ЭЛЕКТРОННАЯ СХЕМА И/ИЛИ МИКРОЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА С РАДИАЦИОННЫМ ИСТОЧНИКОМ ПОДВИЖНЫХ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА
ELECTRONIC CIRCUIT AND/OR MICROELECTROMECHANICAL SYSTEM WITH RADIATION SOURCE OF MOBILE CHARGE CARRIERS

Электронная схема и/или микроэлектромеханическая система с радиационным источником подвижных носителей заряда.
Изобретение относится к электронике и микроэлектромеханическим системам, использующим радиоактивный источник подвижных носителей заряда. На основе этой конструкции структуры могут быть построены электрические схемы или микроэлектромеханические системы, не зависящие от внешнего источника питания, как минимум, в течение времени полураспада используемого в изделии радиационного источника подвижных носителей заряда.
Известны электронные активные приборы, которые при приложении к ним электрических потенциалов (напряжений) обладают способностью управления величиной тока, то есть величиной уровня потока подвижных носителей заряда, проходящих через них, и благодаря этому указанные электронные активные приборы служат основой для построения электронных схем и/или микроэлектромеханических систем. Такими электронными активными приборами являются: вакуумные - триодные, тетродные, пентодные и подобные приборы, полупроводниковые - транзисторные биполярные и полевые приборы и другие приборы, применяемые при построении электронных схем и/или микроэлектромеханических систем (С.Зи. «Физика полупроводниковых приборов». М.: «Мир», 1984.).
Недостатком подобных активных приборов, является задержка во времени их перехода из режима покоя в режим работы, поскольку для их работы и прохождения через них тока, потока подвижных носителей заряда, необходимо как приложение к ним электрических потенциалов (напряжений), что уже само по себе исключает постоянную готовность подобных активных приборов к работе, так и требуется затратить определенное время как на подключение внешних выводов электронной схемы и/или микроэлектромеханической системы, так и для совершения и в полной мере завершения всех переходных процессов и программных обеспечении, необходимых для перехода электронной схемы и/или микроэлектромеханической системы из режима покоя в режим работы.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является достижение технического результата, заключающегося в создании электронной схемы и/или микроэлектромеханической системы, обладающих постоянной готовностью к переходу из режима покоя (или работы в спящем режиме) к работе в активном режиме, что исключает потерю времени на прохождение переходных процессов, происходящих при подобном переходе.
Поставленная задача решается за счет того, что предлагается новая электронная схема и/или микроэлектромеханическая система, отличающаяся тем, что содержит электрорадиационный элемент(ы) с радиоактивным источником(ами) подвижных носителей заряда, состоящий, по крайней мере, из двух областей, первой и второй, каждая из которых выполнена либо из металла, либо из полупроводника, либо из диэлектрика или их объединений, атомы, которых представляют либо разные нуклиды, либо, по крайней мере, атомы разных изотопов одного химического элемента;
атомы вышеуказанной первой области являются радиационными нуклидами, или, по крайней мере, радиационными изотопами, ядра которых излучают подвижные носители заряда,
атомы вышеупомянутой второй области являются стабильными нуклидами, или, по крайней мере, стабильными изотопами, то есть не являются радиоактивными и ядра которых не излучают;
вышеупомянутые, две области, первую и вторую, располагают либо внутри третьей области, отдельно друг от друга, либо одну область, первую или вторую, располагают на или внутри одной из них, второй или первой;
вышеупомянутые две области, располагают внутри упомянутой третьей области так, чтобы расстояние между первой и второй областями и было не больше, чем длина свободного пробега в третьей области, вышеуказанных подвижных носителей заряда, испущенных, из вышеупомянутой первой области;
расположение вышеупомянутых двух областей, одной области внутри другой области, производят так, что первую область с атомами либо из разных нуклидов, либо, по крайней мере, атомами из разных изотопов одного химического элемента, испускающего подвижные носители заряда, производят либо в рассеянном виде частиц размера вплоть до молекулярного или атомного, либо первую область с атомами либо из разных нуклидов, либо, по крайней мере, атомами из разных изотопов одного химического элемента, испускающего подвижные носители заряда, располагают, внутри второй области со стабильными нуклидами в виде куска(ов) вещества, ограниченного(ых) соединением молекул или атомов;
