АО "НПП "Пульсар" - О «Пульсаре» - D:вып. 2(229) -...

ЭЛЕКТРОННАЯ ТЕХНИКАСЕРИЯ 2

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ

Выпуск 2(229) 2012

Научно-технический журнал Издаётся с 1958 года

СодержаниеГлавный редакторд. т. н.Ю. В. Колковский

Заместительглавного редакторад. т. н., профессорВ. Ф. Синкевич

Арыков В. С., Дедкова О. А., Кривчук А. С., Ющенко А. М.GaAs CВЧ МИС двухпозиционного коммутатора в SO-8пластиковом корпусе ................................................................. 3

Аронов В. Л., Евстигнеев Д. А., Коренков И. В.Моделирование тепловой режимной неустойчивости вструктуре мощного СВЧ биполярного транзистора всущественно нелинейном режиме .......................................... 9

Глыбин А. А., Синкевич В. Ф., Курмачёв В. А. Метод снижениявероятности электрического пробоя GaN СВЧ транзисторовпри работе в режиме максимальной выходной мощности................................................................................................... 18

Гарбер Г. З. Опыт использования Microsoft Excel приматематическом моделировании СВЧ транзисторов .......... 22

Виноградов Р. Н., Вологдин Э. Н., Дюканов П. А., Корнеев С.В., Савченко Е. М., Смирнов Д. С. Исследование деградациипараметров интегральных микросхем операционныхусилителей при воздействии ионизирующего излучениякосмического пространства ................................................... 28

Глыбин А. А., Колковский Ю. В., Филатов А. Л. Температурнаянестабильность параметров СВЧ сигнала в GaN СВЧтранзисторах ............................................................................ 35

Евдокимова Н. Л., Ежов В. С., Минин В. Ф. Определениеизлучательной способности поверхности полупроводниковыхприборов методом отражения ................................................. 37

Сергеев В. А., Ходаков А. М. Расчёт и анализ распределениятока и температуры в структуре мощного ВЧ биполярноготранзистора с учётом механизмов тепловой обратной связи................................................................................................... 42

Васильев В. Ю. Применение методов химического осаждениятонких слоёв из газовой фазы для микросхем стехнологическими нормами 0,35-0,18 мкм. Часть 5. Схемыроста и корреляция закономерностей осаждения и свойствтонких слоёв ............................................................................ 48

Аврасин Э. Т., Вологдин Э. Н., Синкевич В. Ф. Расчётнаяоценка профиля распределения радиационных дефектов вкремнии при его облучении -частицами радионуклидныхисточников ............................................................................... 64

Глыбин А. А., Колковский Ю. В., Карацуба А. П. Оптимизациямощных СВЧ генераторов, стабилизированныхдиэлектрическими резонаторами, по критерию максимумастабильности частоты и фазы ............................................... 72

Филатов М. Ю., Роговский Е. С., Колмакова Т. П., МеженныйМ. В., Дренин А. С. Исследование и устранение причин бракапри производстве мощных кремниевых PIN диодов ........... 77

Анфимов И. М. Автоматизированная аппаратура дляизмерения сопротивления полупроводниковых слоёв иметаллических плёнок ............................................................ 87

Диковский В. И., Таран П. В. Перспектива повышениявыходной мощности в мощных СВЧ кремниевых биполярныхтранзисторах при использовании высокотемпературногофотополимера ......................................................................... 93

Горбоконенко П. А., Зинис К. А., Певцов Е. Ф., Чернокожин В.В. Программируемый генератор тестовыхпоследовательностей ............................................................. 97

Информация об опубликованных статьях .......................... 104

Ответственный секретарьредколлегии Т. П. Комарова

Подписано в печать 12. 12. 2012 г.Печать лазерная цветнаяУч.-изд. л. 21,5Тираж 500 экз. Заказ № 34 от 14. 12. 2012 г.

Издатель: Федеральноегосударственное унитарноепредприятие “Научно-производственное предприятие“Пульсар”

Подписка по каталогамагентства “Роспечать”:“Издания органовнаучно-технической информации”- индекс 59890

Адрес редакции:Москва 105187,Окружной проезд, 27

Тел./факс: 8-499-369-28-21

E-mail: [email protected]

ISSN 2073-8250

Журнал включён в Переченьведущих рецензируемых научныхжурналов и изданий ВАК

Журнал отражаетсяв РЖ и БД ВИНИТИ

Компьютерная вёрсткаВ. И. Грибкова

Литературный редакторВ. И. Грибкова

1200

2

GaAs CВЧ МИС двухпозиционного коммутатора в SO-8 пластиковом корпусе

УДК 621.3.049.77.001

Арыков В. С., Дедкова О. А., Кривчук А. С., Ющенко А. М.

ВведениеÌîíîëèòíûå èíòåãðàëüíûå ñõåìû (ÌÈÑ) ÑÂ× êîììóòàòîðîâ íà íîðìàëüíî îòêðûòûõ

GaAs ïîëåâûõ òðàíçèñòîðàõ ñ çàòâîðîì Øîòòêè (ÏÒØ) øèðîêî èñïîëüçóþòñÿ â ðàçëè÷íûõñèñòåìàõ òåëåêîììóíèêàöèé è ïðè¸ìî-ïåðåäàþùèõ ìîäóëÿõ àíòåííûõ ðåø¸òîê.Îñîáåííîñòüþ äàííûõ ìèêðîñõåì ÿâëÿþòñÿ íèçêàÿ ïîòðåáëÿåìàÿ ìîùíîñòü, âûñîêàÿñêîðîñòü ïåðåêëþ÷åíèÿ, íèçêèå âíîñèìûå ïîòåðè, âûñîêàÿ ðàçâÿçêà êàíàëîâ èâîçìîæíîñòü èíòåãðàöèè ñ àêòèâíûìè ñõåìàìè äëÿ ñîçäàíèÿ ìíîãîôóíêöèîíàëüíûõÌÈÑ.

Â ñâÿçè ñ ïðîñòîòîé ìîíòàæà íà ìèêðîïîëîñêîâûå ïëàòû äëÿ ðÿäà ïðèìåíåíèéíàèáîëåå óäîáíû êîðïóñèðîâàííûå ìèêðîñõåìû. Îäíàêî ïàðàçèòíûå ýëåìåíòû êîðïóñàîãðàíè÷èâàþò äèàïàçîí ðàáî÷èõ ÷àñòîò. Ïðèìåíåíèå êåðàìè÷åñêèõ êîðïóñîâ ïîçâîëÿåòóìåíüøèòü ýòîò ýôôåêò, íî çíà÷èòåëüíî óâåëè÷èâàåò ñòîèìîñòü ìèêðîñõåìû. Ïëàñòèêîâûåêîðïóñà äåøåâëå êåðàìè÷åñêèõ àíàëîãîâ áîëåå ÷åì íà ïîðÿäîê è ñîãëàñíî ëèòåðàòóðíûìèñòî÷íèêàì ïîçâîëÿþò ïîëó÷àòü ìèêðîñõåìû ñ ðàáî÷åé ÷àñòîòîé äî 5 ÃÃö áåç ââåäåíèÿäîïîëíèòåëüíûõ ñîãëàñóþùèõ ýëåìåíòîâ, íåîáõîäèìûõ äëÿ èñêëþ÷åíèÿ ïàðàçèòíîãîâëèÿíèÿ êîðïóñà íà ÑÂ× õàðàêòåðèñòèêè ÌÈÑ [1].

Â ñòàòüå ïðèâîäÿòñÿ ðåçóëüòàòû ðàçðàáîòêè ÌÈÑ êîðïóñèðîâàííîãî äâóõïîçèöèîííîãîÑÂ× êîììóòàòîðà äèàïàçîíà ÷àñòîò 0,1-2,5 ÃÃö. Îïèñàíî ñõåìîòåõíè÷åñêîå ðåøåíèå,ðàññìàòðèâàþòñÿ îñíîâíûå òåõíîëîãè÷åñêèå îñîáåííîñòè èçãîòîâëåíèÿ ìèêðîñõåì,ïðèâåäåíû ÑÂ× õàðàêòåðèñòèêè, à òàêæå ðåçóëüòàòû íàä¸æíîñòíûõ èñïûòàíèé ÌÈÑ.

В работе отражены основные схемотехнические и технологические решения, использованныедля изготовления GaAs монолитной интегральной схемы двухпозиционного СВЧ коммутатора вSO-8 пластиковом корпусе. Измерены параметры микросхемы методом тест-плат и при помощиконтактного устройства, исключающего распайку микросхемы, которые показали совпадениезначений коэффициентов передач вплоть до частоты 2 ГГц. При значении коэффициента стоячейволны по напряжению (КСВН) не менее 1,25 для входа коммутатора коэффициенты передачиоткрытого Кnon и закрытого Кnoff каналов микросхемы на частоте 1 ГГц составили -0,5 дБ и-45 дБ соответственно. На частоте 1 ГГц выходная мощность при сжатии коэффициентапередачи на 1 дБ составила P1dB = 25 дБм. Проведённый комплекс испытаний подтвердилнадёжность изготовленных микросхем.

Схемотехническое решение СВЧ коммутатораÄëÿ ïðîåêòèðîâàíèÿ è ðåàëèçàöèè ÌÈÑ ÑÂ× êîììóòàòîðà áûëà âûáðàíà

ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà, ïðåäñòàâëåííàÿ íà ðèñ. 1. Ðàçðàáîòàííàÿ ñõåìà ñîäåðæèò âêàæäîì êàíàëå ïî äâà òðàíçèñòîðà, âêëþ÷¸ííûõ ïîñëåäîâàòåëüíî â òðàêò ÑÂ× (Ò1, Ò2,Ò3 è Ò4), è ïî äâà òðàíçèñòîðà â ïàðàëëåëüíîì âêëþ÷åíèè (Ò5, Ò6, Ò7 è Ò8). Ñîãëàñíî[2, 3, 4] äàííîå ñõåìíîå ðåøåíèå íàèáîëåå îïòèìàëüíî äëÿ ïîëó÷åíèÿ êîììóòàòîðîâ ñìàëûì óðîâíåì âíîñèìûõ ïîòåðü ïðè âûñîêîé ðàçâÿçêå êàíàëîâ ìèêðîñõåìû. Ïðèìîäåëèðîâàíèè ÌÈÑ â ÑÀÏÐ “Microwave Office” èñïîëüçîâàëèñü ðåçóëüòàòû èçìåðåíèÿïàðàìåòðîâ ðàññåÿíèÿ ÏÒØ ñ ðàçëè÷íîé øèðèíîé çàòâîðà â ðåæèìå êîììóòàöèè(óïðàâëÿþùåå íàïðÿæåíèå íà çàòâîðå Uупр = 0/-5 Â). Øèðèíà çàòâîðîâ ÏÒØ Ò1, Ò2, Ò3è Ò4 ñîñòàâëÿëà W = 1300 ìêì, øèðèíà çàòâîðîâ òðàíçèñòîðîâ Ò6 è Ò7 áûëà âûáðàíàðàâíîé 800 ìêì, à Ò5 è Ò8 – 500 ìêì. Âûáîð øèðèíû çàòâîðîâ òðàíçèñòîðîâ â

Электронная техника. Серия 2. Полупроводниковые приборы 3

4 Электронная техника. Серия 2. Полупроводниковые приборы

êàæäîì êàíàëå áûë ñäåëàí èñõîäÿ èç òðåáîâàíèé ïî ïîòåðÿì è ðàçâÿçêå êàíàëîâ. Âöåïè èñòîêîâ âûõîäíûõ òðàíçèñòîðîâ, âêëþ÷¸ííûõ ïàðàëëåëüíî ÑÂ× òðàêòó, áûëèäîáàâëåíû ðåçèñòîðû R1 è R10 íîìèíàëîì 45 Îì, îáåñïå÷èâàþùèå ñîãëàñîâàíèåîòêëþ÷¸ííîãî êàíàëà ñ 50-îìíîé íàãðóçêîé. Äëÿ îáåñïå÷åíèÿ èçîëÿöèè ìåæäó ÑÂ×òðàêòîì è öåïÿìè óïðàâëåíèÿ ÌÈÑ êîììóòàòîðà, à òàêæå äëÿ óìåíüøåíèÿ ýôôåêòàøóíòèðîâàíèÿ âíóòðåííåãî ñîïðîòèâëåíèÿ ÏÒØ ̧ ìêîñòüþ çàòâîð-èñòîê íà íèçêèõ ÷àñòîòàõâ öåïü çàòâîðà êàæäîãî òðàíçèñòîðà áûëè âêëþ÷åíû ðåçèñòîðû R2..R9 [2]. Íîìèíàëðåçèñòîðîâ áûë ðàññ÷èòàí äëÿ êîììóòàöèè ñèãíàëà ìîùíîñòüþ 25 äÁì íà ÷àñòîòàõ îò100 ÌÃö è ñîñòàâèë 8 êÎì. Äëÿ ìîäåëèðîâàíèÿ çàçåìëåíèÿ èñòîêîâ ïàðàëëåëüíîâêëþ÷¸ííûõ òðàíçèñòîðîâ èñïîëüçîâàëàñü ìîäåëü ïåðåõîäíîãî îòâåðñòèÿ. Ðàçìåððàçðàáîòàííîé ÌÈÑ ÑÂ× êîììóòàòîðà ñîñòàâèë 1,4õ1,1 ìì2.

