vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"vestift-305Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ, МЕТАЛЛУРГИЯMATERIALS SCIENCES AND ENGINEERING, METALLURGYОСОБЕННОСТИ СИНТЕЗА МНОГОСЛОЙНЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИ ОСАЖДЕННЫХ ПЛЕНОК НИКЕЛЬ-ЖЕЛЕЗО И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИХ РАДИАЦИОННОЙ ЗАЩИТЫSYNTHESIS FEATURES AND RADIATION PROTECTION EFFICIENCY OF MULTILAYER STRUCTURES BASED ON Ni-Fe ELECTRODEPOSED FILMSГрабчиковС. С.GrabchikovS. S.

доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник лаборатории физики магнитных пленок

D. Sc. (Physics and Mathematics), Сhief Researcher at the Laboratory of Physics of Magnetic Films

gss@ifttp.bas-net.byЛастовскийС. Б.LastovskiiS. B.

кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией радиационных воздействий

Ph. D. (Physics and Mathematics), Heard of laboratory of Radiation Effects

lastov@ifttp.bas-net.byСолобайА. А.SolobaiA. A.

младший научный сотрудник лаборатории физики магнитных пленок

Junior Researcher at the Laboratory of Physics of Magnetic Films

catacore@mail.ruТрухановА. В.TrukhanovA. V.

кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории физики магнитных пленок

Ph. D. (Physics and Mathematics), Leading Researcher at the Laboratory of Physics of Magnetic Films

truhanov86@mail.ruЧушковаД. И.ChushkovaD. I.

младший научный сотрудник лаборатории физики магнитных пленок

Junior Researcher at the Laboratory of Physics of Magnetic Films

dashachushkova@gmail.comНаучно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедениюScientific-Practical Materials Research Center of the National Academy of Sciences of Belarus201708082017022329Copyright © Грабчиков С.С., Ластовский С.Б., Солобай А.А., Труханов А.В., Чушкова Д.И., 20172017Грабчиков С.С., Ластовский С.Б., Солобай А.А., Труханов А.В., Чушкова Д.И.Grabchikov S.S., Lastovskii S.B., Solobai A.A., Trukhanov A.V., Chushkova D.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/305

Современные полупроводниковые приборы и микросхемы чувствительны к воздействию ионизирующих излучений. Тем не менее они широко применяются в военной и космической технике, в ядерной индустрии. При этом используется ряд технологических, схемотехнических и программных решений, уменьшающих последствия радиационного воздействия. Наиболее предпочтительным решением является выбор метода на основе использования экранов, поскольку он экономичнее и определяется радиационными свойствами используемых для изготовления экранов материалов. В последнее время особое внимание уделяется исследованию многослойных структур, так как при прохождении излучений через эти материалы возможно значительное ослабление эффектов радиационного воздействия, что имеет значительный научный и прикладной интерес. Методом электролитического осаждения получены экспериментальные образцы покрытий сплавов NiFe и многослойных структур NiFe/Cu с различным химическим составом. Установлены зависимости изменения химического состава от условий осаждения. Методом рентгеновской дифракции проведены исследования кристаллической структуры. Покрытия характеризуются гранецентрированной кубической решеткой, с увеличением концентрации железа параметр элементарной ячейки увеличивается. Эффективность радиационной защиты многослойных структур NiFe/Cu оценивалась при облучении электронами с энергией 4 МэВ на линейном ускорителе ЭЛУ-4. В качестве тестовых структур использовались кремниевые МОП-транзисторы. Эффективность ослабления электронного потока была оценена по изменению вольтамперных характеристик: порогового напряжения для МОП транзисторов, расположенных за экранами на основе многослойных структур NiFe/Cu, и без экранов. Установлено, что с ростом количества слоев при сохранении суммарной толщины эффективность экранирования увеличивается, что позволяет создавать высокоэффективные экраны при сопоставимых массогабаритных параметрах. 

Modern semiconductor devices and microchips are sensitive to the effects of ionizing radiation. Nevertheless, they are widely used in military and space technology, in the nuclear industry. At the same time, a number of technological, circuit and software solutions are used to reduce the effects of radiation exposure. The most preferable method is one based on using shields, due to its low cost and excellent radiation properties of shield’s materials. Recently, special attention has been paid to the study of multilayer structures. Experimental samples of Ni-Fe alloys and multilayer Ni-Fe/Cu structures with different chemical composition were obtained by electrochemical deposition. The dependence of chemical composition variation from deposition conditions was determined. Ni-Fe alloys crystal structure was studied using X-ray diffraction. Shielding properties of Ni-Fe/Cu multilayer structures were investigating on linear accelerator ELA-4 under 4 MeV electron irradiation. Silicon p-MOSFETs were used as test structures. Evaluation of electron flow weakening effectiveness was performed by current-voltage characteristics changing – threshold voltage of pMOS-transistors, which were located behind shields based on NiFe/Cu multilayered structures and without shields. It was found that increasing number of Ni-Fe layers within the same total thickness leads to maximum shielding efficiency.

