DEPENDENCE OF SILICON PIN DIODE ELECTRICAL CHARACTERISTICS ON PROTON FLUENCE
T. Čeponis, A. Balčytis, A. Dzimidavičius, E. Gaubas, J. Kusakovskij, and K. Žilinskas
Institute of Applied Research, Vilnius University, Saulėtekio 9, LT-10223 Vilnius, Lithuania
E-mail: eugenijus.gaubas@ff.vu.lt

Received 5 February 2010; revised 4 May 2010; accepted 17 June 2010

A comparative analysis of capacitance–voltage (C–V) and current–voltage (I–V) characteristics dependent on proton irradiation fluence in the range from 7·10¹² to 7·10¹⁴ p/cm² has been performed in float zone (FZ) silicon PIN diodes. A -shape and triangle profiles of radiation induced defects were formed by irradiation with protons having energy in the range from 2.0 to 2.7 MeV. Temperature-dependent variations of current (I–T) at fixed reverse voltage VR enable one to extract the thermal activation parameters. These values are found to be in a quantitative agreement with trap activation parameters measured by DLTS technique. The role of point and extended defects in correlated modifications of C–V and I–V characteristics of the irradiated diodes is discussed.

Keywords: radiation defects, Si PIN diodes, capacitance–voltage, current–voltage characteristics

SILICIO PIN DIODŲ ELEKTRINIŲ CHARAKTERISTIKŲ PRIKLAUSOMYBĖ NUO PROTONŲ ĮTĖKIO
T. Čeponis, A. Balčytis, A. Dzimidavičius, E. Gaubas, J. Kusakovskij, K. Žilinskas
Vilniaus universiteto Taikomųjų mokslų institutas, Vilnius, Lietuva

Radiacinės technologijos yra vienos efektyviausių valdant galios puslaidininkinių prietaisų greitaveiką, formuojant ir lokalizuojant padidintos rekombinacijos sluoksnius darinio aktyviosiose srityse. Kartu su pageidautinais rekombinaciniais centrais, mažinančiais diodų atgalinės srovės atsistatymo trukmę, formuojasi ir generaciniai centrai, didinantys nuotėkio sroves ir tiesioginės įtampos kritimą. Šiame darbe galios PIN diodai buvo švitinami fiksuotos energijos protonais sudarant $\delta$ formos padidintos rekombinacijos sluoksnį arba formuojant trikampio formos suardymo profilį n bazės srityje. Pastaruoju atveju laipsniškai ir suderintai buvo keičiama protonų energija ir apšvitos įtėkis. Defektų koncentracija buvo keičiama, varijuojant apšvitos įtėkį. Nepageidautiniems defektams valdyti buvo vykdomi izochroniniai 24 h iškaitinimai, keičiant temperatūrą 80–420 $8^{\circ}$C intervale. Pasitelkiant sąlytinius voltamperinių (I–V) ir voltfaradinių (C–V) būdingųjų dydžiųmatavimo metodus, buvo ištirti įvairių energijų protonais švitintų PIN diodų parametrų kitimai.
Analizuojant diodų, kuriuose suformuoti skirtingo defektų tankio pasiskirstymo profiliai, I–V ir C–V charakteristikas, pastebėtas skirtingas taškinių ir klasterių tipo defektų pasireiškimas diodų elektrinių parametrų kitimuose. Taškiniai defektai ir vakansijoms priskiriami kompleksai lemia nuotėkio srovės padidėjimą mažų atgalinių įtampų srityje. Tuo tarpu klasteriai dėl juos supančios erdvinio krūvio sferos modifikuoja C–V charakteristiką (dėl lokalaus elektrinio lauko) ir nulemia staigų nuotėkio srovės išaugimą, kai suardymo spinduliuote sluoksniai yra netoli metalurginės sandūros. Lokalaus lauko efektai priklauso nuo klasterių tankio ir labiau pasireiškia dioduose, kuriuose suformuotas $\delta$ pavidalo padidintos rekombinacijos spartos profilis n bazės srityje. Atskleista, kad taškiniai defektai išsikaitina 20–320 $8 ^{\circ}$C temperatūrų intervale, tuo tarpu klasterių tipo defektai išsilaiko po diodų iškaitinimų.