RF1 RF2

RFC

T1 T2 T3 T4

T5 T6 T7 T8

R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R10R9

B A

Рис. 1Электрическая принципиальная схема МИС

Технология изготовления корпусированного СВЧ коммутатораÂ êà÷åñòâå áàçîâîé òåõíîëîãèè èçãîòîâëåíèÿ äâóõïîçèöèîííûõ ïåðåêëþ÷àòåëåé

áûë èñïîëüçîâàí ðàçðàáîòàííûé òåõíîëîãè÷åñêèé ìàðøðóò èçãîòîâëåíèÿ ÌÈÑ íà îñíîâåGaAs ÏÒØ ñ ñàìîñîâìåùåíèåì êîíòàêòíûõ îáëàñòåé ñòîêà è èñòîêà ïî ìíîãîñëîéíîìóäèýëåêòðè÷åñêîìó ìàêåòó çàòâîðà ìåòîäîì èîííîé èìïëàíòàöèè [5]. Êëþ÷åâûìèïðîöåññàìè äàííîé òåõíîëîãèè ÿâëÿëèñü: ñåëåêòèâíàÿ èìïëàíòàöèÿ èîíîâ ïðèôîðìèðîâàíèè êàíàëà è èçãîòîâëåíèè ðåçèñòîðîâ; èñïîëüçîâàíèå îðèãèíàëüíîé òåõíîëîãèèñàìîñîâìåùåíèÿ êîíòàêòíûõ îáëàñòåé ñòîêà è èñòîêà ïî ìíîãîñëîéíîìó äèýëåêòðè÷åñêîìóìàêåòó çàòâîðà ìåòîäîì íàêëîííîé èîííîé èìïëàíòàöèè [6]; îòæèã â àòìîñôåðå àðñèíàáåç çàùèòû ïîâåðõíîñòè; çàìåíà äèýëåêòðè÷åñêîãî ìàêåòà çàòâîðà íà ìåòàëëè÷åñêèéýëåêòðîä; ôîðìèðîâàíèå îìè÷åñêèõ êîíòàêòîâ ê îáëàñòÿì ñòîêà è èñòîêà ÏÒØ;èñïîëüçîâàíèå äâóõóðîâíåâîé ìåòàëëèçàöèè ñ ïîëèèìèäîì â êà÷åñòâå ìåæóðîâíåâîãîè çàùèòíîãî äèýëåêòðèêîâ; ôîðìèðîâàíèå ìåòàëëèçèðîâàííûõ çàçåìëÿþùèõ îòâåðñòèéïðè ïîìîùè æèäêîñòíîãî õèìè÷åñêîãî òðàâëåíèÿ ñ ïîñëåäóþùèì ýëåêòðîõèìè÷åñêèìîñàæäåíèåì çîëîòà; ýêñïîíèðîâàíèå ðåçèñòèâíûõ ìàñîê è ñîâìåùåíèå òîïîëîãè÷åñêèõðèñóíêîâ, âûïîëíåííîå ìåòîäîì ïðîåêöèîííîé ëèòîãðàôèè ñ ðàçðåøåíèåì 1,0 ìêì èòî÷íîñòüþ ñîâìåùåíèÿ íå ìåíåå 0,1 ìêì. Òèïè÷íûå ïàðàìåòðû ñàìîñîâìåù¸ííûõòðàíçèñòîðîâ c ñóììàðíîé øèðèíîé çàòâîðà 1000 ìêì ïðèâåäåíû â òàáëèöå. Ôîòîãðàôèÿèçãîòîâëåííîãî êðèñòàëëà ÌÈÑ ÑÂ× êîììóòàòîðîâ ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 2. Àìïëèòóäíî-÷àñòîòíûå õàðàêòåðèñòèêè ÌÈÑ êîììóòàòîðîâ â 50-îìíîì òðàêòå èçìåðåíû ìåòîäîì


Ток насыщения сток-исток, Idss 270 мА/мм Пороговое напряжение, Vpinch-off -2,2 В Напряжение пробоя затвор-сток, BVgd 20 В Сопротивление открытого ПТШ, Ron 2,5 Ом/мм Ёмкость закрытого ПТШ, Coff 0,3пФ/мм Граничная частота, Ft (3В, ½ Idss) 24 ГГц

ТаблицаОсновные удельные параметры самосовмещённых транзисторов

1

-0,2

-0,4

-0,6

-0,8

-1,0

-1,2

-1,4

-1,6

-1,80 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0

2

F, ГГц

Кпon

, дБ

Рис. 2Изображение кристалла МИС СВЧ коммутатора

Рис. 3Частотная зависимость коэффициента передачи

открытого канала кристалла МИС СВЧ коммутатора:1 – измеренная, 2 – расчётная

2,6

2,4

2,2

2,0

1,8

1,6

1,4

1,2

1,00 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

F, ГГц

Рис. 4Частотная зависимость коэффициента передачи

закрытого канала кристалла МИС СВЧ коммутатора:1 – измеренная, 2 – расчётная

Рис. 5Частотная зависимость КСВН входа кристалла МИС СВЧ

коммутатора для открытого и закрытого каналов:1, 2 – измеренные, 3, 4 – расчётные

1

23

4

òåñò-ïëàò. Ðàñ÷¸òíûé è èçìåðåííûé êîýôôèöèåíòû ïåðåäà÷è îòêðûòîãî è çàêðûòîãîêàíàëîâ ïðèâåäåíû íà ðèñ. 3 è 4. Èçìåðåíèå êîýôôèöèåíòà ïåðåäà÷è çàêðûòîãîêàíàëà áûëî îãðàíè÷åíî íèæíèì ïîðîãîì ÷óâñòâèòåëüíîñòè èçìåðèòåëüíîãî îáîðóäîâàíèÿðàâíîì -70 äÁ. ×àñòîòíàÿ çàâèñèìîñòü ÊÑÂÍ ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 5.

-30

-40

-50

-60

-70

-80

-90

-100

-110

Кпon

, дБ

0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0F, ГГц

1

2

КСВН

, отн

. ед.


Äëÿ êîðïóñèðîâàíèÿ ìèêðîñõåì áûë èñïîëüçîâàí êîðïóñ òèïà SO-8. Ïîñàäêà ÌÈÑíà îñíîâàíèå ðàìêè îñóùåñòâëÿëàñü ñ ïîìîùüþ òîêîïðîâîäÿùåãî êëåÿ. Ñîåäèíåíèåêîíòàêòíûõ ïëîùàäîê ÑÂ× êîììóòàòîðà ñ âûâîäàìè êîðïóñà ïðîèçâîäèëîñü çîëîòîéïðîâîëîêîé ìåòîäîì òåðìîêîìïðåññèè. Äàëåå ðàìêà ñ ÌÈÑ ïîìåùàëàñü â ïðåññ-ôîðìó è çàëèâàëàñü êîìïàóíäîì. Âûðóáêà êîðïóñèðîâàííûõ ìèêðîñõåì èç ãðóïïîâîéðàìêè ïðîèçâîäèëàñü îäíîâðåìåííî ñ çàãèáêîé êîíòàêòíûõ íîæåê êîðïóñà. Âûõîäãîäíûõ êîðïóñèðîâàííûõ ÌÈÑ ñîñòàâëÿë íå ìåíåå 60 % îò îáùåãî ÷èñëà èçãîòîâëåííûõêðèñòàëëîâ ÌÈÑ. Ôîòîãðàôèè êîðïóñèðîâàííûõ ìèêðîñõåì ÑÂ× êîììóòàòîðîâïðåäñòàâëåíû ðèñ. 6.

Рис. 6Корпусированные МИС СВЧ коммутатора

Результаты измерения параметровкорпусированного СВЧ коммутатора

-1

-2

-3

-4

Кпon

, дБ

0

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0F, ГГц

1

2

0

-10

-20

-30

-40Кпof

f, дБ

0

-50

-60

-700,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0

F, ГГц0

2

1

Рис. 7 Рис. 8Частотная зависимость коэффициента передачиоткрытого канала МИС корпусированного СВЧкоммутатора: 1 – измеренная методом тест-плат;

2 – измеренная в контактном устройстве

Частотная зависимость коэффициента передачизакрытого канала МИС корпусированного СВЧкоммутатора: 1 – измеренная методом тест-плат;

2 – измеренная в контактном устройстве

ÊÑÂÍ ÌÈÑ ÑÂ× êîììóòàòîðà â êîðïóñå, èçìåðåííûå ìåòîäîì òåñò-ïëàò, ïðèâåäåíû íàðèñ. 9. Âèäíî, ÷òî êîíòàêòíîå óñòðîéñòâî ïîçâîëÿåò èçìåðèòü ìàëîñèãíàëüíûå ïàðàìåòðûìèêðîñõåì áåç èõ ðàñïàéêè â ìîäóëè äî ÷àñòîòû 2 ÃÃö ñ áîëüøîé òî÷íîñòüþ. Íà÷àñòîòå 1 ÃÃö ïðè ìîùíîñòè êîììóòèðóåìîãî ñèãíàëà 15 äÁì çíà÷åíèÿ êîýôôèöèåíòàïåðåäà÷è Кп îòêðûòîãî è çàêðûòîãî êàíàëîâ ñîñòàâèëè Кпon = -0,5 äÁ è Кпoff = -45 äÁ

ÑÂ× ïàðàìåòðû ÌÈÑ êîðïóñèðîâàííûõêîììóòàòîðîâ áûëè èçìåðåíû ìåòîäîì òåñò-ïëàòè ñ ïîìîùüþ ðàçðàáîòàííîãî êîíòàêòíîãîóñòðîéñòâà â ñòàíäàðòíîì 50-îìíîì òðàêòå.Êîíòàêòíîå óñòðîéñòâî ïîçâîëÿëî èçìåðèòüìèêðîñõåìû â êîðïóñå òèïà SO-8 ïóò¸ì ïðèæèìàåãî êîíòàêòíûõ íîæåê. Èçìåðÿëèñü ïàðàìåòðûÌÈÑ ñíà÷àëà â êîíòàêòíîì óñòðîéñòâå, çàòåìêîììóòàòîð ìîíòèðîâàëñÿ íà òåñò-ïëàòó â ìîäóëüè ïðîâîäèëîñü ïîâòîðíîå èçìåðåíèå. Èçìåðåííûåêîýôôèöèåíòû ïåðåäà÷è îòêðûòîãî è çàêðûòîãîêàíàëîâ ÌÈÑ ïðèâåäåíû íà ðèñ. 7 è 8.


