Increasing radiation resistance of memory devices based on amorphous semiconductors

• Autorzy: Kychak Vasyl , Slobodian Ivan , Vovk Victor

Identyfikatory

DOI

10.35784/iapgos.2081

Warianty tytułu

PL

Zwiększenie odporności na promieniowanie urządzeń pamięciowych w oparciu opółprzewodniki amorficzne

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A memory cell structure is proposed that uses a Schottky barrier thin film transistor based on an amorphous semiconductor as a junction element, and a chalcogenide glassy semiconductor film as a switching element. A physical storage cell model has been developed. The dependenceof the transistor and memory cell parameters on the dose of neutron flux and γ-quanta was investigated. It is shown that when the dose of neutron irradiation is changed, the steepness of the drain-gate characteristic (DGC) decreases by 10% at a dose of the order of 1015n/s, and at the same time,the transfer coefficient of the bipolar n-p-n transistor decreases by 20% at doses of 1013n/s, indicating a significant increase in the radiation resistanceof the proposed memory cell. In the case of irradiation with γ-quanta in the range up to 2.6 MRad, the steepness of the DGC of the proposed structure changes by only 10%. When used as an isolation element, a field-effect transistor with an insulated gate, the slope of the DGC is reduced by 50%.It is shown that the current of recording information of the proposed structure when changing the dose of γ -quantum flux to 2.6 MRad changes by about 10%, and at the same time, in the case of using a field-effect transistor with an isolated cover, the information recording current changes by 50%.The study of the dependence of the gate current on the dose of the γ-quanta is shown. When the radiation dose changes from 0 to 2.6 MRad, the gate current changes only by 10%, which indicates the high resistance of the proposed structure to the action of permeable radiation. Also, studiesof the dependence of the conductivityof single-crystal semiconductors on aradiation dose ɣ by quanta and neutron flux show that a significant increasein the specific resistivity of amorphous semiconductors occurs at doses 2–3 orders of magnitude larger than in the case of single-crystal n-type conductivity semiconductors.

PL

Zaproponowano strukturę komórki magazynującej, która wykorzystuje barierowy cienki tranzystor Schottky'ego oparty na półprzewodniku amorficznym jako element łączący, a także chalkogenową szklistą błonę półprzewodnikową jako element przełączający. Opracowano fizyczny model komórki pamięci. Zbadano zależność parametrów tranzystora i komórki pamięci od dawki strumienia neutronów i promieni gamma. Pokazano, że przy zmianie dawki napromieniowania neutronowego stromość charakterystyki odpowiedzi drenu zmniejsza się o 10% przy dawkach rzędu 1015n/s, a jednocześnie współczynnik przenoszenia bipolarnego tranzystora npn spada o 20% już przy dawkach 1013n/s, wskazując znaczny wzrost odporności na promieniowanie proponowanej komórki pamięci. Po napromieniowaniu kwantami gamma w zakresie do 2,6 MRad stromość charakterystyki dren-przepustnica proponowanej konstrukcji zmienia się tylko o 10%. W przypadku połączenia jako cienkowarstwowego tranzystora polowego z izolowaną kurtyną charakterystyka stromego spadku zmniejsza się o 50%. Wykazano, że prąd zapisu informacji o proponowanej strukturze przy zmianie dawki strumienia kwantowego gamma na 2,6 MRad zmienia się o około 10%, przy jednoczesnym zastosowaniu cienkowarstwowego tranzystora polowego z izolowaną osłoną, prąd zapisu informacji zmienia się o 50%. Badanie zależności prądu kurtynowego od dawki promieniowania gamma–kwanty. Gdy dawka promieniowania zmienia się od 0 do 2,6 MRad, prąd kurtyny zmienia się tylko o 10%, co wskazuje na wysoką odporność proponowanej struktury na działanie promieniowania przepuszczalnego. Badania zależności przewodności półprzewodników monokrystalicznych od dawki promieniowania γ przez kwanty i strumień neutronów pokazują, że znaczny wzrost rezystywności właściwej półprzewodników amorficznych występuje przy dawkach2–3 rzędów wielkości większych niż w przypadku półprzewodników przewodnictwa monokrystalicznego typu n.