при этом вышеупомянутая первая область имеет атомы либо из разных нуклидов, либо, по крайней мере, атомы из разных изотопов одного химического элемента, испускающего подвижные носители заряда, представляет собой только, по крайней мере, один тип разных нуклидов либо, по крайней мере, изотопов одного химического элемента;
при этом вышеупомянутая первая область имеет атомы, либо из разных нуклидов, либо, по крайней мере, атомы, из разных изотопов одного химического элемента, испускающего подвижные носители заряда, представляет собой только, по крайней мере, два типа атомов либо из разных нуклидов, либо, по крайней мере, два типа атомов из разных изотопов одного химического элемента;
при этом вышеупомянутая первая область имеет атомы либо из разных нуклидов, либо, по крайней мере, атомы из разных изотопов одного химического элемента, испускающего подвижные носители заряда, представляет собой диэлектрический нерадиоизотопный материал,
содержащий внутри себя либо в сосредоточенном едином месте или в виде включений, рассеянных в диэлектрическом материале, по крайней мере, один и тот же тип атомов либо из разных нуклидов, либо, по крайней мере, атомы из разных изотопов одного химического элемента, испускающего подвижные носители заряда, обладающего свойством радиоактивного излучения подвижных носителей заряда;
при этом вышеупомянутая первая область имеет атомы либо из разных нуклидов, либо, по крайней мере, атомы из разных изотопов одного химического элемента, испускающего подвижные носители заряда, обладающего радиоактивным излучением подвижных носителей заряда, представляет собой, по крайней мере, один диэлектрический материал или его химические соединения, входящие в состав молекул, образующих вышеуказанный диэлектрический материал;
при этом вышеупомянутая вторая область имеет атомы либо из разных нуклидов, либо, по крайней мере, атомы из разных изотопов одного химического элемента, не испускающего радиоактивного излучения, а в которую осуществляется поступление подвижных носителей заряда, из вышеупомянутой первой области, представляет собой диэлектрическую область;
при этом вышеупомянутая вторая область, которая имеет атомы либо из разных нуклидов, либо, по крайней мере, атомы из разных изотопов одного химического элемента, не испускающего радиоактивного излучения, в которую осуществляется поступление подвижных носителей заряда из вышеупомянутой первой области с атомами, либо из разных нуклидов, либо, по крайней мере, атомами из разных изотопов одного химического элемента, испускающего радиоактивное излучения, представляет собой полупроводник;
при этом вышеупомянутая вторая область, которая имеет атомы либо из разных нуклидов, либо, по крайней мере, атомы из разных изотопов одного химического элемента, не испускающего радиоактивного излучения, в которую осуществляется поступление подвижных носителей заряда из вышеупомянутой первой области с атомами либо из разных нуклидов, либо, по крайней мере, атомами из разных изотопов одного химического элемента, испускающего радиоактивное излучение, представляет собой металл;
при этом вышеупомянутая вторая область, которая имеет атомы либо из разных нуклидов, либо, по крайней мере, атомы из разных изотопов одного химического элемента, не испускающего радиоактивного излучения, в которую осуществляется поступление подвижных носителей заряда, из вышеупомянутой первой области с атомами либо из разных нуклидов, либо, по крайней мере, атомами из разных изотопов одного химического элемента, испускающего радиоактивное излучение, представляет собой одну из областей вакуумного триода;
при этом вышеупомянутая вторая область, которая имеет атомы либо из разных нуклидов, либо, по крайней мере, атомы из разных изотопов одного химического элемента, не испускающего радиоактивного излучения, в которую осуществляется поступление подвижных носителей заряда, из вышеупомянутой первой области с атомами либо из разных нуклидов, либо, по крайней мере, атомами из разных изотопов одного химического элемента, испускающего радиоактивное излучение, представляет собой, по крайней мере, одну из областей биполярного полупроводникового транзистора;
при этом вышеупомянутая вторая область, которая имеет атомы либо из разных нуклидов, либо, по крайней мере, атомы из разных изотопов одного химического элемента, не испускающего радиоактивного излучения, в которую осуществляется поступление подвижных носителей заряда, из вышеупомянутой первой области с атомами либо из разных нуклидов, либо, по крайней мере, атомами из разных изотопов одного химического элемента, испускающего радиоактивное излучение, представляет собой, по крайней мере, одну из областей полевого полупроводникового транзистора;
при этом вышеупомянутыми подвижными носителями заряда, излучаемыми из вышеупомянутой первой области, являются - электроны;
при этом вышеупомянутыми подвижными носителями заряда, излучаемыми из вышеупомянутой первой области, являются - позитроны.