1,6

1,5

1,4

1,3

1,2

1,1

1,00 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

F, ГГц

КСВН

, отн

. ед.

1

2

Рис. 9Частотные зависимости КСВН входа МИС

корпусированного СВЧ коммутатора:1 – открытого канала; 2 – закрытого канала

Результаты надёжностныхиспытаний корпусированного СВЧкоммутатора

Äëÿ ïðîâåäåíèÿ êâàëèôèêàöèîííûõè òåõíîëîãè÷åñêèõ èñïûòàíèé áûëèðàçðàáîòàíû ãðóïïîâûå êàññåòû,ïîçâîëÿþùèå èçìåðÿòü ÑÂ× ïàðàìåòðûêîðïóñèðîâàííûõ êîììóòàòîðîâ, â òîì÷èñëå è âî âðåìÿ ïðîâåäåíèÿ èñïûòàíèé.

Êðàòêîâðåìåííûå èñïûòàíèÿ íàáåçîòêàçíîñòü äëèòåëüíîñòüþ tисп =3000 ÷ ïðè òåìïåðàòóðå Тисп = 85

0Ñ èöèêëè÷íîì ïåðåêëþ÷åíèè êàíàëîâïðèáîðà íå âûÿâèëè äåãðàäàöèèïàðàìåòðîâ ìèêðîñõåì â ïðåäåëàõïîãðåøíîñòè èçìåðåíèÿ 0,2 äÁ. Ïîñëåtисп = 10000 ÷ èçîëÿöèÿ çàêðûòîãî êàíàëàóõóäøèëàñü ñ -45 äÁ äî -30 äÁ íà ÷àñòîòå1 ÃÃö ïðè íåèçìåííîì çíà÷åíèè ïîòåðü

â îòêðûòîì êàíàëå, ÷òî, âåðîÿòíåå âñåãî, ñâÿçàíî ñ äåãðàäàöèåé ìàòåðèàëà êîðïóñàìèêðîñõåìû.

Èñïûòàíèå íà ñòîéêîñòü ê âîçäåéñòâèþ îäèíî÷íûõ ýëåêòðè÷åñêèõ èìïóëüñîâíàïðÿæåíèÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì óñòàíîâêè, èìèòèðóþùåé ìîäåëü ÷åëîâå÷åñêîãî òåëà,ïîêàçàëî èìïóëüñíóþ ýëåêòðè÷åñêóþ ïðî÷íîñòü ìèêðîñõåì ïðè àìïëèòóäå èìïóëüñà äîUимп = 1000 Â áåç èçìåíåíèé èõ ÑÂ× õàðàêòåðèñòèê. Óâåëè÷åíèå Uимп äî 1200 Âïðèâîäèëî ê óõóäøåíèþ êîýôôèöèåíòîâ ïåðåäà÷è îòêðûòîãî è çàêðûòîãî êàíàëîâ íà10-20 %.

Èñïûòàíèÿ íà âîçäåéñòâèå îäèíî÷íûõ è ìíîãîêðàòíûõ óäàðîâ, èñïûòàíèÿ íàâîçäåéñòâèå ïîâûøåííîé âëàæíîñòè âîçäóõà è ïîâûøåííîãî/ïîíèæåííîãî äàâëåíèÿ,ïðîâåä¸ííûå ñîãëàñíî ÎÑÒ 11073.013 äëÿ êîðïóñèðîâàííûõ ïðèáîðîâ, â ïðåäåëàõïîãðåøíîñòè èçìåðåíèé íå ïðèâîäèëè ê èçìåíåíèÿì ÑÂ× ïàðàìåòðîâ ìèêðîñõåì.

Ãðàíè÷íûå èñïûòàíèÿ îïðåäåëèëè çàïàñ óñòîé÷èâîñòè êîììóòàòîðîâ ïî öåïèóïðàâëåíèÿ; ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìîå çíà÷åíèå ñîñòàâèëî Uупр = -20 Â ïðè òåìïåðàòóðåТ = 150 0Ñ.

Ïîñëå ïðîâåäåíèÿ òåõíîëîãè÷åñêèõ èñïûòàíèé, âêëþ÷àþùèõ â ñåáÿòåðìîöèêëèðîâàíèå è ýëåêòðîòðåíèðîâêó ïðèáîðîâ, âûõîä ãîäíûõ êîðïóñèðîâàííûõÑÂ× ìèêðîñõåì ñîñòàâèë íå ìåíåå 80 %.

ïðè çíà÷åíèè ÊÑÂÍ íå ìåíåå 1,25. Èçìåðåííûå çíà÷åíèÿ êîýôôèöèåíòà ïåðåäà÷èêîðïóñèðîâàííîãî êîììóòàòîðà íà ÷àñòîòàõ âûøå 2 ÃÃö íèæå â ñðàâíåíèè ñ èçìåðåííûìèíà êðèñòàëëå ÌÈÑ, ÷òî, âåðîÿòíåå âñåãî, ñâÿçàíî ñ ïàðàçèòíûì âëèÿíèåì êîðïóñà.Âûõîäíàÿ ìîùíîñòü ïðè ñæàòèè êîýôôèöèåíòà ïåðåäà÷è íà 1 äÁ ñîñòàâèëà P1дБ = 25äÁì íà ÷àñòîòå 1 ÃÃö. Òîê ïîòðåáëåíèÿ Iпот íå ïðåâûøàë çíà÷åíèÿ 35 ìêÀ. Âðåìÿïåðåêëþ÷åíèÿ ìåæäó îòêðûòûì è çàêðûòûì ñîñòîÿíèÿìè êàíàëà ïî óðîâíþ 0,1/0,9ñîñòàâèëî 35 íñ.

ЗаключениеÂ ðåçóëüòàòå ïðîäåëàííîé ðàáîòû áûëè ðàçðàáîòàíû è èçãîòîâëåíû ÌÈÑ ÑÂ×

êîììóòàòîðîâ â ïëàñòèêîâîì êîðïóñå SO-8. Êîýôôèöèåíòû ïåðåäà÷è Кп îòêðûòîãî èçàêðûòîãî êàíàëîâ ìèêðîñõåìû íà ÷àñòîòå 1ÃÃö ñîñòàâèëè Кпon = -0,5 äÁ è Кпoff =


БлагодарностьÀâòîðû âûðàæàþò áëàãîäàðíîñòü êîëëåêòèâó òåõíîëîãè÷åñêîãî îòäåëà êðèñòàëëîâ,

à òàêæå ñîòðóäíèêàì îòäåëà ãëàâíîãî òåõíîëîãà ÍÈÈ ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ïðèáîðîâ çàó÷àñòèå è ïîìîùü â ðàáîòå.

Литература1. H. Uda, at al. Development of ultra-compact plastic-packaged high isolation GaAs SPDT switch. – IEEE

Trans. Component Packaging and Manufacturing Tech., Part B, Fеb. – 1996. – Vol. 19. – P. 182-187.2. L. Devlin. The Design of Integrated Switches and Phase Shifters. – IEE Tutorial Colloquium Design of

RFICs and MMICs. – 1999.3. I. Bahl. Microwave solid state circuits design. – USA, John Wiley & Sons Inc. – 2003.4. I. Robertson. RFIC and MMIC design and technology. – UK, The Institution of Electrical Engineers. – 2001.5. E. Anishchenko, V. Arykov, A. Gavrilova, O. Dedkova, V. Kagadei, O. Kamchatnaya, Yu. Lilenko, A. Yushenko.

Self-Aligned Multilayer Dielectric “Dummy Gate” Technology for L-, S- and X-Band GaAs MMICs Fabrication. –IEEE 2nd Russia School and Seminar MNST’2010, Novosibirsk, Russia. – 2010. – P. 37-40.

6. Патент на изобретение №2436186 от 10.12.2011. В. С. Арыков, А. М. Гаврилова, О. А. Дедкова,Ю. В. Лиленко.

-45 äÁ ñîîòâåòñòâåííî ïðè ÊÑÂÍ íå ìåíåå 1,25. Âûõîäíàÿ ìîùíîñòü ïðè ñæàòèèêîýôôèöèåíòà ïåðåäà÷è íà 1 äÁ ñîñòàâèëà P1dB = 25 äÁì íà ÷àñòîòå 1ÃÃö. Ïîðåçóëüòàòàì ïðîâåä¸ííûõ èñïûòàíèé èçãîòîâëåííûå ÑÂ× êîììóòàòîðû ñîîòâåòñòâóþòðîññèéñêèì ñòàíäàðòàì íàä¸æíîñòè è ìîãóò áûòü ïðèìåíåíû â êà÷åñòâå çàìåíûçàðóáåæíûõ àíàëîãîâ äëÿ íóæä îòå÷åñòâåííîé ðàäèîýëåêòðîííîé ïðîìûøëåííîñòè.


Моделирование тепловой режимной неустойчивости в структуре мощного СВЧбиполярного транзистора в существенно нелинейном режиме

УДК 004.94:621.382.33

Аронов В. Л., Евстигнеев Д. А., Коренков И. В.

ВведениеÂ äèíàìè÷åñêîì ãåíåðàòîðíîì ðåæèìå ìîùíûå ÑÂ× òðàíçèñòîðû íåñðàâíåííî

áîëåå óñòîé÷èâû, íåæåëè â ëèíåéíîì ðåæèìå [1, 2]. Ïî òðàäèöèè ïðèíÿòî ñ÷èòàòü, ÷òîðåàëüíî ñóùåñòâóþùèå ðåæèìíûå îãðàíè÷åíèÿ äëÿ ïðèáîðîâ ýòîãî êëàññà â çíà÷èòåëüíîéñòåïåíè îïðåäåëÿþòñÿ òåì æå ìåõàíèçìîì, ÷òî è â ëèíåéíîì ðåæèìå. Íà òàêîìïðåäñòàâëåíèè áàçèðóåòñÿ îáùåïðèíÿòûé ñïîñîá ïîâûøåíèÿ ðåæèìíîé óñòîé÷èâîñòèïóò¸ì ââåäåíèÿ â ñòðóêòóðó òðàíçèñòîðà ðàñïðåäåë¸ííûõ ýìèòòåðíûõ ðåçèñòîðîâ. Òàêîéïîäõîä îáúåêòèâíî ïîâûøàåò íàä¸æíîñòü è ýêñïëóàòàöèîííûå âîçìîæíîñòè òðàíçèñòîðà.

Â íàñòîÿùåé ðàáîòå ñäåëàíà ïîïûòêà ñìîäåëèðîâàòü òåìïåðàòóðíóþ ðåæèìíóþíåóñòîé÷èâîñòü ìîùíîãî òðàíçèñòîðà â íåëèíåéíîì äèíàìè÷åñêîì ðåæèìå ñ îòñå÷êîéòîêà êîëëåêòîðà è êâàçèíàñûùåíèåì â òèïîâîì íàïðÿæ¸ííîì ðåæèìå.

Ñîåäèíåíèå ìåõàíèçìîâ òåïëîâîé è ðåæèìíîé íåóñòîé÷èâîñòè îòðàæàåò òîò ôàêò,÷òî â ïðîöåññå ðàçâèòèÿ íåóñòîé÷èâîñòè ïðîèñõîäèò ïåðåðàñïðåäåëåíèå ïî ïëîùàäèòðàíçèñòîðíîé ñòðóêòóðû êàê òåìïåðàòóðû, òàê è ðåæèìíûõ ïàðàìåòðîâ: àìïëèòóäûÑÂ× òîêà, åãî ïîñòîÿííîé ñîñòàâëÿþùåé, à òàêæå âûäåëÿåìîé ìîùíîñòè ðàññåÿíèÿ.

