Подземные металлические

Наибольшее отрицательное влияние на параметры УСБИС оказывают межузельные дислокационные петли и поры, образование которых происходит при выращивании монокристаллов в условиях значительных отклонений от ?f При этом скопления межузельных атомов влияют непосредственно на характеристики транзисторов, увеличивая токи утечки через /ь«-переход, а вакансионные поры ухудшают, в первую очередь, качество тонкого слоя подзатворного диэлектрика.

ного диэлектрика транзисторов в МДП-технологии. Поскольку основным направлением развития современной МДП-технологии является уменьшение толщины подзатворного диэлектрика, то значительно возрастает влияние на работу МДП-приборов таких процессов, как туннелирование, интерференция электронов в тонких слоях, инжекция носителей заряда в диэлектрик, электрический пробой. С уменьшением толщины двуокиси кремния возрастает и нестабильность характеристик, описывающих эти процессы. На энергетический профиль зонной диаграммы существенное влияние оказывает структурно-примесный состав переходного слоя кремний — двуокись кремния [37]. Поэтому возрастает роль процессов в МДП-системах, связанных с влиянием сильных электрических полей. Воздействие инжекции носителей на диэлектрик МДП-систем в таких полях приводит к изменению зарядового состояния диэлектрика, повышению плотности поверхностных состояний на границе раздела полупроводник—диэлектрик и активизации деградационных процессов в электрически активных дефектах.

автоматизированных систем контроля качества производства. Применение данного метода позволяет обеспечить экспрессность контроля, причем обработка экспериментальных данных не требует применения сложного математического аппарата. Достоинством измерения напряжения пробоя как метода контроля дефектности подзатворного диэлектрика является и то, что в этом случае получают количественную характеристику качества процесса получения диэлектрика МДП-БИС. Кроме того, результаты измерения V позволяют не только производить разбраковку структур, но и прогнозировать их надежность, что особенно важно при изготовлении схем специального назначения.

В качестве такого метода применяется сильнополевая туннельная ин-жекция заряда в диэлектрик, проводимая в режиме постоянного тока. В отличие от лавинной, режимы туннельной инжекции не зависят от характеристик области пространственного заряда полупроводника и определяются только параметрами границ раздела и самого диэлектрика. Использование туннельной инжекции позволяет точно дозировать ин-жекционную нагрузку структур и не требует создания специальных структур с инжекторами, т.е. она может проводиться в процессе формирования подзатворного диэлектрика до проведения металлизации.

Гистограммы распределения структур по заряду, инжектированному до пробоя, построены для МДП-структур из главного пика гистограммы распределения по напряжению микропробоя. Построение таких совмещенных гистограмм наглядно показывает как характеристики дефектности изоляции диэлектрика МДП-структур, так и характеристики дефектности зарядовой стабильности и комплексно характеризуют качество подзатворного диэлектрика.

Заключительной стадией зарядовой деградации МДП-систем при высокополевой инжекции заряда является пробой подзатворного диэлектрика. В результате многочисленных исследований было установлено, что определяющей причиной, приводящей к пробою диэлектрической пленки, является накопление в SiO2 положительного заряда. На базе данного

Для изменения зарядового состояния подзатворного диэлектрика МДП-структур использовалась сильнополевая туннельная инжекция электронов из кремниевого и алюминиевого электродов в режиме протекания постоянного инжекционного тока. В качестве подзатворного диэлектрика, содержащего электронные ловушки, использовался многослойный диэлектрик на основе двуокиси кремния и слоев ФСС. Применение данного вида диэлектрика, с одной стороны, позволило применить стандартный технологический процесс, а с другой стороны — использовать уже имеющиеся данные о процессах зарядовой деградации слоев в сильных электрических полях.

таких стабилитронов определяется пороговым напряжением транзистора, а дифференциальное сопротивление — крутизной транзистора. Для этой цели можно применить специальный МДП-транзистор, имеющий длину канала 2 мкм и соотношение длины канала к ширине 2 • 104. Данная конструкция стабилитрона позволяет получить следующие характеристики: рабочий диапазон тока 3 мкА...5 мА, дифференциальное сопротивление < 500 Ом. Использование в низковольтном слаботочном стабилитроне в качестве подзатворного диэлектрика структур 8Ю2~ФСС дает возможность изменять напряжение стабилизации путем инжекции электронов в сильных электрических полях непосредственно на готовых приборах в пределах 2...5 В. Для осуществления инжекции затвор МДП-тран-зистора на кристалле не соединяется со стоком.

рическую проницаемость (еох = 3,9). Для того, чтобы эффективно управлять проводимостью канала при все уменьшающихся топологических размерах МДП-транзисторов, необходимо использовать все более тонкие слои двуокиси кремния. На рис. 2.13 показана зависимость толщины подзатворного слоя двуокиси кремния от минимального топологического размера [36]. К 2014г. потребуются диэлектрики с эквивалентной толщиной 0,5...0,6 нм. Уже сейчас есть сведения о создании МДП-транзисторов с толщиной диэлектрика 0,8 нм. Однако при толщине < 1,2 нм слои двуокиси кремния теряют свои диэлектрические свойства. Это вызывает необходимость создания альтернативных подзатворных материалов, имеющих эквивалентную толщину < 1,2 нм. Эквивалентная толщина диэлектрика определяется как толщина слоя SiO2 с еох - 3,9, имеющего ту же емкость, что и альтернативный диэлектрик с большей величиной относительной диэлектрической проницаемости. Эквивалентная толщина подзатворного диэлектрика равна /эк = /диэл (3,9/едиэл). При толщине < 1,2 нм у SiO2 увеличиваются токи утечки затвора, возрастает рассеивание носителей в канале, повышается проникновение примесей, усиливаются деградационные процессы.

