2003 .-- T.388, issue 5. - S. 608-610.

7. Belyavsky V.I Spin effects in defect reactions / V.I. Belyavsky, M.N. Levin // Phys. Rev. B. - 2004. - V.70. - P.104101 (8).7. Belyavsky V.I. Spin effects in defect reactions / V.I. Belyavsky, M.N. Levin // Phys. Rev. B. - 2004. - V.70. - P.104101 (8).

8. Belyavsky V.I Defect-induced Iattice magnetism: Phenomenology of magnetic-field-stimulated defect reactions in nonmagnetic solids / V.I. Belyavsky, M.N. Levin, N.J. Olson // Phys. Rev. B. - 2006. - V.73. - P.054429 (6).8. Belyavsky V.I. Defect-induced Iattice magnetism: Phenomenology of magnetic-field-stimulated defect reactions in nonmagnetic solids / V.I. Belyavsky, M.N. Levin, N.J. Olson // Phys. Rev. B. - 2006. - V.73. - P.054429 (6).

9. Качемцев A.H., Киселев В.К., Пятерикова И.В., Скупов В.Д. Релаксационные процессы в твердотельных полупроводниковых приборах при воздействии импульсного ионизирующего излучения / Сб. докл. VIII межотраслевой конференции по радиационной стойкости, г. Саров, 16-19 октября 2007 // Саров: РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2007, с.5-23.9. Kachemtsev A.H., Kiselev V.K., Pyaterikova I.V., Skupov V.D. Relaxation processes in solid-state semiconductor devices when exposed to pulsed ionizing radiation / Sat. doc. VIII intersectoral conference on radiation resistance, Sarov, October 16-19, 2007 // Sarov: RFNC-VNIIEF, 2007, p.5-23.

10. Левин М.Н., Иванков Ю.В. Воздействие импульсных магнитных полей на структуры металл-диэлектрик-полупроводник / Воронеж: Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации, Воронежский государственный университет, каф. Ядерной физики, 1999. - С.24.10. Levin M.N., Ivankov Yu.V. Impact of pulsed magnetic fields on metal-dielectric-semiconductor / Voronezh structures: Ministry of General and Professional Education of the Russian Federation, Voronezh State University, department. Nuclear Physics, 1999. - P. 24.

11. Salvia Anthony А. / IEEE Transactions on Reliability, vol.R-29. - No.5. - p.397-400.11. Salvia Anthony A. / IEEE Transactions on Reliability, vol. R-29. - No.5. - p. 397-400.

12. Дэвид Худсон. Статистика для физиков. М.: Мир, 1964. - С.164.12. David Hudson. Statistics for physicists. M.: Mir, 1964 .-- P.164.

Claims (2)