Àíàëèç ïðîâåä¸í íà ïðèìåðå êîíêðåòíîé îäíîêðèñòàëüíîé ñòðóêòóðû, êîòîðàÿÿâëÿåòñÿ â äîñòàòî÷íîé ìåðå òèïè÷íîé äëÿ ñîâðåìåííûõ ïðèáîðîâ òàêîãî êëàññà.

В статье представлено совместное моделирование механизмов тепловой и режимнойнеустойчивости по площади структуры мощного СВЧ транзистора в динамическом режиме.Алгоритм анализа включает ряд упрощающих допущений, создающих односторонние погрешностив сторону ужесточения неустойчивости. Результаты анализа показывают существеннуюизбыточность традиционного способа стабилизации с использованием распределённыхэмиттерных резисторов. После экспериментальной проверки расчётных результатов они могутбыть использованы для оптимизации конструкции новых транзисторов.

Электрическая модель транзисторного каскадаÂ îñíîâó ïîëîæåíà ìîäåëü ìîùíîãî ÑÂ× áèïîëÿðíîãî òðàíçèñòîðà, îïèñàííàÿ â

ðàáîòå [3]. Ìîäåëü ïðåäíàçíà÷åíà äëÿ àíàëèçà ñóùåñòâåííî íåëèíåéíîãî ðåæèìàòðàíçèñòîðà, õàðàêòåðèçóåìîãî çíà÷èòåëüíûì ýôôåêòîì îòñå÷êè êîëëåêòîðíîãî òîêà èîäíîâðåìåííî ñ ýòèì áîëåå èëè ìåíåå âûðàæåííûì ýôôåêòîì êâàçèíàñûùåíèÿ [4].Ñàìî ïîíÿòèå êâàçèíàñûùåíèÿ ñâÿçûâàåòñÿ èñêëþ÷èòåëüíî ñ òîêîâîé çàâèñèìîñòüþãðàíè÷íîé ÷àñòîòû (èëè ýôôåêòèâíîãî âðåìåíè ïåðåíîñà èíæåêòèðîâàííûõ èç ýìèòòåðàíîñèòåëåé òîêà ê ãðàíèöå êîëëåêòîðíîãî ïåðåõîäà).

Â ýêâèâàëåíòíîé ñõåìå ðèñ. 1 îòðàæåíû çàâèñÿùèå îò íàïðÿæåíèÿ ¸ìêîñòèýìèòòåðíîãî è êîëëåêòîðíîãî ïåðåõîäîâ, ¸ìêîñòü êîëëåêòîð-ýìèòòåð, ñîïðîòèâëåíèåáàçû, àêòèâíûå ñîïðîòèâëåíèÿ â ýìèòòåðíîé öåïè è ýôôåêòèâíîå ïîñëåäîâàòåëüíîåñîïðîòèâëåíèå òåëà êîëëåêòîðà, ñâ¸ðíóòîå ê ýêâèâàëåíòíîé ïðîâîäèìîñòè gk. Ñàìàêîëëåêòîðíàÿ ¸ìêîñòü ïðåäñòàâëåíà àêòèâíîé è ïàññèâíîé ñîñòàâëÿþùèìè.

Óïðàâëÿåìûé ãåíåðàòîð òîêà, íåñóùèé â ñåáå îñíîâíûå íåëèíåéíûå ìåõàíèçìû,ïîëó÷àåòñÿ â ðåçóëüòàòå ðåøåíèÿ ñèñòåìû íåëèíåéíûõ äèôôåðåíöèàëüíûõ óðàâíåíèé[5].


Ãëàâíîå îòëè÷èå ìîäåëè íà ðèñ. 1 îò ðàíåå èñïîëüçîâàííûõ ñîñòîèò â òîì, ÷òîîíà îáúåäèíÿåò ìîäåëè òð¸õ çâåíüåâ ñòðóêòóðû ìîùíîãî òðàíçèñòîðà, îòëè÷àþùèåñÿìåæäó ñîáîé ïëîùàäüþ è âçàèìíûì ðàñïîëîæåíèåì, ÷òî áóäåò ñóùåñòâåííî ñ òî÷êèçðåíèÿ òåïëîâîé ìîäåëè.

Ïðèíöèïèàëüíûé ìîìåíò ñîñòîèò â òîì, ÷òî îáúåäèí¸ííàÿ ýìèòòåðíàÿ öåïü çâåíüåâ1 è 2 íåñ¸ò â ñåáå ñòàáèëèçèðóþùèé ðåçèñòîð r12, ñâîé ñòàáèëèçèðóþùèé ðåçèñòîðíåñ¸ò â ñåáå ýìèòòåðíàÿ öåïü çâåíà 3. Ðàçäåëüíûå ýìèòòåðíûå öåïè çâåíüåâ 1 è 2òàêæå íåñóò â ñåáå ðåçèñòîðû re1 è re2, íî îíè â îñíîâíîì âàðèàíòå àíàëèçà ñóùåñòâåííîìåíüøå ñòàáèëèçèðóþùèõ è îòðàæàþò ëèøü ñòðóêòóðíûå ñîïðîòèâëåíèÿ òåëà ýìèòòåðàè âîçìîæíûå ìåæñëîéíûå ñîïðîòèâëåíèÿ. Âî ìíîãèõ îöåíêàõ îíè áëèçêè ê íóëþ. Â÷àñòíîì ñëó÷àå ýòè ðåçèñòîðû áóäóò óñëîâíî èñïîëüçîâàíû â êà÷åñòâå ñòàáèëèçèðóþùèõ.

Âõîäíàÿ âîëüò-àìïåðíàÿ õàðàêòåðèñòèêà îïèñûâàåòñÿ äâóìÿ ïàðàìåòðàìè: e2 –âûñîòà âíóòðåííåãî áàðüåðà è is – îáðàòíûé òîê ýìèòòåðíîãî ïåðåõîäà, çàäàííûé ïðèêîìíàòíîé òåìïåðàòóðå ïåðåõîäà ýìèòòåð-áàçà. Èçìåíåíèå âõîäíîé âîëüò-àìïåðíîéõàðàêòåðèñòèêè ñ ïîâûøåíèåì òåìïåðàòóðû ÿâëÿåòñÿ ïåðâè÷íîé ïðè÷èíîé íåóñòîé÷èâîñòè,ïîñêîëüêó ñíèæàåòñÿ óãîë îòñå÷êè è âîçðàñòàåò ìãíîâåííûé èíæåêòèðîâàííûé òîêýìèòòåðà. Îáðàòíûé òîê ýìèòòåðà êàê ïàðàìåòð òðàíçèñòîðà îïðåäåëÿåò ñîáîé ìàñøòàáíûéêîýôôèöèåíò ýòîãî ÿâëåíèÿ.

Ýëåêòðè÷åñêèå ìîäåëüíûå ïàðàìåòðû âû÷èñëÿþòñÿ ïðîïîðöèîíàëüíî óñëîâíîéïëîùàäè, ïðèïèñûâàåìîé êàæäîìó çâåíó.

Cke1

Ce1 Cka2

ig gg Cg Ld

Ckb gk Ld gn

e

ie3 ik3rb3

Ue3 Uk3re3

Ce3 Cka3

Cke3re12

ie2 ik2

re2

rb2

Ue2 Uk2

Ce2 Cka2

Cke2

ie1 ik1rb1

Ue1 Uk1re1

Рис. 1Электрическая эквивалентная схема

Ìîäåëü óñèëèòåëüíîãîêàñêàäà ïîìèìî òðàíçèñòîðíîéìîäåëè âêëþ÷àåò öåïüãåíåðàòîðà âîçáóæäåíèÿ â âèäåèñòî÷íèêà ãàðìîíè÷åñêîãî òîêàíà íåñóùåé ÷àñòîòå f è äâóõñîñòàâëÿþùèõ âíóòðåííåéïðîâîäèìîñòè â âèäå àêòèâíîéïðîâîäèìîñòè gg èýôôåêòèâíîé ̧ ìêîñòè cg. Êðîìåòîãî, âõîäíàÿ öåïü âêëþ÷àåòäðîññåëü ld ìåæäó âûâîäàìèýìèòòåðà è áàçû, ÷òîîïðåäåëÿåò ðåæèì ðàáîòûèññëåäóåìîãî óñèëèòåëüíîãîêàñêàäà â êëàññå С. Ýòîòýëåìåíò íå èãðàåò çàìåòíîéðîëè â ÑÂ× ðåæèìå, ïîýòîìóåãî âåëè÷èíà çàäàíà àïðèîðíîñ öåëüþ äîñòèæåíèÿ ìàëîãîâðåìåíè ìàøèííîãî ðàñ÷¸òà.

Èñòî÷íèê êîëëåêòîðíîãîíàïðÿæåíèÿ ñâ¸ðíóò ê ýêâèâàëåíòíîìó èñòî÷íèêó ÝÄÑ е.

Âûõîäíàÿ öåïü ñâ¸ðíóòà ê àêòèâíîé ïðîâîäèìîñòè íàãðóçêè gn è ïàðàëëåëüíîéèíäóêòèâíîñòè lp. Ïàðàìåòðû îïòèìàëüíîé ïðîâîäèìîñòè íàãðóçêè è âíóòðåííåéïðîâîäèìîñòè ãåíåðàòîðà âîçáóæäåíèÿ îïðåäåëÿþòñÿ ïóò¸ì ïðîâåäåíèÿ íåñêîëüêèõèòåðàöèé ðàñ÷¸òà âûõîäíîé ìîùíîñòè è êîýôôèöèåíòà ïîëåçíîãî äåéñòâèÿ (ÊÏÄ)


óñèëèòåëüíîãî êàñêàäà.Âåëè÷èíà àìïëèòóäû ãåíåðàòîðà òîêà âîçáóæäåíèÿ äëÿ êàæäîãî çíà÷åíèÿ gg

âû÷èñëÿåòñÿ èç çàðàíåå çàäàííîé íîìèíàëüíîé ìîùíîñòè âîçáóæäåíèÿ pnn.Àíàëèç ýêñïëóàòàöèîííûõ ïàðàìåòðîâ óñèëèòåëüíîãî êàñêàäà â õîäå êàæäîé èòåðàöèè

ïðîâîäèòñÿ âî âðåìåííîé îáëàñòè äëÿ çàäàííîãî êîëè÷åñòâà ïåðèîäîâ íåñóùåé ÷àñòîòûnt. Âåëè÷èíà nt âûáèðàåòñÿ òàê, ÷òîáû ñ îïðåäåë¸ííûì çàïàñîì îáåñïå÷èòü âûõîä íàóñòàíîâèâøèéñÿ ýëåêòðè÷åñêèé ðåæèì, ÷òî îïåðàòîð âèçóàëüíî êîíòðîëèðóåò ïîñëåçàâåðøåíèÿ êàæäîé èòåðàöèè.

Èñõîäíûå ïàðàìåòðû ïîëíîé ñòðóêòóðû òðàíçèñòîðà ïðè óñëîâèè èäåàëüíîãîñëîæåíèÿ âñåõ çâåíüåâ ñëåäóþùèå: fгр0 = 3 ÃÃö, iкр0 = 9 A, u0 = 10 Â,cka0 = 5,6 ïÔ, ckb0 = 16,8 ïÔ, cke0 = 7,5 ïÔ, ce0 = 0,554 íÔ, re0 = 0,1 Oì, rkck = 5 ïñ,rb0 = 0,01 Îì, ld = 0,04 íÃ, e2 = 1 Â, is0 = 2.10-11 A, е = 45 Â.

