CC BY
120
Министерство образования и науки РФ
Правительство Пензенской области Академия информатизации образования Академия проблем качества РФ Российская академия космонавтики им. К.Э.Циолковского Российская инженерная академия Вычислительный центр РАН им. А.А.Дородницына Институт испытаний и сертификации ВВТ ОАО «Радиотехнический институт имени академика А.Л.Минца» ОАО «УПКБ ДЕТАЛЬ», ОАО «РУБИН» ОАО «НИИФИ», ОАО «ПНИЭИ», ФГУП ФНПЦ «ПО СТАРТ», НИКИРЭТ, ЗАО «НИИФИиВТ» ОАО «ППО ЭЛЕКТРОПРИБОР», ОАО «РАДИОЗАВОД» Пензенский филиал ФГУП НТЦ «АТЛАС» ОАО «ТЕХПРОММАШ», МИЭМ НИУ ВШЭ, Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева Сургутский институт мировой экономики и бизнеса «ПЛАНЕТА» Пензенский государственный университет
АадижУ{%шсж
ТРУДЫ
МЕЖДУНАРОДНОГО СИМПОЗИУМА
НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО
II то^
ПЕНЗА 2015
УДК 621.396.6:621.315.616.97:658:562 Т78
Труды Международного симпозиума «НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО»:
T78 в 2 т. - Пенза : ПГУ, 2015. - 2 том - 384 с.
ISBN 978-94170-818-5(т.1) ISBN 978-94170-818-8
В сборник трудов включены доклады юбилейного ХХ-го Международного симпозиума «Надежность и качество», проходившего с 25 по 31 мая 2015 г. в городе Пензе.
Рассмотрены актуальные проблемы теории и практики повышения надежности и качества; эффективности внедрения инновационных и информационных технологий в фундаментальных научных и прикладных исследованиях, образовательных и коммуникативных системах и средах, экономике и юриспруденции; методов и средств анализа и прогнозирования показателей надежности и качества приборов, устройств и систем, а также анализа непараметрических моделей и оценки остаточного ресурса изделий двойного назначения; ресурсосбережения; проектирования интеллектуальных экспертных и диагностических систем; систем управления и связи; интерактивных, телекоммуникационных сетей и сервисных систем; экологического мониторинга и контроля состояния окружающей среды и биологических объектов; исследования физико-технологических процессов в науке, технике и технологиях для повышения качества выпускаемых изделий радиопромышленности, приборостроения, аэрокосмического и топливно-энергетического комплексов, электроники и вычислительной техники и др.
Оргкомитет благодарит за поддержку в организации и проведении Международного симпозиума и издании настоящих трудов Министерство образования и науки РФ, Правительство Пензенской области, Академию проблем качества РФ, Российскую академию космонавтики им. К. Э. Циолковского, Российскую инженерную академию, Академию информатизации образования, Вычислительный центр РАН им. А. А. Дородницына, Институт испытаний и сертификации ВВТ, ОАО «Радиотехнический институт имени академика А.Л. Минца», ОАО «УПКБ ДЕТАЛЬ», ОАО «НИИФИ», ФГУП «ПНИЭИ», ОАО «РУБИН», ОАО «РАДИОЗАВОД», ОАО «ППО ЭЛЕКТРИПРИБОР», ФГУП «ПО «СТАРТ», НИКИРЭТ - филиал ФГУП «ПО «СТАРТ», Пензенский филиал ФГУП НТЦ «АТЛАС», ОАО «ТЕХПРОММАШ», МИЭМ НИУ ВШЭ, Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева, Сургутский институт мировой экономики и бизнеса «ПЛАНЕТА»,Пензенский государственный университет.
Сборник статей зарегистрирован в Российском индексе научного цитирования (РИНЦ) с 2005 г.
Р е д а к ц и о н н а я к о л л е г и я :
Юрков Н. К. - главный редактор Трусов В. А. - ответственный секретарь Баннов В. Я. - ученый секретарь Волчихин В. И., Абрамов О. В., Авакян А. А., Дивеев А.И., Иофин А. А., Каштанов В. А., Майстер В. А., Острейковский В.А., Петров Б. М., Писарев В. Н., Роберт И. В., Романенко Ю. А., Северцев Н. А., Садыков С. С., Садыхов Г. С., Увайсов С. У.