1. Способ направленной модификации полупроводниковых приборных структур с использованием импульсных электромагнитных полей, включающий
определение критериальных параметров полупроводниковых приборных структур,
облучение в пассивном режиме ограниченной выборки однотипных полупроводниковых приборных структур слабым импульсным электромагнитным полем (ИЭМП) с варьируемыми параметрами, включая амплитуду импульса, его длительность и частоту следования,
обработку экспериментальных данных статистическими методами путем сравнения критериальных параметров полупроводниковых приборных структур до и после облучения ИЭМП,
по результатам которой выявляют положительный эффект модификации и производят повторное облучение необработанных полупроводниковых приборных структур при оптимальных для этого типа полупроводниковых приборных структур режимах генерации импульсных электромагнитных полей,
отличающийся тем, что в качестве критериального параметра выбирают значение интегрального параметра - коэффициента усиления в схеме с общим эмиттером биполярного транзистора - h21E, а сравнение результатов измерений до и после облучения проводят с использованием двухсвязной доверительной S-области, по результатам которого выносят заключение о степени влияния ИЭМП.
1. The method of directional modification of semiconductor device structures using pulsed electromagnetic fields, including
determination of criteria parameters of semiconductor device structures,
irradiation in a passive mode of a limited sample of the same type of semiconductor device structures with a weak pulsed electromagnetic field (IEMP) with variable parameters, including the amplitude of the pulse, its duration and repetition rate,
processing of experimental data by statistical methods by comparing the criterial parameters of semiconductor device structures before and after irradiation of IEMP,
the results of which reveal the positive effect of the modification and re-irradiate the untreated semiconductor device structures at optimal generation conditions for pulsed electromagnetic fields for this type of semiconductor device structures,
characterized in that as a criterion parameter, the value of the integral parameter is chosen - the gain in the circuit with the common emitter of the bipolar transistor - h 21E , and the comparison of the measurement results before and after irradiation is carried out using a doubly connected confidence S-region, based on which the conclusion on the degree of the effects of IEMP.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину значимого эффекта приращения Δ x ¯
Figure 00000034
, где x ¯
Figure 00000035
- среднее значение случайной величины h21E в выборке, определяют в этом случае путем сравнения смещения «геометрического центра» S-областей Δ ( ν ¯ , u ¯ )
Figure 00000003
, построенных по результатам измерения экспериментальных данных «до» и «после» обработки полупроводниковых приборных структур ИЭМП, а координаты геометрического центра такой области определяются в виде ( ν ¯ , u ¯ )
Figure 00000004
, где
u ¯ = ( u s 2 ) + s
Figure 00000036
; ν ¯ = ( t ν 2 ) + ν
Figure 00000037
,
где u ¯
Figure 00000006
- среднее значение нижней допустимой границы критериального параметра, определенного в качестве случайной величины, u - нижнее выборочное значение критериального параметра, s - минимальное нижнее допустимое значение критериального параметра, ν ¯
Figure 00000038
- среднее значение верхней допустимой границы критериального параметра, ν - верхнее выборочное значение критериального параметра, t - максимальное верхнее значение критериального параметра, которые в свою очередь определяют из соотношений
s = u c ( u + ν ) 1 2 c
Figure 00000029
;
t = ( 1 c ) ( u + ν ) 1 2 c
Figure 00000030
,
а параметр, определяющий полуширину доверительного интервала, с≤0,5, вычисляют, исходя из численных значений степени недоверия α к полученным результатам, численное значение которого выбирают в интервале 0≤α≤1, и объема выборки n.
2. The method according to claim 1, characterized in that the value of the significant effect of the increment Δ x ¯
Figure 00000034
where x ¯
Figure 00000035
- the average value of the random variable h 21E in the sample, is determined in this case by comparing the displacement of the "geometric center" of S-regions Δ ( ν ¯ , u ¯ )
Figure 00000003
constructed from the results of measuring the experimental data “before” and “after” the processing of IEMP semiconductor device structures, and the coordinates of the geometric center of such an area are defined as ( ν ¯ , u ¯ )
Figure 00000004
where
u ¯ = ( u - s 2 ) + s
Figure 00000036
; ν ¯ = ( t - ν 2 ) + ν
Figure 00000037
,
Where u ¯
Figure 00000006
is the average value of the lower permissible boundary of the criterion parameter defined as a random variable, u is the lower sample value of the criterial parameter, s is the minimum lower permissible value of the criterion parameter, ν ¯
Figure 00000038
is the average value of the upper admissible boundary of the criterial parameter, ν is the upper sample value of the criterial parameter, t is the maximum upper value of the criterial parameter, which in turn is determined from the relations
s = u - c ( u + ν ) one - 2 c
Figure 00000029
;
t = ( one - c ) ( u + ν ) one - 2 c
Figure 00000030
,
and the parameter determining the half-width of the confidence interval, with ≤0.5, is calculated based on the numerical values of the degree of distrust α to the obtained results, the numerical value of which is chosen in the interval 0≤α≤1, and the sample size n.
RU2013152818/28A 2013-11-27 2013-11-27 Method for oriented modification of semiconductor device structures using pulse electromagnetic field RU2545077C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013152818/28A RU2545077C1 (en) 2013-11-27 2013-11-27 Method for oriented modification of semiconductor device structures using pulse electromagnetic field

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013152818/28A RU2545077C1 (en) 2013-11-27 2013-11-27 Method for oriented modification of semiconductor device structures using pulse electromagnetic field

