Электрические сети энергосистем Турбины тепловых и атомных электростанций Развитие атомной энергетики Анализ мирового энергетического рынка Воздействие радиации на человека Машиностроение для энергетики

Технопарк первого наукограда России для проекта «АЭС-2006»

Проект Технопарка в г. Обнинске реализуется на основании государственной программы "Создание в Российской Федерации технопарков в сфере высоких технологий", одобренной Распоряжением Правительства РФ от 10 марта 2006 года №328-р. Научно-производственное предприятие «Радиационный контроль. Приборы и методы» приступило к реализации инвестиционного проекта, предусматривающего создание современного производства комплекса программных и технических средств радиационного контроля «РАДСИС». Максимальная проектная мощность производства должна обеспечивать ежегодный выпуск трех комплектов автоматизированных систем радиационного контроля для серийных энергоблоков ВВЭР-1000. Кроме производства предполагается осуществлять полный спектр сервисных услуг на всех стадиях реализации проектов СРК – разработка технического проекта, монтажные и пуско-наладочные работы, сервисное гарантийное и послегарантийное обслуживание.

В соответствии с лицензионным соглашением, подписанным с одним из мировых лидеров ядерного приборостроения – компанией MGP Instruments (Франция), производство основывается на комплектующих и технологических картах, применяемых при производстве системы радиационного контроля «RAMSYS», которая используется на более 200 объектах атомной энергетики на всех континентах.

Несомненными достоинствами комплекса «РАДСИС» являются:

Оптимизация объема радиационного технологического контроля и радиационного контроля помещений на основе применения широкодиапазонных устройств детектирования в составе измерительных каналов АСРК, что обеспечивает снижение стоимости изготовления и поставки на 10-15%.

Сокращение сроков монтажа и ввода в эксплуатацию системы (ПНР) за счет модульности применяемых технических средств и высокой степени подготовки измерительного канала в ходе производства. Сокращение сроков монтажа основного оборудования не менее чем в два раза.

Сокращение эксплуатационных издержек, включая прямые затраты (комплектация и поддержание неснижаемого ЗИП и расходных материалов) и затраты на оплату труда персонала, занятого обеспечением эксплуатации СРК - не менее чем на 25% - за счет унификации и высокой надежности применяемых технических и программных средств.

Обеспечение конкурентоспособности на зарубежных рынках за счет полного соответствия выпускаемой продукции стандартам ЕС и рекомендациям МАГАТЭ.

Научно-производственным предприятием «Радиационный контроль. Приборы и методы» с 1998 года реализован целый ряд значимых проектов в области обеспечения радиационного контроля на объектах атомной энергетики. Среди них – отраслевая автоматизированная система индивидуального дозиметрического контроля (ОАСИДК) концерна «Росэнергоатом», программно-технический комплекс верхнего уровня системы радиационного контроля 3-го энергоблока Калининской АЭС, программно-технический комплекс верхнего уровня системы радиационного контроля атомного ледокола имени 50-летия Победы и др.

 

Моделирование процессов дефектообразования в структурах «Кремний на сапфире» при радиационных воздействиях

Изготовление микросхем на основе структур «кремний на диэлектрике» считается одним из перспективных направлений развития микроэлектроники [1-3]. В настоящее время в России промышленно освоен и коммерчески доступен вариант этой технологии с использованием гетероэпитаксиальных слоев кремния на сапфировых подложках (КНС). Однако, сопряжение различных по кристаллической структуре и физическим свойствам материалов (кремния и сапфира) обуславливает ряд особенностей, отличающих КНС подложки от подложек из объемного кремния [3, 4]:

- наличие переходного слоя переменного атомного состава и аморфного строения у границы раздела кремний-сапфир;

- сильное автолегирование приборного слоя кремния алюминием и кислородом, диффундирующими из подложки;

- высокая плотность структурных ростовых дефектов в эпитаксиальном слое кремния;

- упруго-напряженное состояние приборного слоя;

- заряд на границе раздела «кремний-сапфир» и другие.

В результате многочисленных исследований установлено, что вышеперечисленные особенности влияют на протекание процессов сопровождающих технологические обработки при формировании микросхем, и на их функционирование, как в нормальных условиях, так и при воздействии внешних дестабилизирующих факторов, в частности радиационном. Цель нашей работы – исследование и оценка степени влияния особенностей строения КНС-структур на протекание процессов, происходящих в них при ионной имплантации. Полученные результаты имеют практическую значимость и при анализе реакции изготовленных по технологии КМОП-КНС микросхем, на воздействие других видов корпускулярного излучения. Основной метод исследования – это компьютерное моделирование. Ниже приведены основные результаты, полученные к настоящему времени.