ISBN 978-94170-818-5(т.1) ISBN 978-94170-818-8
© Оргкомитет симпозиума, 2015 © ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», 2015
причем подложка монодоменизирована. Неравновесные электроны и дырки, генерированные под действием квантов света в области обеднения и на расстоянии диффузионной длины от нее, пространственно разделяются благодаря электрическому полю заряда Рв. Электроны уходят вглубь пленки полупроводника, а неравновесные дырки двигаются к границе сегнетоэлектрик-полупроводник, экранируя заряд Р0 и частично захватываясь соответствующими поверхностными состояниями. Это приводит к уменьшению высоты потенциального барьера до величины зависящей от числа поглощенных квантов света и, следовательно, к уменьшению ОПЗ. В результате возрастает проводимость резистора и емкость структуры. После воздействия ограниченной дозой оптического излучения рекомбинация пространственно разделенных неравновесных носителей затруднена вследствие сохраняющегося барьера фSI что обуславливает запоминание достигнутых под действием света значений проводимости резистора и емкости структуры, т.е. наблюдаются эффекты ОФП и ОФЕ. Таким образом, основную роль в увеличении проводимости и емкости играют неравновесные генерированные светом носители, в рассматриваемом случае - дырки, которые экранируют поляризационный заряд подложки. Для каждой конкретной пары материалов с учетом начального значения qфS существует максимальная интегральная доза облучения, после воздействия которой устанавливается барьер, сохраняющий высокие времена релаксации ОВД и ОФЕ. Так, для широкозонных полупроводников длительное хранение оптической информации с т> 106 с при комнатной температуре реализуется при минимальной величине q<ps » 10кТ.
Возможность создания приемников ИК-диапазона на структурах сегнетоэлектрик-полупроводник,
обладающих высокой фоточувствительностью, весьма проблематична. С одной стороны, это связано с малой высотой исходного потенциального барьера в узкозонном полупроводнике на границе раздела с сегнетоэлектриком, а с другой стороны, с технологическими трудностями создания тонких пленок широкозонных полупроводников с примесной фотопроводимостью. В любом случае эти приемники могут функционировать только в условиях охлаждения, что практически не всегда приемлемо.
Альтернативным вариантом приемников излучения, в том числе и в ИК-диапазоне, могут служить термочувствительные элементы со структурой пироэлектрик - полупроводник, спектральная чувствительность которых может быть обеспечена системой фильтров. В отличие от использовавшегося ранее внутреннего фотоэффекта, в основе работы этих элементов лежит тепловое воздействие излучения на пироэлектрическую подложку. Из-за переходного характера процесса изменения проводимости пленочного резистора при изменении температуры структуры сегнетоэлектрик-
полупроводник ее использование в качестве приемника теплового излучения предпочтительно в условиях модуляции теплового потока. Амплитуда изменения тока через резистор уменьшается с ростом частоты модуляции теплового потока и теплоемкости структуры сегнетоэлектрик-
полупроводник.
Основной проблемой с точки зрения технологии изготовления МДП-структур является получение тонких диэлектрических пленок сегнетоэлектриков со стабильными параметрами и высокой технологической воспроизводимостью параметров и характеристик. Возможное решение этой проблемы может быть найдено применением золь-гель технологии.
ЛИТЕРАТУРА
1. Компания «Dart-sensors LTD» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.dart-sensors.com, свободный.
2. К.А.Воротилов, А.С.Сигов. Сегнетоэлектрические запоминающие устройства // ФТТ, 2012, том 54, выпуск 5.
3. Жигалина О. М., Воротилов К. А., Хмеленин Д. Н., Сигов А. С. Структурные особенности пленок цирконата-титаната свинца, сформированных методом химического осаждения из растворов с различным содержанием свинца //Нано- и микросистемная техника. 2008.
