피폭 조사율이 낮을 때 보다 큰 특성 변화를 보이는 NMRC RADFET에 대한 연구

Abstract

RADiation sensitive Field Efect Transistors (RADFETs)은 우주 방사선 환경을 관찰하는 데에 널리 사용되어 왔따. 이를 사용하는 데에 있어 가장 중요한 가정 중의 하나는 그 문턱 전압이 조사율에는 무관하며, 조사량에만 영향을 받는다는 가정이다. 우주 방사선 환경의 조사율을 그대로 지상에서 재현하기는 불가능하기 때문이다. 반면, 최근에 지상에서 STSAT-2호 위성에 탑재되었던 National Microelectronics Research Centre (NMRC)사의 RADFET을 이용하여 실험을 하던 도중 Enhanced Low Dose Rate Effect (ELDRE)가 발견되었다. 본 논문은 NMRC RADFETs의 ELDRE를 $^{60}\textrm{Co}$ 을 $\gamma$-ray 소스로 이용하여 분석하였다. 첫째, 조사율 조건은 다음과 같다. 4.5 Gy(Si)/hr, 9 Gy(Si)/hr, and 45 Gy(Si)/hr의 조사율을 이용하여 총 45 Gy(Si)의 조사량을 조사시켰다. 이 실험 결과 ELDRE가 확실하게 관찰되었으며 약 8일간의 상온 회복을 거친 후에도 그 차이가 존재하는 것으로 보아 일시적인 현상이 아닌 영구적인 차이로 판단되었다. 45 Gy(Si)/hr 실험과, 90 Gy(Si)/hr 실험에서는 관찰되지 않는 것으로 보아 ELDRE는 낮은 조사율에서만 발생하는 것으로 판단된다. 또, 조사량에 대한 의존도를 보기 위하여 두 가지 방법으로 실험을 수행하였다. (1) ELDRE가 발견되었던 조사율로 조사량을 늘리는 방법과 (2) 일정량을 조사한 후 갑자기 조사율을 변경시키는 방법이다. 그 결과 $\sim$ 90 Gy(Si) 이상의 조사량에서는 ELDRE가 관찰되지 않았다. 소자에 대한 의존도를 보기 위하여 상용 소자를 이용했으나, ELDRE가 관찰되지 않았으므로, 소자에 대한 의존도 역시 확인되었다. 이 결과는 tunneling front theory를 이용하여 분석한 결과 SiO$_2$ 안쪽 영역에서 ELDRE가 발생한 것으로 결론을 내릴 수 있었으며, Si 와 SiO$_2$ 경계면 사이에서 보다 trap density가 낮은 것으로 확인되었다.