Отличительными признаками патентуемого изобретения является то, что в предлагаемом конструктивном решении новой электронной схемы или микроэлектромеханической системы имеется две области первая и вторая, первая содержит радиационный источником подвижных носителей заряда, а вторая содержит приемник этих подвижных носителей заряда.
Указанная совокупность отличительных признаков позволяет достичь технического результата, заключающегося в создании новой электронной схемы или микроэлектромеханической системы с радиационным источником подвижных носителей заряда, в спящем режиме работы соблюдается постоянная готовность к переходу в рабочий режим, что исключает необходимость потери времени для подключения электронной схемы к источнику напряжения и перехода ее в рабочий режим.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1÷6 схематично представлены чертежи изображения разрезов структуры электронной схемы с радиационным источником подвижных носителей заряда.
На фиг.1 схематически изображен продольный разрез структуры электрорадиационного элемента электронной схемы с радиационным источником подвижных носителей заряда, п.1 формулы, здесь первая и вторая области находятся в третьей области отдельно друг от друга, первая область с радиационным источником подвижных носителей заряда 1.1, расположена на расстоянии 1.2 от второй области поступления подвижных носителей заряда 1.3, где:
1.1 - радиационный источник подвижных носителей заряда первой области,
1.2 - зазор между первой областью с радиационным источником подвижных носителей заряда 1.1 и второй областью поступления подвижных носителей заряда 1.3;
1.3 - полупроводниковая область поступления подвижных носителей заряда.
На фиг.2 схематически изображен продольный разрез структуры электрорадиационного элемента электронной схемы с радиационным источником подвижных носителей заряда, п.1 формулы, здесь первая область радиационного источника подвижных носителей заряда 2.1 расположена на поверхности 2.2 второй области 2.3 поступления подвижных носителей заряда, где:
2.1 - радиационный источник подвижных носителей заряда первой области,
2.2 - поверхность границы раздела между первой областью 2.1 и второй областью 2.3;
2.3 - вторая область поступления подвижных носителей заряда.
На фиг.3 схематически изображен продольный разрез структуры электрорадиационного элемента электронной схемы с радиационным источником подвижных носителей заряда, п.1 формулы, здесь первая область радиационного источника подвижных носителей заряда 3.1 расположена внутри 3.2 второй области поступления подвижных носителей заряда 3.3,
где:
3.1 - первая область радиационного источника подвижных носителей заряда расположена внутри второй области поступления подвижных носителей заряда 3.3;
3.2 - граница, первой области, ограничивающая место нахождения радиационного источника подвижных носителей заряда 3.1, находящегося внутри второй области поступления подвижных носителей заряда 3.3;
3.3 - полупроводниковая область поступления подвижных носителей заряда.
На фиг.4 схематически показан разрез структуры интегральной электронной схемы, взятой в виде примера за основу для создания электронной схемы с радиационным источником подвижных носителей заряда. Эта структура представляет собой КМОП ИС, изображенную на этапе изготовления после проведения процесса нанесения металла и формирования в нем металлической разводки, где:
4.1 - кремниевая полупроводниковая пластина первого типа проводимости,
4.2 - карман в виде области полупроводника второго типа проводимости,
4.3 - контакт к области охраны полупроводниковой пластины первого типа проводимости,
4.4 - контакт к области охраны полупроводниковой пластины второго типа проводимости,
4.5 - металл разводки,
4.6 - торец конца затвора,
4.7 - полевой диэлектрик, разделяющий собой затвор 4.6 и полупроводниковую пластину 4.1.