4. Щербакова О.И. Методы изготовления многослойных печатных плат / Щербакова О.И., Граб Ю.А., Белов А.Г., Баннов В.Я., Кочегаров И.И., Трусов В.А. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 2. С. 154-157.
5. Ю.М. Поплавко, Л. П. Переверзева, И. П. Раевский. Физика активных диэлектриков. - Ростов н/д: изд-во ЮФУ, 2009. - 480 с.
6. Минина E.B. Электрические и фотоэлектрические свойства МДП-структур с активными диэлектриками: Дис. канд.физ.-мат. наук. - Л.: ЛЭТИ, 1989.
7. Афанасьев В.П., Кротов В.А., Панова Я.И. Фото- и пироэлектрические элементы с памятью на структурах сегнетоэлектрик-полупроводг-ник // Изв. ЛЭТИ: Сб.: науч. тр. / Ленингр. электротех. ин-т им. В.И.Ульянова (Ленина). - Л., 1983. - Вып.322. - С.42-46.
8. Белов А.Г. Влагозащитное покрытие печатных узлов в датчике утечки воды / Белов А.Г., Баннов В.Я., Трусов В.А., Кочегаров И.И., Лысенко А.В., Юрков Н.К. // Современные информационные технологии. 2014. № 19 (19). С. 265-272.
9. Функциональные возможности структуры сегнетоэлектрик-полупроводник. Аналитический обзор за 1970 - 1985 г.г. / В.П.Афанасьев, В.А.Кротов, А.Е.Мазур и др. - М.: ЦНИИИ и ТЭИ, 1986.
10. Сихарулидзе Д.Г., Чилая Г.С. Преобразователи изображений типа МДП-электрооптический материал. - И.: Радио и связь, 1986.
11. Лайнс М., Гласе А. Сегнетоэлектрики и родственные им материалы.- М.: Мир, 1981.
Compendium of Analytical Nomenclature (Definitive Rules 1997). 3rd ed., IUPAC, Blackwell Science, 1998. 8.1-8.51 (Electrochemical Analysis).
12. Северцев, Н.А. К вопросу об утрате работоспособности систем / Н.А. Северцев, А.В. Бецков, А.М. Самокутяев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 2. С. 268-270.
УДК 620.9.001.5, 621.315
Денисова Н.Н., Матова Ю.А., Горячев В.Я., Умяров К.Я.
ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
АНАЛИЗ СТАТИСТИКИ ОТКАЗОВ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ 110 КВ ПЕНЗЕНСКОЙ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ
Одной из стратегических целей развития российской электроэнергетики является решение проблемы энергетической безопасности как важнейшей составляющей национальной безопасности России. Развитие электроэнергетики должно идти в направлении создания интеллектуальной электроэнергетической системы (ЭЭС), придающей ей ряд принципиально новых свойств и обеспечивающей
надежное и качественное электроснабжение потребителей, устойчивую и надежную работу всех компонентов электроэнергетической системы, энергосбережение [1].
Вопросы повышения надежности электроснабжения вызваны в первую очередь высокой степенью физического и морального износа основного энергетического оборудования. По многим видам обо-
рудования эта степень значительно превысила 5070 %.
Низкая надежность изношенного оборудования на существующих электростанциях, подстанциях и в электрических сетях заставляют держать в резерве дополнительные мощности.
В связи с этим, является актуальной задача прогнозирования возникновения отказов оборудования с как можно более высокой степенью точности. При ее решении необходимо определение математических законов, описывающих частоту их возникновения, на основе статистической информации. Для воздушных линий электропередачи, как самых малонадежных элементов ЭЭС, такая работа уже частично проделана [2-4]. Рассмотрим характерные особенности возникновения отказов выключателей напряжением 110 кВ в Пензенской энергосистеме.
Выключатели напряжением 110 кВ служат для коммутации электрических цепей во всех эксплуатационных режимах: включения и отключения токов нагрузки, токов намагничивания трансформаторов и зарядных токов линий и шин, отключения коротких замыканий, а также при изменениях схем электрических установок.