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2545077C1 true RU2545077C1 (en) 2015-03-27

Family

ID=53383162

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013152818/28A RU2545077C1 (en) 2013-11-27 2013-11-27 Method for oriented modification of semiconductor device structures using pulse electromagnetic field

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2545077C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2718592C1 (en) * 2019-11-06 2020-04-08 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Planar transformer construction method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Левин М.Н., Иванков Ю.В. Воздействие импульсных магнитных полей на структуры металл-диэлектрик-полупроводник: Учебно-методическое пособие. - Воронеж: Изд-во ВГУ, 1999. Е.В. Калинина, Влияние облучения на свойства SiC и приборы на его основе, Физика и техника полупроводников, 2007, том 41, вып. 7. В.А. Козлов, В.В. Козловский, Легирование полупроводников радиационными дефектами при облучении протонами и b-частицами, Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 7. Гафуров Одилжон Вадудович, Исследование влияния радиации на дефектообразование и электрофизические свойства полупроводниковых структур и приборов, диссертация кандидата физико-математических наук, Душанбе, 2002 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2718592C1 (en) * 2019-11-06 2020-04-08 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Planar transformer construction method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ancona et al. Lateral distribution of hot-carrier-induced interface traps in MOSFETs
Schroder Semiconductor material and device characterization
Zhang X-ray radiation damage studies and design of a silicon pixel sensor for science at the XFEL
Lee et al. Low dose 60Co gamma-irradiation effects on electronic carrier transport and DC characteristics of AlGaN/GaN high-electron-mobility transistors
Anders et al. Relationship between the 4H-SiC/SiO 2 interface structure and electronic properties explored by electrically detected magnetic resonance
Vobecký et al. ON-state characteristics of proton irradiated 4H–SiC Schottky diode: The calibration of model parameters for device simulation
Ashton et al. A new analytical tool for the study of radiation effects in 3-D integrated circuits: Near-zero field magnetoresistance spectroscopy
Fleetwood Effects of bias and temperature on interface-trap annealing in MOS and linear bipolar devices
Kassel et al. Severe signal loss in diamond beam loss monitors in high particle rate environments by charge trapping in radiation‐induced defects
Elesin Transient radiation effects in microwave monolithic integrated circuits based on heterostructure field-effect transistors: Experiment and model
Poklonski et al. Impedance and barrier capacitance of silicon diodes implanted with high-energy Xe ions
RU2545077C1 (en) Method for oriented modification of semiconductor device structures using pulse electromagnetic field
Ashton et al. A quantitative model for the bipolar amplification effect: A new method to determine semiconductor/oxide interface state densities
Himmerlich et al. Defect characterization studies on irradiated boron-doped silicon pad diodes and Low Gain Avalanche Detectors
Wang et al. Ionizing/displacement synergistic effects induced by gamma and neutron irradiation in gate-controlled lateral PNP bipolar transistors
Lenahan et al. Radiation-induced interface traps in MOS devices: Capture cross section and density of states of P/sub b1/silicon dangling bond centers
Stahlbush et al. Interface defect formation in MOSFETs by atomic hydrogen exposure
Poklonski et al. Electrical properties of silicon diodes with p+ n junctions irradiated with 197Au+ 26 swift heavy ions
Tahi et al. Capacitance–Voltage Technique Based on Time Varying Magnetic Field for VDMOSFET—Part I: Concept and Implementation
Hou et al. Bulk defect induced low-frequency noise in n/sup+/-p silicon diodes
Li et al. Ionization radiation-induced base current decreasing and narrowing effects in gated bipolar transistors
Moxim et al. Near-zero-field magnetoresistance measurements: A simple method to track atomic-scale defects involved in metal-oxide-semiconductor device reliability
Gnani et al. Extraction method for the impact-ionization multiplication factor in silicon at large operating temperatures
Seixas et al. A new test environment approach to SEE detection in MOSFETs
Krishnakumar et al. Carbon ion irradiation damage effects on electrical characteristics of silicon PNP power BJTs

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20190507