¨ìêîñòè êîëëåêòîðà ïðèâåäåíû ïðè íàïðÿæåíèè е, ¸ìêîñòü ýìèòòåðà – ïðèíàïðÿæåíèè 0 Â.

Ïðèâåä¸ííàÿ ñîâîêóïíîñòü ïàðàìåòðîâ òðàíçèñòîðà â ïîëíîé ìåðå íåäîñòóïíàïðÿìûì èçìåðåíèÿì. Äîñòàòî÷íî íàä¸æíûìè ÿâëÿþòñÿ ðåçóëüòàòû èçìåðåíèÿñîâîêóïíîñòè ýêñïëóàòàöèîííûõ ïàðàìåòðîâ òðàíçèñòîðà â òåñòîâîì óñèëèòåëå. Äðóãîéèñòî÷íèê äàííûõ – ïðÿìîé ðàñ÷¸ò àêòèâíîé ñòðóêòóðû. Îäíàêî ýòà ñîâîêóïíîñòüïàðàìåòðîâ ìîäåëè äà¸ò çíà÷åíèÿ, ñóùåñòâåííî ñìåù¸ííûå â ñòîðîíó çàâûøåíèÿýêñïëóàòàöèîííûõ ïàðàìåòðîâ. Â äàëüíåéøåì îíè áóäóò èñïîëüçîâàíû ëèøü äëÿ ÷àñòíûõîöåíîê. Ýòó ñîâîêóïíîñòü áóäåì íàçûâàòü «óñëîâíî èçáûòî÷íîé». Â ýòîé ñèñòåìå fгр0 =4,5 GHz, iкр0 = 14,5 A.

Ðàñ÷¸òíûå ýêñïëóàòàöèîííûå ïàðàìåòðû êàñêàäà äëÿ òèïîâîé ñèñòåìû ìîäåëüíûõïàðàìåòðîâ ïðè ìîùíîñòè âîçáóæäåíèÿ 20 Âò ñëåäóþùèå: íà ÷àñòîòå 1 ÃÃö Pвых =192 Âò, ÊÏÄ = 63 %, íà ÷àñòîòå 1,5 ÃÃö Pвых = 153 Âò, ÊÏÄ = 55 %. Ýòè ðåçóëüòàòûñîãëàñóþòñÿ ñ òèïîâûìè ýêñïåðèìåíòàëüíûìè äàííûìè, ïîëó÷åííûìè â êîðîòêîèìïóëüñíîìðåæèìå (ïðè ñëàáîì âëèÿíèè ñàìîðàçîãðåâà). Â ñèñòåìå óñëîâíî èçáûòî÷íûõ ïàðàìåòðîâòå æå çíà÷åíèÿ ñîñòàâëÿþò: íà ÷àñòîòå 1 ÃÃö Pвых = 212 Âò, ÊÏÄ = 70 %, íà ÷àñòîòå1,5 ÃÃö Pвых = 191 Âò, ÊÏÄ = 66 %. Çäåñü ñîîòíîøåíèå ñ ýêñïåðèìåíòàëüíûìè äàííûìèçàìåòíî ñäâèíóòî ââåðõ.

Äëÿ àíàëèçà óñòîé÷èâîñòè ïðèõîäèòñÿ èññëåäîâàòü íåðàâíîìåðíóþ ðàáîòó ñòðóêòóðûòðàíçèñòîðà. Óïîìÿíóòûå âûøå ýôôåêòèâíûå ïëîùàäè âûäåëåííûõ çâåíüåâõàðàêòåðèçóþòñÿ äâóìÿ êîýôôèöèåíòàìè. Êîýôôèöèåíò m ïîêàçûâàåò, âî ñêîëüêî ðàçñóììàðíàÿ ïëîùàäü çâåíüåâ 1 è 2 ìåíüøå îáùåé ïëîùàäè àêòèâíîé ñòðóêòóðû.Êîýôôèöèåíò к ïîêàçûâàåò äîëþ ïëîùàäè ñåêöèè 1 â îáùåé ïëîùàäè çâåíüåâ 1 è 2.Ïðèíÿòûå çíà÷åíèÿ: m = 375, к = 0,1.

Ïðè àíàëèçå òð¸õçâåííîé ìîäåëè íà êàæäîé èòåðàöèè âû÷èñëÿåòñÿ ìîùíîñòü,âûäåëÿþùàÿñÿ â àêòèâíîé ïðèïîâåðõíîñòíîé ÷àñòè êàæäîãî çâåíà prs1, prs2, prs3. Ïðèðàâíîìåðíîé óñòîé÷èâîé ðàáîòå ýòè ìîùíîñòè îêàçûâàþòñÿ ïðîïîðöèîíàëüíûñîîòâåòñòâóþùåé ýôôåêòèâíîé ïëîùàäè çâåíà. Èíîå ðàñïðåäåëåíèå áóäåò ïðîèñõîäèòüïðè ïîòåðå óñòîé÷èâîñòè.

Тепловая эквивалентная схемаÂ ýòîé ÷àñòè äîñòîâåðíîñòü èñïîëüçóåìûõ ÷èñëåííûõ ïàðàìåòðîâ íèæå, ÷åì â

ïðåäûäóùåì ðàçäåëå. Çäåñü ìû íå ðàñïîëàãàåì ýêñïåðèìåíòàëüíûìè äàííûìè. Âïîñëåäóþùèõ îöåíêàõ èñïîëüçîâàíû ðåçóëüòàòû ðàñ÷¸òà òåïëîâûõ ïàðàìåòðîâ ñòðóêòóðûòðàíçèñòîðà.

Äëÿ ïîèñêà óñëîâèé ðåæèìíîé íåóñòîé÷èâîñòè èñïîëüçîâàí óïðîù¸ííûé ïîäõîä,


эмиттернаяметаллизация

к стабилизирующемурезистору

базовый p+ слой секция 2 секция 1 эмиттерный слой базоваяметаллизация

75

71

Рис. 2Топология ячейки структуры транзистора

Â íàñòîÿùåé ðàáîòå ðàññìîòðåíà âîçìîæíàÿ ðåæèìíàÿ íåóñòîé÷èâîñòü ïî äëèíåýëåìåíòàðíîé ÿ÷åéêè, ðàñïîëîæåííîé ïîä äâóìÿ ñîñåäíèìè ýìèòòåðíûìè ïîëîñêàìè(íå èìåþùèìè â òèïîâîì âàðèàíòå àíàëèçà èíäèâèäóàëüíîé ñòàáèëèçàöèè).

Ïîïûòêà ïðåäñòàâèòü òåïëîâóþ ýêâèâàëåíòíóþ ñõåìó äëÿ îïèñàíèÿ âçàèìîäåéñòâèÿòåïëîâûõ ïîòîêîâ è òåìïåðàòóð íà âûäåëåííîé ñåêöèè 1, íà ñåêöèè 2 è íà îñòàâøåìñÿìàññèâå ýëåìåíòàðíûõ ÿ÷ååê (ñåêöèÿ 3) îñíîâûâàåòñÿ íà ïðåäñòàâëåíèè î òåïëîâûõýêâèâàëåíòàõ [6].

Òåïëîâîå ñîïðîòèâëåíèå îòäåëüíûõ çâåíüåâ ïðè ðàâíîìåðíîì ðàñïðåäåëåíèèìîùíîñòè è òåìïåðàòóðû ïî ïëîùàäè ñòðóêòóðû ïîääà¸òñÿ ðàñ÷¸òó ñ ïðèåìëåìîéäîñòîâåðíîñòüþ.

Ïåðâàÿ ïðîáëåìà ñîñòîèò â òîì, ÷òî ìîùíûå ÑÂ× òðàíçèñòîðû èñïîëüçóþòñÿèñêëþ÷èòåëüíî â èìïóëüñíîì ðåæèìå. Ñòðîãî ãîâîðÿ, ýôôåêò íåóñòîé÷èâîñòè ñëåäîâàëîáû àíàëèçèðîâàòü âî âðåìåíè ñ îïèñàíèåì îäíîâðåìåííî äèíàìèêè ÑÂ× ïðîöåññîâ èòåïëîâûõ ïðîöåññîâ, îäíàêî ýòî ïîêà íåâîçìîæíî. Ïîýòîìó ìû áóäåì èñïîëüçîâàòüíåêîå óñðåäí¸ííîå òåïëîâîå ñîïðîòèâëåíèå äëÿ êàæäîãî èìïóëüñíîãî ðåæèìà,õàðàêòåðèçóåìîãî äëèòåëüíîñòüþ ðàäèîèìïóëüñà âîçáóæäåíèÿ tи è íåêîòîðîé ñêâàæíîñòüþ

îñíîâàííûé íà óïîìÿíóòîì âûøå âûäåëåíèè â ñòðóêòóðå òðàíçèñòîðà íåñêîëüêèõ çâåíüåâ,ñâÿçàííûõ ìåæäó ñîáîé îáùåé ýëåêòðè÷åñêîé è òåïëîâîé ýêâèâàëåíòíûìè ñõåìàìè.Îñîáûé èíòåðåñ ïðåäñòàâëÿåò ñàìûé íà÷àëüíûé ýòàï âîçíèêíîâåíèÿ íåóñòîé÷èâîñòè,êîòîðûé ìîæíî ñåáå ïðåäñòàâèòü êàê íàðàñòàþùåå óâåëè÷åíèå òåìïåðàòóðû âîòíîñèòåëüíî ìàëîé ïî ïëîùàäè ÷àñòè ñòðóêòóðû ïðèáîðà.

Äëÿ ñîâðåìåííîãî ìîùíîãî òðàíçèñòîðà õàðàêòåðíî èñïîëüçîâàíèå óçêèõ àêòèâíûõýëåìåíòîâ, îáðàçóþùèõ ÷åðåäóþùèåñÿ ñòðóêòóðû ýìèòòåðíûõ è áàçîâûõ ýëåêòðîäîâ.

Äëÿ êîíêðåòíîãî êðèñòàëëà áûëè èñïîëüçîâàíû ãåîìåòðè÷åñêèå ïàðàìåòðû,ïðåäñòàâëåííûå íà ðèñ. 2: ýëåìåíòàðíàÿ ÿ÷åéêà, ñîñòîÿùàÿ èç äâóõ ýìèòòåðíûõ è äâóõáàçîâûõ р+ ïîëîñîê (øèðèíîé 1 ìêì è äëèíîé 75 ìêì, øàã ìåæäó ñîñåäíèìè ýìèòòåðàìè7 ìêì), ðàçáèòà íà äâå ñåêöèè. Ñåêöèÿ 1 – íåáîëüøàÿ îáëàñòü â öåíòðå ýëåìåíòàðíîéÿ÷åéêè, îñòàëüíàÿ ÷àñòü – ñåêöèÿ 2. Ïðîòÿæ¸ííîñòü òðàíçèñòîðíîé ñòðóêòóðû, ñîñòîÿùåéèç ýëåìåíòàðíûõ ÿ÷ååê, 3000 ìêì. Íà îäíîì êðèñòàëëå ðàñïîëîæåíû äâå ñòðóêòóðû,ðàññòîÿíèå ìåæäó íèìè – 225 ìêì. Òîëùèíà êðèñòàëëà êðåìíèÿ h = 200 ìêì, óäåëüíàÿòåïëîïðîâîäíîñòü êðåìíèÿ 150 Âò/ì/Ê. Êàæäàÿ ýëåìåíòàðíàÿ ÿ÷åéêà ñíàáæåíàñïåöèàëüíûì ðåçèñòîðîì äëÿ ñòàáèëèçàöèè ðàñïðåäåëåíèÿ òîêà ïî ñòðóêòóðå âñåãîïðèáîðà.


