МОП-дозиметры используются для отслеживания дозы облучения в различных приложениях, таких как космическая, ядерная и медицинская промышленность, также применяются в исследовательских лабораториях и портативной электронике. МОП-дозиметры имеют ряд преимуществ: постоянно накапливают заряд под воздействием ионизирующего излучения; выполняют прямое неразрушающее считывание информации о дозе; имеют сверхмалые размеры и маленькую потребляемую мощность; работают в широком диапазоне доз ионизирующего излучения; могут быть интегрированы с другими сенсорами и электроникой. Однако такие дозиметры невозможно повторно использовать из-за насыщения подзатворного диэлектрика накопленным зарядом. Для повторного использования МОП-дозиметров необходимо отжечь накопленный заряд. В работе показаны результаты исследования структуры интегрального элемента, встроенного в МОП-дозиметр, для локального нагрева подзатворного диэлектрика с целью отжига накопленного заряда, созданного под воздействием ионизирующего излучения. Структура такого нагревательного элемента разработана с учетом расчетов в среде численного моделирования COMSOL Multiphysics. Нагревательным элементом и одновременно затвором МОП-транзистора, через который пропускается электрический ток, является n -поликремний. Изготовлены тестовые структуры по 1,2-мкм КМОП аналого-цифровому технологическому маршруту. Измерен коэффициент температурного сопротивления образцов интегральных резисторов. Установлено, что при пропускании электрического тока через интегральный элемент происходят разогрев и изменение его сопротивления в соответствии с температурным коэффициентом сопротивления. По измеренным зависимостям изменения сопротивления вычислена средняя температура интегрального резистора для каждого значения пропускаемого электрического тока. Проведено сравнение результатов моделирования зависимости температуры от толщины подзатворного окисла и пропускаемого через нагревательный элемент тока с экспериментально полученными данными. Предложенный способ локального разогрева подзатворного диэлектрика позволяет достичь температур порядка 700 °С без разрушающих последствий для структур и, таким образом, эффективно отжигать накопленный заряд в МОП-дозиметрах.
1. Gladstone D.J., Chin L.M. Automated data collection and analysis system for MOSFET radiation detec-tors // Medical physics. – 1991. – Vol. 18. – No. 3. – P. 542–548.
2. Pejovic M.M. P-channel MOSFET as a sensor and dosimeter of ionizing radiation // Facta Universitatis, Series: Electronics and Energetics. – 2016. – Vol. 29. – No. 4. – P. 509–541.
3. Pejovic S.M., Pejovic M.M., Stojanov D., Ciraj-Bjelac O. Sensitivity and fading of pMOS dosemeters irradiated with X-ray radiation doses from 1 to 100 cGy // Radiation protection dosimetry.– 2015.– Vol. 168.– No.1.– C. 33–39.
4. Caffrey J.A., Hamby D.M. A review of instruments and methods for dosimetry in space // Advances in Space Research. – 2011. – Vol. 47. – No. 4. – P. 563–574.
5. MOSFET dosimetry mission inside the ISS as part of the Matroshka-R experiment / A. Hallil,
M. Brown, Yu. Akatov et al. // Radiation protection dosimetry. – 2009. – Vol.138. – No. 4. – P. 295–309.
6. Pejović M.M., Pejović S.M. VDMOSFET as a prospective dosimeter for radiotherapy // Applied Radia-tion and Isotopes. – 2018. – Vol. 132. – P. 1–5.
7. Experimental evaluation of a MOSFET dosimeter for proton dose measurements / Ryosuke Kohno,
Teiji Nishio, Tomoko Miyagishi et al. // Physics in medicine and biology. – 2006. – Vol.51. – No. 23. –
P. 6077–6086.
8. Investigation into the re-use of PMOS dosimeters / A. Kelleher, N. McDonnell, B. O'Neill et al. //
IEEE transactions on nuclear science. – 1994. – Vol. 41. – No. 3. – P. 445–451.
9. Ristić G.S. Thermal and UV annealing of irradiated pMOS dosimetric transistors // Journal of Physics D: Applied Physics. – 2009. – Vol. 42. – No. 13. – P. 135101-1–135101-12.
10. Pejović M.M. Processes in radiation sensitive MOSFETs during irradiation and post irradiation anneal-ing responsible for threshold voltage shift // Radiation Physics and Chemistry. – 2017. – Vol. 130. – P. 221–228.
11. Kelleher A., Lane W., Adams L. Investigation of on-chip high temperature annealing of PMOS dosime-ters // Proc. of the Third European Conference on Radiation and its Effects on Components and Systems. IEEE.– 1995. – P. 465–469.
12. Luo G.W., Qi Z.Y., Deng X.W., Rosenfeld A. Investigation of a pulsed current annealing method in re-using MOSFET dosimeters for in vivo IMRT dosimetry // Medical physics. – 2014. – Vol. 41. – No. 5. –
P. 051710-1–051710-6.
13. Direct and pulsed current annealing of p-MOSFET based dosimeter: the «MOSkin» / S. Alshaikh,
M. Carolan, M. Petasecca et al. // Australasian Physical & Engineering Sciences in Medicine. – 2014. –
Vol.37. – No. 2. – P. 311–319.
14. Radiation effects in MOS oxides / J.R. Schwank, M.R. Shaneyfelt, D.M. Fleetwood et al. // IEEE Transactions on Nuclear Science. – 2008. – Vol. 55. – No. 4. – P. 1833–1853.
15. Yamane T., Nagai N., Katayama S.I., Todoki M. Measurement of thermal conductivity of silicon diox-ide thin films using a 3ω method // J. of Appl. Phys. – 2002. – Vol. 91. – No. 12. – P. 9772–9776.