重离子与半导体材料的空间相互作用过程

电子-空穴对的产生是因重离子与半导体材料硅原子中电子的库仑相互作用所产生的能量沉积所造成，一般来说，产生单粒子效应需要沉积大量的能量，最典型状况是重离子在1 μm的离子路径上沉积10 MeV能量时，可能会诱发传统电子器件和集成电路出现单粒子效应。在离子路径上，能量沉积所释放产生的电子-空穴对全部或部分被电子器件和集成电路敏感节收集后，产生的瞬态电流脉冲可能导致单粒子效应发生，在电子器件和集成电路中，一般情况下最敏感的区域是处于反偏状态下的PN结。针对半导体材料中电离产生电子-空穴对的过程，已开展了许多理论和试验方面的研究工作，从重离子与半导体材料相互作用的主要物理过程来说，主要结论如下：

第一，电离产生的电子-空穴对会对电路中邻近PN结形成电干扰，造成电路结构中局部电场的重新分布，电场的重新分布会诱发电路中某些寄生结构导通，如CMOS电路中寄生的PNPN结构导通会造成单粒子锁定（SEL）发生，MOSFET电路中寄生的双极性晶体管导通会形成雪崩击穿而造成单粒子烧毁（SEB）。

第二，电离产生的电子-空穴对浓度的径向分布可以采用相关的理论进行定量计算分析，如Kats理论（将在后面章节详细介绍）。一般地说，可以将电子-空穴对浓度的径向分布认为是高斯型分布。为简单起见，不考虑电子-空穴对径向扩散时的复合过程，则电子-空穴对扩散方程为：

方程解为：

第三，电子-空穴对的运动（扩散、漂移和聚焦）会在电路中某电极上产生电荷收集而形成脉冲电流。(www.xing528.com)

图2-7　不同能量Ag离子在硅材料中产生的电子-空穴对浓度分布