Q. Â êà÷åñòâå òèïîâîãî èìïóëüñíîãî ðåæèìà âûáðàíû ïàðàìåòðû tи = 1 ìñ, q = 10.Èìåííî â ýòîì ðàéîíå íà÷èíàåò ïðîÿâëÿòü ñåáÿ ïðåäïîëàãàåìàÿ ðåæèìíàÿ íåóñòîé÷èâîñòüâ ïðàêòèêå ýêñïëóàòàöèè òðàíçèñòîðîâ òàêîãî êëàññà. Âî âñÿêîì ñëó÷àå, èìåííî â ýòèõðåæèìàõ èñïîëüçîâàíèÿ òðàíçèñòîðîâ ïðèõîäèòñÿ ñíèæàòü ïèòàþùåå íàïðÿæåíèå, ñíèæàòüâûõîäíóþ ìîùíîñòü è òîê ïîòðåáëåíèÿ, ÷òîáû âåðíóòüñÿ ê âûñîêèì ïîêàçàòåëÿìíàä¸æíîñòè.

Ñëîæíûì ìîìåíòîì ôîðìèðîâàíèÿ òåïëîâîé ýêâèâàëåíòíîé ñõåìû îêàçàëîñüââåäåíèå âçàèìíîãî òåïëîâîãî ñîïðîòèâëåíèÿ äëÿ êàæäîé ïàðû èç òð¸õ çâåíüåâ. Ýòàçàäà÷à îñòàëàñü íåðåø¸ííîé, ïîýòîìó ó÷¸ò âçàèìíîãî òåïëîâîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ðåàëèçîâàíëèøü äëÿ ìàëûõ çâåíüåâ 1 è 2 ïðè òîì, ÷òî è ýòîò ïàðàìåòð îöåí¸í ëèøü ïðèáëèæ¸ííî.Íåêîòîðûì îïðàâäàíèåì äëÿ òàêîãî, î÷åíü ïðèáëèæ¸ííîãî, îïèñàíèÿ òåïëîâîéýêâèâàëåíòíîé ñõåìû ìîæåò ñëóæèòü òîò ôàêò, ÷òî ó÷¸ò âçàèìíîãî òåïëîâîãîñîïðîòèâëåíèÿ â ïðèíöèïå ïîâûøàåò óñòîé÷èâîñòü ñèñòåìû. Ñ ýòîé òî÷êè çðåíèÿ ìû âïîèñêàõ íåóñòîé÷èâîñòè áóäåì êàæäûé ðàç âîçâðàùàòüñÿ ê ïðîñòåéøåé ìîäåëè áåçó÷¸òà âçàèìíûõ òåïëîâûõ ñîïðîòèâëåíèé.

Ñ ó÷¸òîì âñåõ íàçâàííûõ äîïóùåíèé áóäåì èñïîëüçîâàòü äâå òåïëîâûå ñõåìû,ïîêàçàííûå íà ðèñóíêàõ 3à è 3á. Ïåðâàÿ èç íèõ îòðàæàåò ïðèáëèæåíèå ê ðåàëüíîéñèòóàöèè ñ âçàèìîäåéñòâóþùèìè òåïëîâûìè ïîòîêàìè, âòîðàÿ ÿâëÿåòñÿ ïðîñòåéøèìíàèáîëåå íåáëàãîïðèÿòíûì ñ òî÷êè çðåíèÿ óñòîé÷èâîñòè ïðèáëèæåíèåì.

Ïàðàìåòðû ïåðâîé ìîäåëè: Rt1 = 2025 Ê/Âò, Rt2 = 225 K/Âò, Rt3 = 1,14 K/Âò,Rt12 = 225 K/Âò.

Ïàðàìåòðû âòîðîé ìîäåëè: Rt1 = 4275 Ê/Âò, Rt2 = 475 K/Âò, Rt3 = 1,14 K/Âò,Rt12 = 0.

Prs1 Prs2 Prs3 Prs1 Prs2 Prs3

T1 T2 T3 T1 T2 T3

Rt1 Rt2 Rt3

Rt1 Rt2 Rt3

Rt12

T0 T0

а) б)

Рис. 3Тепловая эквивалентная схема

Îòäåëüíûé âîïðîñ ê ðàñ÷¸òíîé ìîäåëè ñâÿçàí ñ âîçìîæíûì ó÷¸òîì òåìïåðàòóðíîéçàâèñèìîñòè ðÿäà ïàðàìåòðîâ. Ãëàâíûì òåìïåðàòóðíîçàâèñèìûì ïàðàìåòðîì â ðàìêàõèññëåäóåìîãî ìåõàíèçìà íåóñòîé÷èâîñòè îêàçûâàåòñÿ îáðàòíûé òîê ýìèòòåðíîãî ïåðåõîäà.Ýòà çàâèñèìîñòü ïðèíèìàåòñÿ ýêñïîòåíöèàëüíîé:

Ies = ies0*exp(ut0/ut),ãäå ies0 – çíà÷åíèå ies ïðè íîðìàëüíîé òåìïåðàòóðå Т0 = 300 Ê (27

îÑ); ut0 = k*T0/q =0,026 Â; ut = k*T/q = 6,33e-5*T; T – àáñîëþòíàÿ òåìïåðàòóðà ïåðåõîäà ñîîòâåòñòâóþùåãîçâåíà.


Ýêñïåðèìåíòàëüíîå îïðåäåëåíèå ies0 ñîñòîèò â òîì, ÷òî èçìåðÿåòñÿ îáðàòíûé òîêýìèòòåðíîãî ïåðåõîäà â äèàïàçîíå âûñîêèõ òåìïåðàòóð (äî 300 îÑ) è îáðàáàòûâàåòñÿòîò ó÷àñòîê çàâèñèìîñòè, êîòîðûé óêëàäûâàåòñÿ íà ýêñïîíåíòó.

Äðóãèå çàâèñèìîñòè ïðèíÿòû â ñëåäóþùåì âèäå:fгрt = fgr0*(T/T0)^mf;iкрt = ikr0*(T/T0)^mi;rbt = rb0*(1+kb*(T-T0)),

ãäå mf = -0,604; mi = -0,73; kb = 50 1/K.Â ðÿäå ñëó÷àåâ äëÿ ïîâåäåí÷åñêèõ îöåíîê ýòè çàâèñèìîñòè áóäóò èñêëþ÷àòüñÿ,

ïðè ýòîì äîñòàòî÷íî ïðèíÿòü mf = mi = kb = 0.Анализ тепловой режимной неустойчивости транзистора в динамическомгенераторном режиме

Â ïðèíÿòîé ìîäåëè òðàíçèñòîðà èñêëþ÷åíû âñå ñòðóêòóðíûå íåîäíîðîäíîñòè,ïîýòîìó çàðàíåå ìîæíî ïðåäñêàçàòü, ÷òî ðåçóëüòàòû àíàëèçà âíå çàâèñèìîñòè îòêîëè÷åñòâà èòåðàöèé è âíå çàâèñèìîñòè îò òîãî, âûïîëíÿþòñÿ èëè íå âûïîëíÿþòñÿóñëîâèÿ óñòîé÷èâîñòè, áóäóò äàâàòü ðàâíîìåðíîå óñòîé÷èâîå ðàñïðåäåëåíèå òåìïåðàòóðûè ðåæèìíûõ ïàðàìåòðîâ ïî âûäåëåííûì çâåíüÿì ñòðóêòóðû. Ýòî óäîáíî ñ ðàñ÷¸òíîéòî÷êè çðåíèÿ, îäíàêî íà ïðàêòèêå ëþáûå íåèçáåæíûå íåîäíîðîäíîñòè ÿâëÿþòñÿèñòî÷íèêîì ðàçâèòèÿ ïðîöåññà, åñëè íàðóøåí êðèòåðèé óñòîé÷èâîñòè. Ðàçíèöà áóäåòëèøü âî âðåìåíè ðàçâèòèÿ ïðîöåññà.

Â óñëîâèÿõ ìàøèííîãî ýêñïåðèìåíòà òðåáóåòñÿ èñêóññòâåííàÿ àêòèâèçàöèÿ ïðîöåññàíåóñòîé÷èâîñòè, åñëè ïîòåíöèàëüíàÿ íåóñòîé÷èâîñòü èìååò ìåñòî. Ýôôåêòèâíûì ñïîñîáîìàêòèâèçàöèè ÿâëÿåòñÿ àïðèîðíîå çàäàíèå íåðàâíîìåðíîãî íà÷àëüíîãî ðàñïðåäåëåíèÿòåìïåðàòóðû äëÿ âûäåëåííûõ çâåíüåâ ñòðóêòóðû.

Àëãîðèòì àíàëèçà âêëþ÷àåò ðÿä ïîñëåäîâàòåëüíûõ èòåðàöèé. Ïåðâàÿ èòåðàöèÿïðîâîäèòñÿ ïðè èñõîäíî çàäàííûõ òåìïåðàòóðàõ âñåõ òð¸õ ñåêöèé Ò1, Ò2 è Ò3. Â õîäåýòîé ÷àñòè àíàëèçà âû÷èñëÿþòñÿ óñòàíîâèâøèåñÿ (â îòíîøåíèè ÑÂ× ïåðåõîäíîãî ïðîöåññà)ïîñòîÿííûå è ïåðåìåííûå òîêè âî âñåõ öåïÿõ ýëåêòðè÷åñêîé ìîäåëè, âû÷èñëÿþòñÿ íåòîëüêî èíòåãðàëüíûå ýêñïëóàòàöèîííûå ïàðàìåòðû óñèëèòåëüíîãî êàñêàäà, íî èèíäèâèäóàëüíûå ìîùíîñòè ðàññåÿíèÿ â êàæäîì èç òð¸õ çâåíüåâ. Òåïåðü, ïîëüçóÿñüòåïëîâîé ýêâèâàëåíòíîé ñõåìîé, âû÷èñëÿåì íîâûå òåìïåðàòóðû òð¸õ çâåíüåâ ñ ó÷¸òîìñàìîðàçîãðåâà. Ýòî ñîçäà¸ò óñëîâèÿ äëÿ ïðîâåäåíèÿ âòîðîé èòåðàöèè óæå ñ íîâûìèçíà÷åíèÿìè ïîëó÷åííûõ òåìïåðàòóð.

Òàêèå èòåðàöèè ïîâòîðÿþòñÿ ñòîëüêî ðàç, ñêîëüêî íåîáõîäèìî äëÿ äîñòèæåíèÿóñòàíîâèâøåãîñÿ òåïëîâîãî ðåæèìà. Åñëè âûïîëíåíî óñëîâèå óñòîé÷èâîñòè, òî ïðîöåññäâèæåòñÿ â ñòîðîíó âûðàâíèâàíèÿ òåìïåðàòóð çâåíüåâ ïðè óñëîâèè, ÷òî èñõîäíî îíèáûëè çàäàíû ðàçíûìè. Â ïðîòèâíîì ñëó÷àå èñõîäíàÿ íåðàâíîìåðíîñòü òåìïåðàòóðïðè ïîñëåäîâàòåëüíûõ èòåðàöèÿõ óâåëè÷èâàåòñÿ ñ íàðàñòàþùåé ñêîðîñòüþ.

Â íàøåé ïðàêòèêå êîëè÷åñòâî èòåðàöèé äëÿ êâàëèôèêàöèè ðåæèìà êàê óñòîé÷èâîãîèëè íåóñòîé÷èâîãî ñîñòàâëÿëî îò 4 äî 15. Äëÿ ýêîíîìèè âðåìåíè ñ÷¸òà çíà÷åíèÿ âñåõýëåêòðè÷åñêèõ ïåðåìåííûõ ïîñëå çàâåðøåíèÿ êàæäîé èòåðàöèè çàïîìèíàëèñü ñ òåì,÷òîáû èñïîëüçîâàòü èõ â êà÷åñòâå íà÷àëüíûõ óñëîâèé äëÿ ðåøåíèÿ ñèñòåìûäèôôåðåíöèàëüíûõ óðàâíåíèé ïðè ïåðåõîäå ê ñëåäóþùåé èòåðàöèè.