проведении последующих операций не должно образовываться двуокиси кремния или силицидов, т. к. при этом будет уменьшаться диэлектрическая проницаемость подзатворного диэлектрика (в качестве подзатворных предпочтительнее аморфные диэлектрики). Однако большая часть оксидов металлов имеет склонность к кристаллизации, что предполагает разработку эффективных методов стабилизации аморфных фаз, например путем формирования силикатов. Поликристаллические диэлектрики подходят в меньшей степени, т.к. границы зерен облегчают перенос носителей в сильных электрических полях. Кристаллизация увеличивает неровность границы раздела и сопровождается снижением подвижности носителей в канале.

Источниками блуждающих токов могут быть линии электропередачи системы провод—земля, электролизеры и гальванические ванны, катодные установки, работающие сварочные агрегаты, заземления постоянного тока и т. п. Среднесуточная плотность токов утечки, превышающая 0,15 мА/дм2, считается опасной. В таких зонах подземные металлические сооружения нуждаются в специальных методах защиты от коррозии блуждающими токами.

Подземные металлические конструкции в грунте подвергаются прямому коррозионному воздействию грунта. Особенно сильное разрушение наблюдается в условиях совместного воздействия грунта и блуждающих токов. Наличие в грунте влаги способствует протеканию коррозии по электрохимическому механизму и возникновению коррозионных элементов.

Ранее было указано, что подземные металлические сооружения, помимо коррозионного воздействия грунтов, часто подвергаются также воздействию блуждающих токов. Защита металлических конструкций от блуждающих токов может быть осуществлена различными электрическими способами, основанными на разрыве электрической цепи, отводе блуждающих токов

Участки, где блуждающие токи натекают на подземные металлические сооружения (ПМС), являются катодами (катодные зоны), на них создается защитный эффект, аналогичный с катодной. Участки, где токи стекают с металлического сооружения являются анодами (анодные зоны) и подвергаются дополнительному электрохимическому растворению. Коррозионные повреждения подземных трубопроводов и других металлоконструкций от действия блуждающих токов обычно происходят на небольшой поверхности металла, носят ярковыраженный язвенный характер к имеют круглую или продолговатую форму.

Блуждающие токи, протекая в земле и встречая на своём пути подземные металлические сооружения, сопротивление которых намного меньше земли (трубопровод, кабель и др.), натекают на них. Ток будет течь по металлическому сооружению до тех пор, пока не встретит благоприятных условий для возвращения на минусовую шину тяговой подстанции (чаще всего в местах повреждения изоляции трубопроводов). Блуждающие токи могут иметь радиус действия до нескольких десятков километров в сторону от токонесущих сооружений. В местах входа блуждающих токов в трубопровод и выхода из него в землю протекают электрохимические реакции. В зоне входа в него происходит катодный процесс, который приводит к подщелачивайте грунта,

Блуждающие токи могут выводить из строя незащищенные или плохо защищенные подземные металлические сооружения в течение нескольких не-

Катодную поляризацию подземных металлических сооружений следует осуществлять таким способом, который позволил бы предотвратить вредное влияние на соседние подземные металлические сооружения.

Для выбора мер защиты подземных сооружений от блуждающих токов обычно проводят комплекс электрических измерений. Для проектируемых сооружений можно расчетным путем найти так называемое критическое расстояние между источником блуждающих токов и подземным сооружением, при котором блуждающие токи не будут для него представлять опасность. Однако такое удаление удается осуществить весьма в редких случаях, так как подземные металлические сети в черте города зачастую проходят .вдоль рельсовой сети, например, трамвая. При наличии изоляционного покрытия на трубопроводе токи стекают с поврежденных участков, плотность которых в отдельных местах бывает очень велика. В практике встречаются случаи, когда в анодных зонах от действия блуждающих токов образуются сквозные отверстия в стенках труб или резервуаров через несколько месяцев после укладки их в землю. Надо отметить, что только на ремонт тепловых сетей в г. Уфе за пятилетку затраты составили более 2,5 млн. рублей.

При изучении влияния блуждающих токов на подземные металлические сооружения представляют интерес только такие их источники, которые в результате своего воздействия приводят к интенсивным процессам коррозии подземных металлоконструкций. В Уфе основными

Согласно общим директивам Комиссии по сооружению систем грозозащиты (АББ, § 9.4 [14]), заземлители, к которым относятся также и подземные металлические трубопроводы, если они находятся на расстоянии до 2 м от заземлителя системы грозозащиты, должны быть соединены с ним непосредственно или через искровой разрядник. Если в трубопроводах, имеющих соединение с заземлителем системы грозозащиты, встроены изолирующие фланцы, то эти фланцы должны быть закорочены искровыми разрядниками.

БЛУЖДАЮЩИХ ТОКОВ НА ПОДЗЕМНЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