На фиг.5 схематически показан разрез полупроводниковой структуры электронной схемы с радиационным источником подвижных носителей заряда, подобной интегральной электронной схеме, изображенной на фиг.4, взятой за основу. При создании электронной схемы с радиационным источником подвижных носителей заряда в структуре использован металл - радиационный источник подвижных носителей заряда на поверхности полупроводниковой пластины, выполненный в двух конструктивных местах цепи питания (цепи Земли),
где:
5.1 - кремниевая полупроводниковая пластина первого типа проводимости,
5.2 - карман в виде области полупроводника второго типа проводимости,
5.3 - контакт к области охраны полупроводниковой пластины первого типа проводимости,
5.4 - контакт к области охраны полупроводниковой пластины второго типа проводимости,
5.5 - металл разводки,
5.6 - материал затвора,
5.7 - полевой диэлектрик, разделяющий собой затвор 56 и полупроводниковую пластину 5.1,
5.8 - радиационный источник подвижных носителей заряда на поверхности полупроводниковой пластины второго типа проводимости полупроводника 5.1 в области контактного окна к области охраны на 5.4,
5.9 - радиационный источник подвижных носителей заряда на поверхности полупроводниковой пластины второго типа проводимости полупроводника 5.1 в области контактного окна к области истока МДП-транзистора,
5.10 - защитный слой пассивирующего диэлектрика.
На фиг.6 схематически показан разрез полупроводниковой структуры электронной схемы с радиационным источником подвижных носителей заряда, подобной интегральной электронной схеме, изображенной на фиг.4, взятой за основу. При создании электронной схемы с радиационным источником подвижных носителей заряда в структуре использован металл - радиационный источник подвижных носителей заряда на поверхности полупроводниковой пластины, выполненный в двух конструктивных местах цепи Земли (цепи питания),
где:
6.1 - кремниевая полупроводниковая пластина первого типа проводимости,
6.2 - карман в виде области полупроводника второго типа проводимости,
6.3 - контакт к области охраны полупроводниковой пластины первого типа проводимости,
6.4 - контакт к области охраны полупроводниковой пластины второго типа проводимости,
6.5 - металл разводки,
6.6 - торец конца затвора,
6.7 - полевой диэлектрик, разделяющий собой затвор 68 и полупроводниковую пластину 61,
6.8 - радиационный источник подвижных носителей заряда на поверхности полупроводниковой пластины второго типа проводимости полупроводника 6.1 в области контактного окна к области охраны на 6.4,
6.9 - радиационный источник подвижных носителей заряда на поверхности полупроводниковой пластины второго типа проводимости полупроводника 6.1 в области контактного окна к области истока МДП-транзистора,
6.10 - защитный слой пассивирующего диэлектрика.
Описание работы электронной схемы и/или микроэлектромеханической системы с радиационным источником подвижных носителей заряда
Заявляемая электронная схема и/или микроэлектромеханическая система с радиационным источником подвижных носителей заряда имеет три области, схематически изображенные на фиг.1. Из них две области, 1.1 и 1.3, фиг.1 и 2.1 и 2.3, фиг.2, а также 3.1 и 3.3, изображенные на фиг.3, соответственно, являются основными областями, образующими электрорадиационный элемент, осуществляющий преобразование, влияния подвижных носителей заряда, образованных радиацией, в электрическое напряжение.