Îïèñûâàåìûé àëãîðèòì èñïîëüçóåò óæå óïîìÿíóòîå âûøå âàæíåéøåå óïðîùàþùååäîïóùåíèå î òîì, ÷òî ìåæäó èòåðàöèÿìè òåïëîâîé ïåðåõîäíûé ïðîöåññ çàâåðøàåòñÿîäíîòèïíûì îáðàçîì â ñîîòâåòñòâèè ñ ïðèíÿòûì ðàäèîèìïóëüñíûì ðåæèìîì ðàáîòûóñèëèòåëüíîãî êàñêàäà. Íà ñàìîì äåëå ïåðâûå èòåðàöèè ñîîòâåòñòâóþò äîëå äëèòåëüíîñòè


ðàäèîèìïóëüñà, ïîýòîìó òåïëîâîé ýôôåêò äîëæåí áûòü ñëàáåå. Òåïëîâîé ýôôåêòïðèáëèæàåòñÿ ê èñïîëüçóåìîé êîëè÷åñòâåííîé îöåíêå ëèøü íà äîñòàòî÷íî äàëåêèõèòåðàöèÿõ. Âàæíî òî, ÷òî ïðèíÿòûå äëÿ îöåíêè òåïëîâûå ïàðàìåòðû íå ìîãóò áûòüïðåâûøåíû.

Òàêèì îáðàçîì, îïèñàííûé àëãîðèòì îáåñïå÷èâàåò ðàñ÷¸òíóþ ðåàëèçóåìîñòü îöåíêèïîòåíöèàëüíîé íåóñòîé÷èâîñòè, îäíàêî ïðè ýòîì âîçíèêàåò ïîãðåøíîñòü, êîòîðàÿ íîñèòîäíîñòîðîííèé õàðàêòåð óæåñòî÷åíèÿ îöåíèâàåìîé íåóñòîé÷èâîñòè.

Результаты анализаÂ íàñòîÿùåé ðàáîòå èñïîëüçîâàí öåëûé ðÿä óïðîùàþùèõ äîïóùåíèé, ïîýòîìó

öåëüþ ìîäåëüíîãî àíàëèçà ÿâëÿþòñÿ íå ñòîëüêî îïðåäåëåíèå êîëè÷åñòâåííûõ êðèòåðèåâïîòåðè ðåæèìíîé òåïëîâîé óñòîé÷èâîñòè òðàíçèñòîðíîãî óñèëèòåëüíîãî êàñêàäà, íîâûÿñíåíèå ôèçè÷åñêîãî ìåõàíèçìà èññëåäóåìîãî ÿâëåíèÿ è âûÿâëåíèå ôàêòîðîâ åãîïîäàâëÿþùèõ è åãî àêòèâèçèðóþùèõ.

1. Ðàññìîòðèì óñòîé÷èâîñòü òèïîâîé ìîäåëè (è ýëåêòðè÷åñêîé, è òåïëîâîé) âòèïîâîì èìïóëüñíîì ðåæèìå (tи = 1 ìñ, Q = 10).

Äëÿ âûÿâëåíèÿ âîçìîæíîé íåóñòîé÷èâîñòè çàäàäèì èñõîäíóþ òåìïåðàòóðó ñåêöèè1 Т1 = 380 Ê (107

îÑ), à Т2 = Т3 = 346 Ê (73 îÑ).

Ïîñëåäîâàòåëüíîå èçìåíåíèå âñåõ òð¸õ òåìïåðàòóð âñåãî çà 4 èòåðàöèè ïðèâîäèòèõ ê åäèíîé óñòàíîâèâøåéñÿ âåëè÷èíå 447 Ê (174 îÑ).

Ôèíàëüíûå ýíåðãåòè÷åñêèå ïàðàìåòðû íà ÷àñòîòå 1,5 ÃÃö : Рвых = 137 Âò, ÊÏÄ =50 %, òîê ïîòðåáëåíèÿ 6,1 À. Ýòè äàííûå ìîæíî ñîïîñòàâèòü ñ òåìè, êîòîðûå áûëèïðèâåäåíû ðàíåå äëÿ êîðîòêîèìïóëüñíîãî ðåæèìà (ïðè îòñóòñòâèè ñàìîðàçîãðåâà). Êàêâèäíî, ñíèæåíèå ìîùíîñòè è ÊÏÄ èìååò ìåñòî, íî îíî íå ñëèøêîì âåëèêî. Ýòîò ôàêòñîîòâåòñòâóåò ðåçóëüòàòàì ýêñïåðèìåíòàëüíîãî èññëåäîâàíèÿ ïàðàìåòðîâ òðàíçèñòîðàâ òåñòîâîì óñèëèòåëå ìîùíîñòè â äèàïàçîíå ðàáî÷èõ òåìïåðàòóð.

Âàæíî îòìåòèòü, ÷òî ïðè âñåõ ïðèçíàêàõ óñòîé÷èâîñòè ðàáî÷àÿ òåìïåðàòóðààêòèâíîé îáëàñòè ñòðóêòóðû îêàçûâàåòñÿ äîñòàòî÷íî âûñîêîé. Ñ ó÷¸òîì äðóãèõ èñòî÷íèêîââîçìîæíîé äåãðàäàöèè òðàíçèñòîðíîé ñòðóêòóðû òàêîé ðåæèì âðÿä ëè ìîæåò áûòüïðèçíàí ïðèåìëåìûì äëÿ ýêñïëóàòàöèè. Îäíàêî ýòè ïðîáëåìû íàä¸æíîñòè äîëæíûðåøàòüñÿ ñàìîñòîÿòåëüíî.

Âîçâðàùàÿñü ê ïðîáëåìå óñòîé÷èâîñòè, íåîáõîäèìî îòâåòèòü íà âîïðîñ, êàêîâçàïàñ óñòîé÷èâîñòè. Áûëè ðàññìîòðåíû ïî îòäåëüíîñòè ñëåäóþùèå óæåñòî÷àþùèå ôàêòîðû:

– èñêëþ÷åíèå âçàèìíîãî òåïëîâîãî ñîïðîòèâëåíèÿ. Òåïëîâàÿ ìîäåëü çàìåíåíà íàóïðîù¸ííóþ (ðèñ. 3á). Ðåçóëüòàòû îñòàëèñü òåìè æå, ëèøü íåñêîëüêî óâåëè÷èëîñüâðåìÿ âûõîäà íà óñòàíîâèâøèéñÿ ðåæèì;

– âîçâðàò ê òèïîâîé ìîäåëè, îäíàêî ïàðàìåòð ies0 óâåëè÷åí ñ 2.10-11 À íà ïîðÿäîê

äî 2.10-10 À. Â ðåçóëüòàòå óñòàíàâëèâàåòñÿ ðàâíîìåðíûé ðåæèì ðàáîòû;– ïîñëå âîçâðàòà ê òèïîâîé ìîäåëè ââåä¸í òðåòèé ôàêòîð: èñêëþ÷åíû òåìïåðàòóðíûå

çàâèñèìîñòè ïàðàìåòðîâ fгр, iкр, rb. Ðåçóëüòàò îïÿòü ñîîòâåòñòâóåò ðàâíîìåðíîìóóñòàíîâèâøåìóñÿ ðàñïðåäåëåíèþ òåìïåðàòóðû;

– ïîïàðíîå ââåäåíèå ïåðå÷èñëåííûõ ôàêòîðîâ òàêæå íå âûçûâàåò íåóñòîé÷èâîñòü.2. Êëþ÷åâîé ýêñïåðèìåíò ñâÿçàí ñ ââåäåíèåì â ìîäåëü âñåõ òð¸õ ôàêòîðîâ

îäíîâðåìåííî. Ýòî ïðèâåëî, íàêîíåö, ê âîçíèêíîâåíèþ òåïëîâîé ðåæèìíîéíåóñòîé÷èâîñòè. Ýòî âèäíî íà ðèñ. 4, ãäå ïî îñè îðäèíàò îòëîæåíà òåìïåðàòóðààêòèâíîé ÷àñòè èññëåäóåìûõ çâåíüåâ, à ïî îñè àáñöèññ îòëîæåíî êîëè÷åñòâî èòåðàöèé.Âèäíî íàðàñòàþùåå óâåëè÷åíèå òåìïåðàòóðû çâåíà 1. Î÷åíü õàðàêòåðíûé ýôôåêòñîñòîèò â òîì, ÷òî íàðàñòàíèå òåìïåðàòóðû çâåíà 1 ñîïðîâîæäàåòñÿ íåêîòîðûì


îõëàæäåíèåì ñîñåäíåãî çâåíà 2, ÷òî ãîâîðèò î ïåðåðàñïðåäåëåíèè òîêà ìåæäó íèìè âïðîöåññå «øíóðîâàíèÿ».

Т,С300

250

200

150

1001 2 3 4 5 6

№ итераций

Т1Т2Т3

Рис. 4Развитие неустойчивости в ходе последовательных итераций

3 . Ïîëó÷åííûé ýôôåêòòåìïåðàòóðíîé ðåæèìíîéíåóñòîé÷èâîñòè ïîçâîëÿåò îòâåòèòüíà ïðàêòè÷åñêèé âîïðîñ, êàêîâàêîëè÷åñòâåííàÿ ðîëüñòàáèëèçèðóþùèõ ýìèòòåðíûõðåçèñòîðîâ â îáåñïå÷åíèèóñòîé÷èâîñòè èññëåäóåìîãî òèïà.Òàêîé îáîáù¸ííûé âîïðîñ óìåñòåí,ïîñêîëüêó òåïëîâàÿ ýêâèâàëåíòíàÿñõåìà óæå óïðîùåíà äî íåçàâèñèìûõòåïëîâûõ ñîïðîòèâëåíèé âñåõçâåíüåâ.

Èñïîëüçóåì íåêèé óñëîâíûéêîýôôèöèåíò ñòàáèëèçàöèè çâåíüåâ

1 è 2 кiе, ñäåëàâ ïàðàìåòðû re1 è re2 óñëîâíî âàðüèðóåìûìè. Åñëè èíòåãðàëüíîåñîïðîòèâëåíèå re äëÿ ïîëíîé ñòðóêòóðû ñîîòâåòñòâóåò íåêîòîðîìó èñõîäíîìó ðåàëüíîìóêîýôôèöèåíòó ñòàáèëèçàöèè, òî âíîâü ââåä¸ííûé óñëîâíûé êîýôôèöèåíò ïîêàçûâàåòñîîòíîøåíèå ñòåïåíè ñòàáèëèçàöèè çâåíüåâ 1 è 2 ê ñòåïåíè ñòàáèëèçàöèè ïîëíîéñòðóêòóðû. Ïðîèçâîëüíîå ââåäåíèå ðàçäåëüíûõ ñòàáèëèçèðóþùèõ ðåçèñòîðîâ â çâåíüÿ1 è 2 äîëæíî êàæäûé ðàç ñîïðîâîæäàòüñÿ ââåäåíèåì îáùåãî áàëëàñòíîãî ðåçèñòîðàre12, êîòîðûé âîññòàíàâëèâàåò ñòàòóñ ýòèõ äâóõ çâåíüåâ â ìàññèâå èõ ñîñåäåé. Ïðèàïðèîðíî çàäàííîì кiе

re3 = re*m/(m-1); re1 = m/k*kie*re; re2 = m/(1-k)*kie*re; re12 = m*(1-kie)*re.Âàðèàíò кiе = 1 ñîîòâåòñòâóåò åäèíîé ñòåïåíè ñòàáèëèçàöèè âñåõ çâåíüåâ. Â

òèïîâîì àíàëèçèðóåìîì ðåæèìå кiе = 10-4.