Каждый режим работы имеет свои особенности, определяемые параметрами электрической цепи, в которой установлен выключатель. Тяжелым режимом работы является отключение тока короткого замыкания, когда выключатель подвергается воздействию значительных электродинамических сил и высоких температур. Отключение сравнительно малых токов намагничивания и зарядных токов линий имеет свои особенности, связанные с возникновением опасных коммутационных перенапряжений, утяжеляющих работу выключателей.
Авторами была обработана информация по отказам выключателей напряжением 110 кВ, относящихся к Пензенской энергосистеме. Общее число выключателей 110 кВ, участвующих в проведенном анализе, составляет 283 шт. Анализу подверглись отказы, произошедшие в период 2009-2013 гг. Перечень отказов содержал также информацию о возможной причине, благодаря чему стало возможным выделить отдельные группы отказов.
При исследовании учитывались все виды отказов выключателей из полной модели [5]: отказы в статическом состоянии, при оперативных переключениях, при автоматическом отключении поврежденных элементов, при автоматическом отключении поврежденных выключателей.
Всего в процессе анализа было выявлено 188 случаев отказа выключателей 110 кВ. Они были вызваны следующими причинами:
ложное или неправильное срабатывание устройств релейной защиты и автоматики, приведшее к неселективному отключению выключателей, по-
Таблица 1
вреждения в цепях управления и сигнализации выключателей;
по неустановленной причине;
собственные повреждения выключателей, в том числе, приводов, механизмов, вводов;
повреждения другого силового оборудования -нагревы болтовых соединений, обрывы, искрения на трансформаторах тока, высокочастотных заградителях, конденсаторах связи, повреждения, короткие замыкания на секции или системе шин;
ошибочные действия обслуживающего персонала; неудовлетворительное состояние дугогасящей среды - снижение уровня или течь масла, снижение давления воздуха.
Рассмотрим статистику отказов выключателей по месяцам года. Как следует из полученных данных, 20 % общего числа отказов выключателей (или 3 6 случаев в абсолютном выражении) приходятся на август, 14 % (или 25 случаев) - на март, по 11 % (20 случаев) - на июль и сентябрь. Самое малое количество отказов зафиксировано в ноябре - 2 % (4 случая).График распределения количества отказов выключателей 110 кВ по месяцам представлен на рисунке 1.
Отчетливо прослеживается сезонная нестационарность количества отказов выключателей.
Рассмотрим частоту появления причин отказов выключателей 110 кВ.Наиболее частой причиной отказов выключателей 110 кВ является ложное или неправильное срабатывание устройств релейной защиты и автоматики (отказ по этой причине произошел 85 раз). На втором месте по частоте появления находятся отказы из-за повреждений другого силового оборудования (37 раз). Отказы из-за собственных повреждений выключателей произошли 24 раза, отказы по неустановленной причине - 23 раза.
Распределение отказов по причинам в зависимости от анализируемого года представлено в таблице 1.
123456789 10
Рисунок 1
40
35
30
25
20
15
10
12
№ п/п ^^^^ Год Причина^^^^^^ 2009 2010 2011 2012 2013 Итого Процентное отношение к общему кол-ву отказов, %
1 Релейная защита и автоматика 8 16 19 18 24 85 45,21
2 Не установлена 5 8 3 5 2 23 12,23
3 Собственное повреждение - 5 4 4 11 24 12,77
4 Повреждение другого оборудования 1 10 4 1 21 37 19,68
5 Ошибка персонала - - 1 - - 1 0,53
6 Дугогасящая среда 6 5 6 1 1 19 10,11
Как следует из данных таблицы 1, в относительном выражении почти половина всех отказов выключателей 110 кВ произошла по причине неисправности релейной защиты и автоматики - 45,21 %. Причем данный показатель постоянно высок во всем анализируемом периоде с 2009 по 2013 г.
Отказы по причине собственной неисправности выключателя, включая неудовлетворительное со-
стояние дугогасящей среды, в сумме составляют лишь 22,88 % от общего количества отказов. Таким образом, можно утверждать, что выключатели 110 кВ сами по себе являются достаточно надежным элементом.