Первые основные области, обозначенные на фиг.1-3, соответственно, цифрами 1.1, 2.1, 3.1, являются радиационными источниками подвижных носителей заряда, и их изображение имеет покрытие точками. На фиг.1-2 точки черные, и на фиг.3 точки белые,
Вторая основная область 1.3, 2.3, 3.3, обозначенная на фиг.1-3, соответственно, является приемником, который собирает излученные из первой области подвижные носители заряда. Схематическое изображение основных областей 1.3, 2.3, 3.4, изображенных на фиг.1-3, соответственно, имеет штриховку в виде косых линий, идущих слева снизу направо вверх.
На фиг.1 указанные две основные области первая 1.1 и вторая 1.3 электронной схемы с радиационным источником подвижных носителей заряда, располагаются внутри третьей области 1.2 и этой же третьей областью 1.2 две основные области первая 1.1 и вторая 1.3 электронной схемы разделены между собой. Третья область 1.2 представляет собой вакуум, или какой-либо нуклид, или, по крайней мере, какой-либо изотоп. Величина ширины зазора между расположенной между областями первой области 1.1 и второй области 1.3, задаваемого третьей областью 1.2, не превышает величины свободного пробега в третьей области 1.2 подвижных носителей заряда, излученных из первой области 1.1. Структура электрорадиационного элемента состоит из трех упомянутых областей: первой области 1.1, второй области 1.3 и третьей области 1.2.
На фиг.2 указанные две основные первая 2.1 и вторая 2.3 области, образующие электрорадиационный элемент, осуществляющий преобразование, образованных радиацией подвижных носителей заряда в электрическое напряжение, в электронной схеме с радиационным источником подвижных носителей заряда, примыкающих друг к другу своими поверхностями, граница раздела между которыми изображена линией 2.2.
На фиг.3 указанные две основные области, первая 3.1 и вторая 3.3, образующие электрорадиационный элемент, осуществляющий преобразование образованных радиацией подвижных носителей заряда в электрическое напряжение электронной схемы с радиационным источником подвижных носителей заряда, которые проникают друг в друга, в результате чего первая область 3.1 находится внутри второй области 3.3. Граница первой области 3.1, находящейся внутри второй области 3.3, изображена линией, обозначенной 3.2.
В пределах этой границы 3.2 нуклид, или, по крайней мере, какой-либо изотоп находятся либо в рассеянном виде, с размером минимального элемента, равным размеру атома нуклида или молекулы, его содержащей, либо в виде куска из нуклида или куска вещества из молекул, его содержащих, или, по крайней мере, какого-либо изотопа, с размером минимального элемента, равным размеру «нити» из последовательного соединения одинарных атомов нуклида, или, по крайней мере, какого-либо изотопа или молекулы, его содержащей.
Во всех структурах, изображенных на фиг.1÷3, подвижные носители заряда, генерируемые в первой области, обозначенной 1.1, 2.1, 3.1, соответственно, и будучи излученными, внедряются во вторую область, обозначенню 1.3, 2.3, 3.3, соответственно. В результате этого во второй области меняется концентрация подвижных носителей заряда, в результате чего изменяются электрические потенциалы разных мест второй области. Образовавшиеся потенциалы образуют токи подвижных носителей, стремящиеся эти потенциалы уравнять между собой, что и обеспечивает необходимые условия для работы любых активных приборов.
Работа активных приборов, происходящая за счет внедряемых подвижных носителей заряда, не требует наличия внешнего питания, благодаря чему активные приборы сохраняют работоспособность в «спящем» режиме.
Место во второй области электронная схема и/или микроэлектромеханическая система с радиационным источником подвижных носителей заряда, куда эти подвижные носители заряда попадают и где их наличие в образующем электрорадиационном элементе, осуществляющем преобразование влияния образованных радиацией подвижных носителей заряда в электрическое напряжение, может быть катодом, сеткой или анодом триода, тетрода или пентода или других полупроводниковых или вакуумных активных приборов.
При использовании полупроводника в роли второй области в электронной схеме и/или микроэлектромеханической системе с радиационным источником подвижных носителей заряда место, куда эти подвижные носители заряда попадают и где их наличие вызывает изменение потенциала, может быть любой областью активного или пассивного полупроводникового прибора: эмиттером, коллектором или базой биполярного транзистора, стоком, истоком, затвором или подложкой полевого транзистора с изолированным затвором.