электроосаждениеэкранированиеэкранырадиационная защитасплавы NiFeelectrodepositionshieldingshieldsradiation protectionNi-Fe alloysReferencesМетоды повышения радиационной стойкости интегральных микросхем НПО «ИНТЕГРАЛ», предназначенных для условий работы в космических летательных аппаратах [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http:// www.1551a3.ru/datafiles/l817vfl1.pdf. – Дата доступа: 24.04.2017.Methods for radiation resistance increasing of integrated microcircuits of NPO “INTEGRAL”, intended for work in spaceships. Available at: http://www.1551a3.ru/datafiles/l817vfl1.pdf (accessed 24 April 2017) (in Russian).Кужир, П. Г. Прикладная ядерная физика / П. Г. Кужир. – Минск: Технопринт, 2004. – 113 c.Kyzhir P. G. Applied nuclear physics. Minsk, Tekhnoprint Publ., 2004. 113 p. (in Russian).Evwaraye, O. Electron-irradiation-induced divacancy in lightly doped silicon / O. Evwaraye, E. Sun // J. Appl. Phys. – 1976. – Vol. 47, N 9. – P. 3776–3780.Evwaraye O., Sun E. Electron-irradiation-induced divacancy in lightly doped silicon. Journal of Applied Physics, 1976, vol. 47, no. 9, pp. 3776–3780. Doi: 10.1063/1.323260Машкович, В. П. Защита от ионизирующих излучений / В. П. Машкович, А. В. Кудрявцева. – М.: Энергоатом- издат, 1995. – 418 c.Mashkovich V. P., Kudryavtseva A. V. Ionizing radiation protection. Moskow, Energoatomizdat Publ., 1995. 418 p. (in Russian).Effectiveness of IC shielded packages against space radiation / J. P. Spratt [et al.] // IEEE Transactions on Nuclear Science. – 1997. – Vol. 44, N 6. – P. 2018–2025.Spratt J. P., Passenheim B. C., Leadon R. E., Clark S., Strobel. D. J. Effectiveness of IC shielded packages against space radiation. IEEE Transactions on Nuclear Science, 1997, vol. 44, no. 6, pp. 2018–2025. Doi: 10.1109/23.658984US Pat. 6858795. H05K009/00. Radiation shielding of three dimensional multi-chip modules / Czjakowski David R., Eggleston Neil, Patterson Janet S. 18.08.2003.Czjakowski D. R., Eggleston N., Patterson J. S. Radiation shielding of three dimensional multi-chip modules. US Pat. No. 6858795. Publ. date 18.08.2003.TID Effects of High-Z Material Spot Shields on FPGA Using MPTB Data / S. H. Crain [et al.] – NASA/CR– 2003– 212638. – 22 p.Crain S. H., Mazur J. E., Looper. M. D. TID Effects of High-Z Material Spot Shields on FPGA Using MPTB Data. NASA/CR–2003–212638. 22 p.Борц, Б. В. Моделирование прохождения электронов через слоистый композиционный материал / Б. В. Борц, И. Г. Марченко, П. Н. Бездверный // Вопр. атом. науки и техники. Сер. Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. – 2009. – № 4. – С. 175–177.Borc B. V., Marchenko I. G., Bezverniy P. N. Modeling of electron transmission through laminated composition material. Voprosy atomnoi nauki i tekhniki. Seriia Fizika radiatsionnykh povrezhdenii i radiatsionnoe materialovedenie [Questions of atomic science and technology. Ser. Physics of Radiation Damage and Radiation Material Science], 2009, no. 4, pp. 175–177 (in Russian).Многослойный электромагнитный экран для защиты фотоэлектронных умножителей и способ его нанесения : пат. РФ, № 2474890 / В. В. Дмитренко, А. Г. Батищев, С. С. Грабчиков, Л. Б. Сосновская, Т. Е. Шарапа. – Опубл. 10.02.2013.Dmitrenko V. V., Batischev A. G., Grabchikov S. S., Sosnovskaya L. B., Sharapa T. E. Multilayer electromagnetic shield for photoelectronic multipliers protection and methods of its application. Patent RF, no. 2474890. Publ. date 10.02.2013 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.