Разработка и исследование моделей радиационных воздействий для расчета характеристик кремниевых и кремний-германиевых биполярных транзисторов с помощью системы TCAD

В диссертационной работе представлены модели для приборно-технологических и схемотехнических систем автоматизированного проектирования, позволяющие учитывать деградацию электрофизических и электрических характеристик кремниевых и кремний-германиевых биполярных транзисторов при воздействии стационарных видов радиационных излучений. В работе представлены результаты приборно-технологического моделирования деградации характеристик Si и SiGe биполярных транзисторов после облучения нейтронами, протонами и гамма-квантами с использованием новых моделей, включенных в Sentaurus Synopsys. Общая концепция моделей основана на учете влияния ионизационных эффектов и дефектов смещения на электрофизические параметры τ, S, N_it, Q_ox. Показано, что смоделированные и экспериментальные характеристики Si и SiGe биполярных транзисторов после радиационного воздействия различаются не более чем на 10-20% в широком диапазоне потоков и доз.В работе также представлена унифицированная SPICE-макромодель Si БТ и SiGe ГБТ, которая имеет одну и ту же эквивалентную схему и систему уравнений для разных видов радиационного воздействия (электронного, протонного, нейтронного и гамма-излучений). По сравнению с существующим набором разнородных версий SPICE-RAD-моделей, значительно сокращается количество параметров, описывающих радиационно-зависимые элементы модели, упрощается методика их определения, сокращается трудоемкость подготовки и обработки данных до и после расчета. Также по сравнению с ранее известными SPICE-моделями, в предложенной макромодели дополнительно учтены эффект усиления радиационной деградации пара-метров от влияния «горячих» носителей и эффект сдвига выходных коллекторных характеристик в области насыщения и лавинного пробоя, что существенно повышает точность моделирования аналоговых и аналого-цифровых схем. Погрешность моделирования электрических характеристик Si БТ и SiGe ГБТ БИС, подвергнутых воздействию электронов, нейтронов, протонов и гамма-квантов составляет: 10–15% для статических ВАХ и 15–20% для динамических характеристик в широком диапазоне доз и потоков радиации.Результаты использования разработанных в диссертации  моделей для приборно-технологического и схемотехнического моделирования Si БТ и SiGe ГБТ и фрагментов радиационно-стойких БИС на их основе, полученные при выполнении ряда НИОКР с предприятиями Росэлектроники и Роскосмоса, а также проектов по ФЦП и грантам РФФИ и НИУ ВШЭ. Все результаты подтверждены актами внедрения соответствующих предприятий