电子对半导体材料和器件的作用机理解析

对于由半导体材料构成的半导体器件的辐射效应来说，存在两个层面：一是电子对半导体材料的辐照损伤，这种损伤主要是位移效应产生的辐照损伤对材料性能的影响；二是电子对半导体器件的辐照效应，主要是电离累积剂量的电离效应对半导体器件性能的影响。

电子辐照的位移效应：辐射电子与半导体晶格原子的相互作用过程可看作一个弹性碰撞过程。在辐照过程中，电子束将其一部分能量转移给晶格原子，晶格原子获得足够的能量后，离开正常晶格位置，产生一个间隙原子，同时在其晶格位置上产生一个空位，形成Frenkel 对。当半导体材料经过辐照以后，在材料内部形成各种原生及二次辐照缺陷。一般当电子能量较高（MeV 级）时，大多会产生位移效应。(www.xing528.com)

电子辐照的电离效应：当能量大于材料禁带宽度Eg 的电子束辐照到材料时，价带中的电子受激发从价带跃迁到导带，并产生电子-空穴对，导带中增加的电子和价带中增加的空穴为非平衡载流子。电离效应产生的电子-空穴对会在短时间内发生复合，电离效应导致材料或器件性能发生瞬态变化。另外，单个电子的电离能损较小，单个电子在半导体器件内部沉积的能量少，但大剂量的电子束累积辐照，通过电离作用产生氧化物捕获电荷和界面态陷阱电荷，随着累积辐照剂量的增加，积累电荷的增加将导致半导体器件性能发生变化，如电参数漂移、漏电流增大、1/f 噪声变化等，严重影响器件的正常运用，甚至导致器件的失效。