В Пензенской энергосистеме на напряжении 110 кВ используются выключатели, дугогасящей средой в которых является масло, воздух или элегаз.За
рассматриваемый период произошел 1 случай отказа элегазового выключателя, 2 случая отказа воздушных выключателей и 16 отказов масляных выключателей, что составило 84,21 % от общего числа отказов по причине неудовлетворительного состояния дугогасящей среды. Как следует из полученных данных, наиболее часто неудовлетво-Таблица 2
рительное состояние дугогасящей среды наблюдается в масляных выключателях. Причины этого будут более подробно рассмотрены позднее.
Рассмотрим статистику появления определенных причин отказов выключателей по месяцам года. Общая статистическая информация представлена в таблице 2.
причина РЗА Не Собств. Поврежд. Ошибка Дугогас. среда
Месяц уст. поврежд. др. оборуд. перс. Возд. Элегаз Масло
Январь 6 1 6 1 0 1 0 0
Февраль 7 4 3 1 0 0 0 0
Март 16 2 4 0 0 0 0 4
Апрель 5 1 0 0 0 0 0 2
Май 7 1 0 0 0 0 0 2
Июнь 6 2 1 1 0 2 1 1
Июль 5 4 1 11 0 0 0 3
Август 23 2 1 13 0 0 0 1
Сентябрь 4 3 5 8 0 0 0 0
Октябрь 1 1 1 0 0 0 0 2
Ноябрь 1 2 1 0 0 0 0 0
Декабрь 3 0 1 2 1 0 0 0
Максимальное количество отказов по причине релейной защиты и автоматики происходит в марте и в августе - месяцах, для которых характерны большие перепады между дневными и ночными температурами. Также в марте наблюдается повышенное содержание влаги в атмосферном воздухе, вызванное таянием снега. Оно часто приводит к появлению перемежающихся коротких замыканий в силовых и вторичных цепях, выполненных кабелями.
Традиционной причиной отказов из-за ложной работы релейной защиты и автоматики в период грозоактивности (май - август) принято считать атмосферные перенапряжения, которые способны вызвать появление помех и наведение ложных сигналов во вторичных цепях.
Собственные отказы выключателей 110 кВ наиболее часто зафиксированы в январе и в сентябре. Наиболее распространенной причиной повреждения выключателя является механическая неисправность привода, которая может быть вызвана загустением смазочного материала в условиях воздействия низких температур. Загустение и загрязнение смазки трущихся частей передаточных механизмов и приводов в значительной степени отражаются на скоростных характеристиках выключателей. В ряде случаев движение контактов может оказаться замедленным или вообще прекратиться, контакты «зависнут».Также нередко происходят повреждения вводов выключателей в результате воздействия электродинамических перегрузок при отключении токов коротких замыканий. При попадании влаги в образовавшиеся микротрещины вводов повреждение продолжает развиваться, может появиться значительный ток утечки, и при возникновении первых заморозков ввод окажется неисправен. Кроме того, вязкость масла в самом выключателе отрицательно сказывается на скорости движения контактов. Вязкость увеличивается с понижением температуры масла.
Отказы другого силового оборудования, которые привели к необходимости аварийного вывода выключателей 110 кВ, чаще всего происходили в августе, сентябре и июле. Частично это может быть вызвано тем, что данный период является грозоактивным, частично связано с тем, что в это время проводится ремонтная кампания, в результате которой оборудование подвергается большому количеству операций по переключениям, т.е. воздействиям повышенных электродинамических нагрузок.
Отказы, связанные с изменением свойств дугогасящей среды рассмотрим отдельно. Снижение давления воздуха зафиксировано в июне и январе - традиционно самом жарком и самом холодном месяце года в климатической зоне Пензенской области. При воздействии экстремально высоких или низких температур высока вероятность нарушения герметичности и как следствие, утечек воздуха из дугогасительной камеры выключателя. Отказ выключателя, вызванный снижением давления элегаза в июне, также может быть обусловлен данной причиной.
Проблемы, связанные с маслом в качестве ду-гогасительной среды выключателей, появлялись в период с марта по октябрь, за исключением сентября. Это может быть вызвано как нарушением герметичности дугогасительных камер из-за высоких температур или их больших перепадов, так и изменением свойств самого масла, диэлектрические свойства которого под влиянием большой влажности воздуха ухудшаются.