Słowa kluczowe

EN

amorphous semiconductor; chalcogenide glassy semiconductors; radiation resistance; memory cell

PL

półprzewodnik amorficzny; półprzewodniki szkliste chalkogenowe; odporność na promieniowanie; komórka pamięci

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej
• Czasopismo: Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska
• Rocznik: 2020
• Tom: T. 10, nr 3
• Strony: 78--81
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Kychak Vasyl

• Vinnytsia National Technical University, Faculty of Information Communication, Radio Electronics and Nanosystems, Vinnytsia, Ukraine

autor

Slobodian Ivan

• Vinnytsia National Technical University, Faculty of Information Communication, Radio Electronics and Nanosystems, Vinnytsia, Ukraine

autor

Vovk Victor

• Vinnytsia National Technical University, Faculty of Information Communication, Radio Electronics and Nanosystems, Vinnytsia, Ukraine

Bibliografia

• [1] Belous A. N.: Kosmicheskaya elektronika. Tekhnosfera. Moscow 2015. http://www.itrs.net/ITWG/Beyond_CMOS/2010Memory_April/Proponent/Nanowire%20PCRAM.pdf.
• [2] Jeong K., Ro D., Lee G., Kang M., Lee H.-M.: A Radiation-Hardened Instrumentation Amplifier for Sensor Readout Integrated Circuits in Nuclear Fusion Applications. Electronics 7(12), 2018, 429, [http://doi.org/10.3390/electronics7120429].
• [3] Kychak V. M.: Pidvishchenniya radiatsiynoyi stiykosti energonezalezhnykh zapam”iatovuiuchykh prystroyiv na bazi khal’kohenidny sklopodibnykh napivprovidnykiv. Visnyk 4(145), 2019, 116–123.
• [4] Kychak V. M.: Vyznachennia pytomoho oporu zapam’iatovuiuchoho prystroiu na bazi khalkohenidnykh sklopodibnykh napivprovidnykiv. Modeliuvannia ta informatsiini tekhnolohii 54, 2009.
• [5] Lazar A. P.: Modelirovanie radiotsionnoi stoikosti elementov logicheskikh KMOP integral'nykh mikroskhem. Doklady BGUIR 5(75), 2013.
• [6] Mamedov A. K.: Raschet tonkoplenochnыkh tranzystorov s zatvorom Shottki na osnove amorfnoho poluprovodnyka. Tekhnologiya i konstruirovanie v elektronnoi apparature 2, 2003, 18–21.
• [7] Popovich A.: Khal'kogenidnaya energonezavisimaya pamyat' CRAM. Komponenty i tekhnologii 2(103), 2010, 52–54.
• [8] Prinzie J., Appels K., Kulis Sz.: Optimal Physical Implementation of Radiation Tolerant High-Speed Digital Integrated Circuits in Deep-Submicron Technologies. Electronics 8(4), 2019, 432, [http://doi.org/10.3390/electronics8040432].
• [9] Rajendran B.: Phase change memory technology. IBM Research, 2009.
• [10] Van Bockel B., Prinzie J., Leroux P.: Radiation Assessment of a 15.6 ps Single-Shot Time-to-Digital Converter in Terms of TID. Electronics 8(5), 2019, 558, [http://doi.org/10.3390/electronics8050558].
• [11] Wong H.-S. P.: Phase Change Memory. Proceedings of the IEEE 98(12), 2010, 2201–2227, [http://doi.org/10.1109/JPROC.2010.2070050].
• [12] Zi S.: Fizika poluprovodnikovykh priborov. Mir. Moscow 1984.