Перенос заряда и переходные процессы в кремниевых диодах, облученных ионами висмута с энергией 700 МэВ

Abstract

Silicon p+–n-diodes irradiated with bismuth ions with energy of 700 MeV were studied. Irradiation fluence was from 5•107 to 1010 cm–2. Current-voltage characteristics of the initial and irradiated diodes were registered and transient processes in diodes were studied when they switching from forward bias (forward current If ≤ 1 А) to reverse one (voltage Ur = –2 В). It is shown that the irradiation with bismuth ions with energy of 700 MeV with fluence of 5•107 cm–2 is sufficient to reduce the reverse recovery time from 30 μs (for the virgin diodes) to 0.33 μs (for the irradiated ones). It is established that a fundamental change in dependences of the differential conductance of the diodes with respect to the reverse bias is observed for the irradiation fluences   109 cm–2. For these fluences the formation of a continuous radiation-damaged layer is complete, which allows to estimate 0.1–0.2 μm2 as an upper limit of cross-section area of the defect created by the passage of a single ion. It is shown that the fluence Φ ≈ 5•108 cm–2 of irradiation with bismuth ions with energy of 700 MeV is preferable in the design of fast diodes. = Изучались кремниевые p+–n-диоды, облученные ионами висмута с энергией 700 МэВ. Флюенс облучения – от 5•107 до 1010 см–2. Регистрировались вольт-амперные характеристики исходных и облученных диодов и исследовались переходные процессы в диодах при их переключении с прямого смещения (прямой ток If ≤ 1 А) на обратное (напряжение Ur = –2 В). Показано, что облучение ионами висмута с энергией 700 МэВ флюенсом 5•107 см–2 достаточно для снижения времени восстановления обратного сопротивления с 30 мкс (для исходных диодов) до 0,33 мкс (для облученных). Установлено, что принципиальное изменение зависимостей дифференциальной проводимости диодов от напряжения обратного смещения наблюдается при флюенсах облучения   109 см–2. При данных флюенсах завершается образование сплошного радиационно-нарушенного слоя, что позволяет оценочно считать 0,1–0,2 мкм2 верхней границей площади сечения дефектной области, создаваемой при пролете одного иона. Показано, что флюенс Φ ≈ 5•108 см–2 облучения ионами висмута с энергией 700 МэВ является предпочтительным при создании быстродействующих диодов.