Выводы:
Выключатели номинальным напряжением 110 кВ являются одним из важнейших элементов Пензенской энергосистемы. От надежности их работы зависит в некоторых случаях надежность всего энергорайона, так как выключателем единственным из элементов осуществляется отделение поврежденных участков сети.
Изменение количества отказов выключателей в течение года подчиняется определенному математическому закону с четко выраженными экстремумами, имеет сезонную нестационарность. Их расположение на графике смещается в зависимости от причины, оказывающей преобладающее влияние на анализируемый элемент. Причина этого явления заложена в особенностях эксплуатации выключателей.
Для описания математического законаотказов выключателей в зависимости от всей совокупности влияющих причин необходимо формирование математической модели отказов выключателей.Повышение степени точности прогнозирования возникновения отказов оборудования возможно за счет сбора полной информации по его дефектам и неисправностям, проведения качественного и количественного анализа этой информации. На основе анализа собранных данных делаются соответствующие выводы о закономерностях, условиях возникновения и возможных последствиях отказов выключателей.Эти данные в дальнейшем будут использованы для составления математической модели отказов выклю-
чателей напряжением 110 кВ, которая необходима висимости от всей совокупности влияющих причин для описания закона отказов выключателей в за-
ЛИТЕРАТУРА
1. Бурман А.П. Управление потоками электроэнергии и повышение эффективности электроэнергетических систем: учебное пособие / А.П. Бурман, Ю.К. Розанов, Ю.Г. Шакарян. - М.: Издательский дом МЭИ, 2012. - 336 с.
2. Шатова Ю.А., ЛучинкинА.В., КривощаповА.А., АлешинаН.Н.Анализ статистической информации по аварийным отключениям ЛЭП-220 кВ Пензенской энергосистемы для определения закона распределения отключений // Материалы Международного симпозиума «Надежность и качество 2 012» - Пенза: Изд-во ПГУ, 2012 г. - с. 443 - 444.
3. Гришко А.К. Методология управления качеством сложных систем / Гришко А.К., Юрков Н.К., Кочегаров И.И. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 2. С. 377-379.
4. Шатова Ю.А., Чапчиков Ю.К., Алешина Н.Н.Показатели надежности ЛЭП-220 кВ Пензенской энергосистемы // Материалы Международного симпозиума «Надежность и качество 2 013» - Пенза: Изд-во ПГУ, 2013 г., т.2. - с. 231 - 232.
5. Кочегаров И.И. Алгоритм выявления латентных технологических дефектов печатных плат методом оптического контроля / Кочегаров И.И., Ханин И.В., Лысенко А.В., Юрков Н.К., Алмаметов В.Б. // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2013. № 3 (27). С. 105.
6. Шатова Ю.А., Алешина Н.Н. Методика расчета показателей надежности воздушных линий электропередачи на основе их длин // Интернет-журнал «Науковедение». - 2013. - №5 (18).[Электронный ре-сурс]URL: http://naukovedenie.ru/index.php?p=issue-5-13
7. Розанов М.Н. Надежность электроэнергетических систем. - 2-е изд. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 200 с.
8. Северцев, Н.А. К вопросу об утрате работоспособности систем / Н.А. Северцев, А.В. Бецков, А.М. Самокутяев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 2. С. 268-270.
9. Критерии и показатели безопасности / Дедков В.К., Северцев Н.А., Петухов Г.Б., Тихон Н.К. // Вопросы теории безопасности и устойчивости систем. 1999. № 1. С. 33-54.
10. Северцев, Н.А. Минимизация обобщенного риска угроз безопасности / Н.А. Северцев // Вопросы теории безопасности и устойчивости систем. 2005. № 7. С. 3-10.
11. Универсальные оценки безопасности. Монография / Дивеев А.И., Северцев Н.А. // Москва, 2005.
12. Синтез оптимального закона управления потоками транспорта в сети автодорог на основе генетического алгоритма / Дивеев А.И., Северцев Н.А. // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2003. № 3. С. 87.