Таким образом, в любом электронном приборе, задающем ток подвижных носителей, может быть использован электрорадиационный элемент и применена электронная схема и/или микроэлектромеханическая система с радиационным источником подвижных носителей заряда.
Пример электронной схемы с радиационным источником подвижных носителей заряда приведен на фиг.4÷6, где показана ее реализация, в полевом транзисторе с изолированным затвором, и созданном на его основе базисе для схем взаимодополняющих или КМОП приборов.
На фиг.4 схематически представлено изображение структуры КМДП ИС, которая использована, как пример реализации электронной схемы с радиационным источником подвижных носителей заряда.
Структура КМДП ИС, схематически представленная на фиг.4, имеет два участка полупроводника 4.1 и 4.2, имеющие разный тип проводимости, в которых сформированы разных типов проводимости МДП-транзисторы. Стоки 4.5 в виде диффузионных областей типа проводимости противоположного типу проводимости полупроводника, в котором они созданы, отделены от истоков, выполненных также в виде диффузионных областей типа проводимости противоположного типу проводимости полупроводника, поликремниевым затвором 4.6, изолированным от полупроводника диэлектриком 4.7. С другой стороны от затвора 4.6, на поверхности полупроводника, расположены области истока подобные областям стока 4.6. На области истока, МДП-транзисторов разных типов проводимости, подаются противоположные потенциалы питания. При подаче на затворы 4.7 какого-либо потенциала, определенной полярности, открывается МДП-транзистор одного типа проводимости и закрывается МДП-транзистор другого типа проводимости и, при смене полярности потенциала на затворе 4.7 на противоположный, меняются и состояния МДП-транзисторов, открытый - закрывается, а закрытый - открывается. Таким образом, при переключении МДП-транзисторов выходные емкости стоков меняют свой потенциал за счет прихода на них (или ухода с них) подвижных носителей заряда. В самом генераторе электрической энергии, являющемся источником питания, подвижные носители заряда появляются при преобразовании химической, механической, тепловой или какого-либо другого вида энергии в электрическую энергию. Обычно такого рода преобразователь представляет собой большое громоздкое устройство, не совместимое с электронным, микроэлектронным, а тем более выполненным по нанотехнологическим канонам, полому к электронному оборудованию от генератора электрической энергии, являющегося источником питания, который поставляет подвижные носители, относятся только электропроводники, обычно металлические, осуществляющие подвод подвижных носителей.
На фиг.5÷6 изображены примеры реализации ризистора, то есть электронной схемы с радиационным источником подвижных носителей заряда на основе применения ИС, реализованной на базе взаимодополняющих МДП-транзисторов, структура которой изображена на фиг.4. На фиг.5 и 6, изображены реализации, которые включают в себя, в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения, две области: одна область, содержащая материал радиоизотопа, 5.8, 5.9 на фиг.5 и 6.8, 6.9 на фиг.6, и другая область, содержащая полупроводниковую подложку с областями 5.1, 5.2, обладающими разной проводимостью, на фиг.5 и с областями 6.1, 6.2, обладающими разной проводимостью, на фиг.6. При этом материал радиоизотопа размещают в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения, на поверхности полупроводника в контактном окне, сделанном в диэлектрике, покрывающем полупроводник. При этом в соответствии с пунктом 2 формулы изобретения, материал радиоизотопа размещают на поверхности полупроводника в контактном окне конкретным областям: истокам 5.8, и охране 5.9 на фиг.5 и истокам 6.8, и охране 6.9 на фиг.6. При этом полупроводниковые области, куда поступают подвижные носители, в соответствии с пунктами 3, 4, 5 формулы изобретения, представляют собой области полевого полупроводникового МДП-транзистора. При этом в соответствии с пунктами 6 и 7 формулы изобретения, подвижными носителями заряда, излучаемыми из радиоизотопного материала, являются - электроны, фиг.5 или фиг.6, или подвижными носителями заряда, излучаемыми из радиоизотопного материала, являются - позитроны, фиг.6 или фиг.5.