Предложена модель расчетов на основе метода Монте-Карло параметров профилей пространственного распределения атомов имплантируемой примеси и радиационных дефектов в структурах КНС, учитывающая неоднородность строения гетерокомпозиции [5]. В отличие от «традиционных» моделей в рассмотрение введены дополнительные слои, моделирующие переходные области вблизи границ раздела сопрягающихся материалов. Плотность и химический состав материала этих областей структуры отличаются от характерных для объемных кремния, диоксида кремния, сапфира. Для оценки плотности соответствующих областей гетероструктуры использовались данные эллипсометрических измерений показателя преломления переходных слоев SiO2-Si и Si-Al2O3 и эпитаксиальной пленки кремния на сапфировой подложке. Также учтено уменьшение толщины эпитаксиальной пленки кремния при выращивании на ней слоя диоксида кремния.

Проведены расчеты профилей пространственного распределения атомов бора и фосфора, внедряемых с энергиями 30, 60 и 100 кэВ, а также фосфора с энергией 180 кэВ. Установлено, что для легких ионов (бор) с энергией 60 кэВ при расчетах среднего проецированного пробега по предложенной модели наблюдаемое приращение значений этого параметра составляет 18% по сравнению со значениями, полученными по «традиционной» модели, где вышеперечисленные особенности гетерокомпозиции не учтены. При больших и меньших значениях энергии (30 и 100 кэВ) увеличение составляет 16% и 11% соответственно. Максимальное приращение латеральных пробегов составляет 20% для ионов бора, внедряемых с энергией 30 кэВ, и уменьшается с ростом энергии имплантации (до 10% при 100 кэВ). Приращение значений дисперсии проецированных и латеральных пробегов при переходе от модели к модели составляет более 20%. Отличие значений концентрации внедренной примеси и точечных радиационных дефектов на одном и том же расстоянии от облучаемой поверхности для двух моделей может превышать 100%. Для ионов средних масс (фосфора), в основном, характерны те же закономерности, но эффекты, связанные с наличием переходных слоев, проявляются при больших энергиях имплантации. Так максимальное отличие средних проецированных пробегов, равное 17,8%, наблюдается при энергии 180 кэВ. Но отличие значений латеральных пробегов увеличивается с ростом энергии внедрения ионов фосфора от 8% при 30 кэВ до 21% при 100 кэВ. Таким образом, показано, что особенности строения гетерокомпозиций оказывают существенное влияние на положение максимумов концентрации атомов имплантированных примесей и радиационных дефектов, и должны учитываться при задании режимов ионной имплантации в технологии изготовления интегральных схем на основе гетероструктур КНС.

На следующем этапе работы методом компьютерного моделирования исследовано влияние дефектов кристаллической структуры эпитаксиального слоя кремния на сапфировой подложке на параметры профилей пространственного распределения атомов легирующих примесей и радиационных дефектов, вводимых ионной имплантацией [6]. Для проведения расчетов разработана программа на основе модифицированного с учетом предложенной модели дислокационной структуры «мишени» «TRIM»-алгоритма. Дислокации и более сложные структурные дефекты представляются локальными областями, внутри которых изменяются энергия дефектообразования и длина свободного пробега ускоренных частиц. Области дефектов распределены по объему приборного слоя в соответствии с полученным аппроксимацией экспериментальных данных профилем распределения плотности структурных дефектов, типичным для кремния на сапфире.

Для ионов бора и фосфора с энергиями 30, 60 и 100 кэВ рассчитаны профили пространственного распределения атомов внедряемой примеси и радиационных дефектов в гетерокомпозиции КНС с учетом дислокационной структуры по предложенной модели. Сравнительный анализ полученных данных с результатами расчета без учета дислокационной структуры показал следующее:

профиль распределения атомов внедренной примеси для обоих типов внедряемых ионов во всем интервале рассматривавшихся энергий изменяется незначительно. Изменение среднего проецированного и латерального пробегов ионов, а также их дисперсии, составляет менее 5%.

профиль пространственного распределения радиационных дефектов на примере вакансий кремния не изменяется по форме, но концентрация вакансий на одном и том же расстоянии от облучаемой поверхности для двух моделей может отличаться в несколько раз для обоих типов ионов.

Таким образом, показано, что исходная (до облучения) дефектная структура гетерокомпозиций оказывают существенное влияние на концентрацию радиационных дефектов, вводимых при ионной имплантации, и должны учитываться при прогнозировании результатов ионно-лучевой модификации свойств подложек в технологии изготовления интегральных схем на КНС.

В настоящее время проводится разработка моделей и программных средств для анализа комплексообразования и диффузионного перераспределения примесей и дефектов при постимплантационном отжиге.

Результаты проведенных в работе теоретических исследований, могут быть использованы для интерпретации экспериментальных данных об атомном и дефектном составах приборных слоев как исходных, так и легированных структур «кремний на сапфире».


На главную