УДК 537.311.33
Кукетаев1 Т.А., Тулегулов2 А.Д. , ЕргалиеВ2 Д.С.
карагандинский государственный университет им.Е.А. Букетова, Караганда, Казахстан 2Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева, Астана, Казахстан
ДЕГРАДАЦИОННЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ЭЛЕМЕНТАХ ПАМЯТИ НА ОСНОВЕ СТРУКТУРЫ МЕТАЛЛ-НИТРИД КРЕМНИЯ-ДВУОКИСЬ КРЕМНИЯ - ПОЛУПРОВОДНИК
Большой интерес к исследованию системы металл - нитрид кремния - двуокись кремния - полупроводник (МНОП) связан с использованием этих структур в качестве элементов памяти, сохраняющих информацию при отключенном питании [1-3].
Поляризационный заряд, достаточный для уверенного считывания информации, можно накопить в МНОП-структуре за единицы микросекунд. Следовательно, существует принципиальная возможность осуществлять запись информации в таких элементах памяти с большой тактовой частотой. Однако установлено, что при многократных переключениях характеристики запоминающих структур изменяются (структуры «деградируют»). Первые сообщения о деградационных изменениях в МНОП-элементах памяти относятся к началу 80-х годов [4-6]. С середины 80-х годов число работ, посвященных этому вопросу, резко возросло [7-24]. Деградация связана с ухудшением характеристик МНОП-структуры как элемента памяти: увеличивается скорость релаксации заряда г, уменьшается время хранения информации Тхр, увеличивается проводимость структуры и, смещается центр окна переключения Ут, сужается окно переключения ДУп.з.
В работе [8] установлено, что при многократных переключениях МНОП-элементов памяти центроид инжектированного в диэлектрик заряда х, оп-
| р(х)<1х
увеличи-
ределяемый как X = ^хр(х)<х,
о /
вается. Скорость изменения параметров структуры резко возрастает с увеличением величины переключающего поля. В связи с этим одна из первых попыток объяснить наблюдаемые явления была основана на предположении о разогреве инжектированных в диэлектрик зарядов в сильном электрическом поле [6]. Предполагалось, что в сильном электрическом поле свободные носители заряда могут набирать энергию 1-2 эВ, достаточную для генерации мелких уровней в запрещенной зоне
диэлектрика. Увеличение скорости стекания объясняется в этой модели захватом заряда вблизи границы Отметим, что механизм образо-
вания центров захвата при разрыве связей Б^ОН и Б^Н рассматривался и ранее в связи с исследованием МОП-структур [25]. В ряде работ экспериментально наблюдалась корреляция между эффектом уменьшения времени хранения поляризационного заряда и увеличением плотности поверхностных состояний [9,26]. Однако в работах [8,10] экспериментально установлена независимость изменений скорости релаксации заряда г и проводимости МНОП-структуры от увеличения плотности поверхностных состояний. Таким образом, деградация МНОП-структур сопровождается генерацией поверхностных состояний, но не сводится к ней. Для объяснения деградационных явлений в МДП-структурах использовались модели реакций дефектов в широкозонных полупроводниках, обусловленных безызлучательным захватом или рекомбинацией носителей заряда [27,28]. В [7,14] предполагалось, что центрами захвата электронов и дырок в аморфном диэлектрике МДП-структуры служат компоненты френкелевских пар. Причем удаленные компоненты образуют глубокие центры захвата. Авторы этих работ полагают, что сильное элек-тронно-фононное взаимодействие при захвате носителя дефектом, обеспечивающее переход основной части энергии, теряемой носителем, в колебательную энергию дефекта, может привести к его диффузионному перескоку. Деградационные явления объясняются изменением спектра локализованных состояний, которое связывается с аннигиляцией либо просто со сближением удаленных компонент френкелевских пар. В последнем случае образуются локализованные состояния с меньшими энергиями ионизации, что позволяет объяснить увеличение проводимости диэлектрика в деградированных МДП-структурах. Согласно этой модели, степень деградации МДП-структур определяется величиной