На фиг.5 изображен радиоизотопный материал 5.8 и 5.9, расположенный на поверхности полупроводника кармана, области полупроводника второго типа проводимости 5.2, в местах контактных окон к охранной диффузии 5.4 и к истоку МДП-транзистора первого типа проводимости 5.9.
На фиг.6 изображен радиоизотопный материал 6.8 и 6.9, расположенный на поверхности полупроводника кармана, области полупроводника первого типа проводимости 6.1, в местах контактных окон к охранной диффузии 6.3 и к истоку МДП-транзистора второго типа проводимости.
Работа радиоизотопной электронной схемы осуществляется следующим образом.
Излучаемые в электрорадиационном элементе радиоизотопным материалом 5.8 и 5.9 на фиг.5 или 6.8 и 6.9 на фиг 6, подвижные носители заряда внедряются в полупроводниковый материал 1 и или фиг.2, создают изменение потенциала в местах их места расположения, в результате чего изменяются потенциалы в разных местах полупроводника и в полупроводнике образуются токи подвижных носителей, обеспечивающих необходимые условия для работы активных полупроводниковых приборов. Так, несущие отрицательный заряд электроны, оказавшись в истоках МДП-транзисторов и их охранных областей, приводят к понижению потенциала, что эквивалентно подаче в эти места отрицательного потенциала. А позитроны, несущие положительные заряды, оказавшись в истоках МДП-транзисторов и их охранных областях, приводят к повышению потенциала, что эквивалентно подаче в эти места положительного потенциала. В результате в структуре КМДП ИС устанавливается рабочий режим и созданы все условия для ее работы, при этом к ИС не подведено внешнее напряжение питания.
Пример радиоизотопной электронной схемы
1. Радиоизотопная электронная схема, изготовленная на основе ИС на взаимодополняющих полевых МДП-транзисторах, расположенных на пластине кремния 1 (фиг.1÷5) электронного типа проводимости с ориентацией (100) и сопротивлением 4,5 Ом·см, сверху которой находится подзатворный окисел 6 с толщиной, равной 20 нм, на котором расположен затвор из поликристаллического кремния толщиной, равной 0,5 мкм. Толщина матричного диэлектрика, в котором вскрыты контактные окна к областям, расположенным в полупроводниковой пластине равна 0,5 мкм. Толщина металлической разводки 10-13 равна 1 мкм. Материалом изотопа, излучающего электроны, является изотоп кремния Si, объем которого в зависимости от мощности потребления Р и времени работы приведен в табл.1.
8
Σ
Σ
19
8
10
10
17
Э
H
Так для мощности потребления ИС Р=1 Вт и при частоте работы f=10 Гц, для рабочего напряжения U=5 В, тогда число электронов, необходимых для работы ИС, в течение 1 секунды N=Q/q=P/Ufq=1×10/(5×10×1,6)~10 шт., этому же числу соответствует необходимое число атомов изотопа для работы в течение 1 секунды. А при продолжительности работы 1 год необходимое число электронов и/или атомов изотопа равно 31104000×10 штук или ~3,1×10 шт. Это число атомов изотопа имеет разные габаритные параметры у разных изотопов. В табл.1 приведены величины этих параметров разных изотопов.
Таблица 1
1 секунда
1 минута
1 час
1 сутки
1 неделя
10 суток
1 месяц
1 год
3 года
5 лет
10 лет
1
60
3
86
604
864
2
31
93
155
315
600
400
800
000
592
104
312
520
360
000
000
000
000
000
10<sup>10</sup>
6×10<sup>11</sup>
3,6×10<sup>13</sup>
8,6×10<sup>14</sup>
6×10<sup>15</sup>
8,6×10<sup>15</sup>
2,5×10<sup>16</sup>
3,1×10<sup>17</sup>
9,3×10<sup>17</sup>
1,6×10<sup>18</sup>
3,1×10<sup>18</sup>