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엑스선에 의한 반도체 소자의 방사선 손상
Radiation Damage of Semiconductor Device by X-ray 원문보기

Journal of radiation protection and research, v.40 no.2, 2015년, pp.110 - 117  

김동성 (명지대학교 물리학과) ,  홍현승 (명지대학교 물리학과) ,  박혜민 (명지대학교 물리학과) ,  김정호 (명지대학교 물리학과) ,  주관식 (명지대학교 물리학과)

초록
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최근 방사선을 이용한 반도체 검사장비 산업의 증가로 이에 대한 기술 연구 수요 또한 증가하고 있다. 반도체 검사장비는 저에너지 엑스선으로 최저 40 keV에서 최고 120 keV의 에너지 영역을 사용하고 있지만, 국내에서는 저에너지 엑스선이 주는 방사선 손상 연구가 미흡한 상황이다. 따라서 본 연구는 저에너지 엑스선을 이용하여 반도체 소자의 한 종류인 BJT (bipolor junction transistor)가 받는 방사선 손상에 관한 것이다. BJT는 NXP반도체사의 BC817-25(NPN type)를 사용하였으며, 엑스선 발생장치를 사용하여 엑스선을 조사하였다. BJT의 방사선 손상 여부는 엑스선 조사 전과 후에 전류 이득을 10으로 고정하고, 콜렉터 전류에 따른 콜렉터-이미터 전압을 측정하여 변화 정도를 분석하여 확인하였다. 엑스선 발생장치의 관전압은 40 kVp, 60 kVp, 80 kVp, 100 kVp, 120 kVp 등 다섯 가지로, 조사 시간은 60초, 120초, 180초, 360초, 540초 등 다섯 가지로 변수를 두었다. 실험 결과 BJT에서 저에너지 엑스선 즉, 120 keV 이하의 엑스선을 조사하여도 방사선 손상이 발생하는 것을 확인하였고, 특히 80 kVp에서 가장 큰 방사선 손상이 발생되었다. 이는 ELDRS (enhanced low dose rate sensitivity) 현상이 80 kVp을 기준으로 발생되는 것으로 판단된다. 본 연구의 결과는 저에너지 엑스선을 이용한 반도체 검사장비의 효율적인 선량관리와 엑스선 여과기의 연구 및 개발에 기여할 것으로 기대한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, Due to the increased industry using radiation inspection equipment in the semiconductor, this demand of technology research is increasing. Although semiconductor inspection equipment is using low energy X-ray from 40 keV to 120 keV, Studies of radiation damage about the low energy X-ray ar...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • TID 또한 이미 많은 연구가 진행되었지만, 대부분 고에너지의 엑스선과 감마선, 중성자, 양성자, 전자 등의 방사선을 사용한 연구였다. 따라서 저에너지 엑스선을 사용하여 반도체가 받는 방사선 손상에 대한 연구가 필요하다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
TID는 어떻게 발생하는가? TID는 주로 반도체 내의 silicon과 silicon dioxide의 사이에서 전자 정공이 형성되어 charge trapping에 의해 발생하게 된다. MOSFET의 경우 TID가 발생하면 문턱전압이 변화하며, 누설 전류가 증가한다.
반도체 소자의 방사선 손상의 종류는 무엇이 있는가? 최근 원자력 관련 산업의 발달함에 따라 방사선을 이용한 반도체 검사장비에 관한 연구 수요가 증가하고 있으며, 반도체가 받는 방사선 손상 관련 연구가 많이 이루어져왔다. 반도체 소자의 방사선 손상의 종류는 total ionizing dose (TID), single event effect (SEE), displace damage (DD) 등 크게 세 가지로 나누어 볼 수 있다.
single event effect란 무엇이며 특징은 어떠한가? SEE는 이온화에 의한 손상으로, 주로 전기적 신호를 바뀌게 하며[1], DD는 원자핵을 격자에서 벗어나게 하여 물리적인 손상을 입히게 된다[2]. 이 둘의 손상은 주로 1MeV이상의 방사선이 조사되는 경우에 발생하게 되며, 이에 대한 이론은 이미 많은 연구를 통해 알려져 왔다.
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참고문헌 (10)

  1. McDonald PT, Henson BG, Stapor WJ, Mark Harris. Destructive heavy ion SEE Investigation of 3 IGBT devices. Radiation Effects Data Workshop. 2000 July 11-15. 

  2. Srour JR, Cheryl J. Marshall, Paul W. Marshall. Review of displacement damage effects in silicon devices. IEEE Trans Nucl Sci. 2003;50(3):653-670. 

  3. Daniel MF. Total ionizing effects in MOS and low-dose-rate-sensitive linear-bipolar devices. IEEE Trans Nucl Sci. 2013;60(3):1706-1730 

  4. Harold PH, Ronald LP, Steven CW, Marty RS, James RS, Arthur HE, Charles EH, Thomas RM. Mechanisms for radiation dose-rate sensitivity of bipolar transistors. IEEE Trans Nucl Sci. 2013; 50(6):1901-1909 

  5. Ronald LP, Lewis MC, Daniel MF, Mark AG, Tom LT, Dennis BB, Allan HJ. A proposed hardness assurance test methodology for bipolar linear circuits and devices in a space ionizing radiation environment. IEEE Trans Nucl Sci. 1997;44(6) :1981-1988 

  6. Rashkeev SN, Fleetwood DM, Schrimpf RD, Pantelides ST. Defect generation by hydrogen at the $Si-SiO_2$ interface. Phys Rev Lett. 2001:87(16): 165506 

  7. Pershenkov VS, Chumakov KA, Nikforov AY, Chumakov AI, Ulimov VN, Romanenko AA. Interface trap model for the low-dose-rate effect in bipolar devices. RADECS 2007 European Conference, 2007 September 1-6. 

  8. Rashkeev SN, Cirba CR, Fleetwood DM, Schrimpf RD, Witczak SC, Michez A, Pantelides ST. Physical model for enhaced interface-trap formation at low dose rate. IEEE Trans Nucl Sci. 2002;49(6):2650-2655 

  9. Fleetwood DM, Kosier SL, Nowlin RN, Schrimpf RD, Reber RA, Delaus JM, Winokur PS, Wei A, Combs WE, Pease RL. Physical mechanisms contributing to enhanced bipolar gain degradation at low dose rates. IEEE Trans Nucl Sci. 1994;41 (6):1871-1883 

  10. Leonidas T, Ronald DS, Daniel MF, Ronald LP, Sokrates TP. Common origin for enhanced low-dose-rate sensitivity and bias temperature instability under negative bias. IEEE Trans Nucl Sci. 2005;52:2265-2271 

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