Âîçâðàùàÿñü ê ïðåäûäóùåìó ïðèìåðó, áóäåì èñêàòü çíà÷åíèå кiе, ñîîòâåòñòâóþùååãðàíèöå óñòîé÷èâîãî ðåæèìà. Ñ ðàñ÷¸òíîé òî÷êè çðåíèÿ ýòî îêàçàëîñü äîñòàòî÷íîòðóäî¸ìêîé îïåðàöèåé, ïîñêîëüêó âáëèçè ãðàíèöû è ñ îäíîé, è ñ äðóãîé ñòîðîíûêîëè÷åñòâî íåîáõîäèìûõ èòåðàöèé äëÿ êàæäîé òåìïåðàòóðíîé ñèòóàöèè çàìåòíîâîçðàñòàåò.

Â ðåçóëüòàòå àíàëèçà îêàçàëîñü, ÷òî ãðàíè÷íîå çíà÷åíèå óñëîâíîãî êîýôôèöèåíòàñòàáèëèçàöèè äëÿ òèïîâîãî âàðèàíòà ñîñòàâèëî кiе_гран = 4,5

.10-2. Ýòîò ðåçóëüòàò îçíà÷àåò,÷òî èçáðàííîå äëÿ òèïîâîãî ïðèìåðà çíà÷åíèå èíòåãðàëüíîãî re çàâûøåíî áîëåå ÷åì â20 ðàç ïî îòíîøåíèþ ê ãðàíè÷íîìó çíà÷åíèþ è ýòî ïðè òîì, ÷òî áûëè ââåäåíû òðèñóùåñòâåííûõ ôàêòîðà àêòèâèçàöèè íåóñòîé÷èâîñòè.

4. Ñ ïîçèöèé ïðåäûäóùåãî ïàðàãðàôà áûëà èññëåäîâàíà «öåíà» èñêóññòâåííîãîóâåëè÷åíèÿ ies åù¸ íà ïîðÿäîê (ies = 2

.10-9). Ïðè ýòîì ãðàíèöà ñäâèíóëàñü ïî÷òè âäâîå:kiе_гран = 8

.10-2.5. Èññëåäîâàíà «öåíà» óòðèðîâàííîãî óâåëè÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ fгр, iкр, ïðè ýòîì

âåëè÷èíà ies âîçâðàùåíà ê òèïîâîìó çíà÷åíèþ. Îöåíêà ãðàíèöû óñòîé÷èâîñòè îñòàëàñüïî÷òè íåèçìåííîé кiе_гран = 4

.10-2. Ýòîò ðåçóëüòàò ñîîòâåòñòâóåò îæèäàíèÿì.6. Ïîñëåäíèé âîïðîñ ñâÿçàí ñ «öåíîé» ïîâûøåíèÿ òåïëîâîãî ñîïðîòèâëåíèÿ íà

20 %, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò ïåðåõîäó íà áîëüøóþ äëèòåëüíîñòü ðàäèîèìïóëüñà. Ãðàíè÷íîåçíà÷åíèå ñîñòàâèëî kiе_гран = 8

.10-2.


ЗаключениеÈñïîëüçîâàííûé ìåòîä èòåðàöèé äëÿ îöåíêè óñòîé÷èâîñòè èëè íåóñòîé÷èâîñòè

ðàñïðåäåëåíèÿ òåìïåðàòóðû è ðåæèìíûõ ïàðàìåòðîâ ïî ïëîùàäè òðàíçèñòîðíîé ñòðóêòóðûïðåäñòàâëÿåòñÿ êîððåêòíûì ïðèìåíèòåëüíî ê íåïðåðûâíîìó ðåæèìó âîçáóæäåíèÿòðàíçèñòîðà. Òîò æå ìåòîä èñïîëüçîâàí äëÿ àíàëèçà èìïóëüñíîãî ðåæèìà âîçáóæäåíèÿñ òîé òîëüêî ðàçíèöåé, ÷òî òåïëîâîå ñîïðîòèâëåíèå äëÿ íåïðåðûâíîãî ðåæèìà çàìåíåíîíà òàê íàçûâàåìîå èìïóëüñíîå òåïëîâîå ñîïðîòèâëåíèå. Òàêîé ïîäõîä ïðåäïîëàãàåò,÷òî ïðîöåññ íåóñòîé÷èâîñòè ÿâíûì îáðàçîì ïðîÿâèò ñåáÿ çà âðåìÿ îäíîãî èìïóëüñà.Íà ñàìîì äåëå ýòî ïðîèñõîäèò ãîðàçäî ñëîæíåå è ìíîãîîáðàçíåå.

Îïðàâäàíèåì äëÿ ïðåäñòàâëåííûõ îöåíîê ïðèìåíèòåëüíî ê èìïóëüñíûì ðåæèìàìðàáîòû òðàíçèñòîðà ñëóæèò òî îáñòîÿòåëüñòâî, ÷òî èñïîëüçîâàííûé ìåòîä äà¸ò çàâåäîìîçàíèæåííóþ îöåíêó óñòîé÷èâîñòè. Â òîì æå íàïðàâëåíèè çàíèæåíèÿ óñòîé÷èâîñòèïðèõîäèòñÿ èñïîëüçîâàòü è ðÿä äðóãèõ óïðîùàþùèõ äîïóùåíèé.

Ïðè âñåõ îãîâîðêàõ ãðàíèöà íåóñòîé÷èâîñòè è ãëàâíûé ôàêòîð ñòàáèëèçàöèè –ââåäåíèå â ñòðóêòóðó òðàíçèñòîðà ðàñïðåäåë¸ííûõ ðåçèñòîðîâ â ýìèòòåðíîé öåïèîêàçûâàåòñÿ â ÿâíîì ïðîòèâîðå÷èè ñ ðåçóëüòàòàìè ìîäåëèðîâàíèÿ.

Îñíîâûâàÿñü íà ðåçóëüòàòàõ ïðåäñòàâëåííûõ îöåíîê, ìîæíî áûëî áû ñäåëàòüâûâîä î âîçìîæíîñòè ñóùåñòâåííîé êîððåêöèè êîíñòðóêöèè ïðèáîðà çà ñ÷¸ò ñíèæåíèÿóðîâíÿ ñòàáèëèçàöèè. Îäíàêî èìååòñÿ ìíîãîëåòíèé îïûò ïðîåêòèðîâàíèÿ òðàíçèñòîðîâñî ñòàáèëèçèðóþùèìè ðåçèñòîðàìè è èìååòñÿ èíôîðìàöèÿ î âîçðàñòàíèè êîëè÷åñòâàîòêàçîâ â ïàðòèÿõ òðàíçèñòîðîâ ñî ñëó÷àéíî ïîíèæåííûì (â 1,5-2 ðàçà) çíà÷åíèåìèíòåãðàëüíîãî re. Ê ñîæàëåíèþ, ýòà èíôîðìàöèÿ íå íàõîäèò ïðîòîêîëüíîãî ïîäòâåðæäåíèÿ.

Â ñëîæèâøåéñÿ ñèòóàöèè, ïî-âèäèìîìó, ñëåäóåò ïðîäîëæèòü èññëåäîâàíèÿ â ïîèñêàõèíîãî ìåõàíèçìà íåóñòîé÷èâîñòè, ïîäàâëÿåìîãî ðàñïðåäåë¸ííûìè ýìèòòåðíûìèðåçèñòîðàìè, ëèáî ïåðåñìîòðåòü ñëîæèâøóþñÿ ïðàêòèêó, ñîáðàâ ïðè ýòîì íåîáõîäèìîåýêñïåðèìåíòàëüíîå ïîäòâåðæäåíèå.

Литература1. В. Ф. Синкевич. Физические основы обеспечения надёжности мощных СВЧ транзисторов //

Электронная промышленность. – 2003. – Вып. 2. – С. 232-242.2. Н. А. Козлов, В. Ф. Синкевич. Кинетика теплового расслоения тока в статическом и импульсных

режимах работы мощных транзисторов // Электронная техника. Серия 2. Полупроводниковые приборы. –1984. – Вып. 2(168). – С. 35-44.

3. В. Л. Аронов, А. А. Евстигнеев. Транзисторный широкополосный мощный СВЧ усилитель //Электронная техника. Серия 2. Полупроводниковые приборы. – 2007. – Вып. 1. – С. 46-55.

4. В. Л. Аронов, А. А. Евстигнеев. Моделирование мощного биполярного СВЧ транзистора вусилительном режиме с учётом квазинасыщения // Электронная техника. Серия 2. Полупроводниковые приборы.– 2005. – Вып. 1-2. – С. 24-33.

5. В. Л. Аронов, А. А. Евстигнеев. Синтез широкополосных мощных СВЧ транзисторных каскадов,работающих в нелинейном режиме // Электронная техника. Серия 2. Полупроводниковые приборы. – 2005. –Вып. 1-2. – С. 3-12.

6. А. Л. Захаров, Е. И. Асвадурова. Расчёт тепловых параметров полупроводниковых приборов. Методэквивалентов // М.: Радио и связь. – 1983. – С. 184.


Метод снижения вероятности электрического пробоя GaN СВЧ транзисторовпри работе в режиме максимальной выходной мощности

УДК 621.382.015.5

Глыбин А. А., Синкевич В. Ф., Курмачёв В. А.

ВведениеÎäíî èç îñíîâíûõ ïðåèìóùåñòâ ÑÂ× òðàíçèñòîðîâ íà ãåòåðîñòðóêòóðàõ GaN –

áîëåå âûñîêîå ïî ñðàâíåíèþ ñ ÑÂ× òðàíçèñòîðàìè íà àðñåíèäå ãàëëèÿ ðàáî÷ååíàïðÿæåíèå ìåæäó èñòîêîì è ñòîêîì (ðèñ. 1) [1-6].

Показано, что для снижения вероятности электрического пробоя GaN СВЧ транзисторовнеобходимо, чтобы модулятор, формирующий напряжение на стоке СВЧ транзистора, выключалсяраньше окончания СВЧ импульса. Это позволяет обеспечить безотказную работу транзисторов3ПШ987В при повышенном напряжении стока 40 В в режиме максимальной выходной мощности.

Pвых , Вт120

100

80

60

40

20

00 5 10 15 20 25

Рвх , Вт

123

Рис. 1Зависимости выходной импульсной мощности Рвых GaN транзисторов от

входной мощности Рвх при различных напряжениях питания Uпит:1– 24 В; 2 – 30 В; 3 – 40 В (имп = 20 мкс; Q = 10)

Областьлокальных

разрушений

Âûñîêîå íàïðÿæåíèå íà ñòîêå ïîçâîëÿåòïîâûñèòü âûõîäíóþ ÑÂ× ìîùíîñòüòðàíçèñòîðîâ íà GаN äî ìàêñèìàëüíîãî óðîâíÿ~ 9,5 Âò íà ìì äëèíû çàòâîðà. Ïîâûøåíèåðàáî÷åãî íàïðÿæåíèÿ Uпит [7] îãðàíè÷åíîâîçíèêíîâåíèåì èíæåêöèîííîãî èëè òåïëîâîãîïðîáîÿ òðàíçèñòîðîâ íà GаN. Ïðîáîéñîïðîâîæäàåòñÿ øíóðîâàíèåì òîêà èíåîáðàòèìûìè ðàçðóøåíèÿìè (îïëàâëåíèåììåòàëëèçàöèè) â ëîêàëüíîé îáëàñòè ñòðóêòóðûÑÂ× òðàíçèñòîðà íà GаN (ðèñ. 2). Â ñâÿçè ñýòèì âîçíèêëà íåîáõîäèìîñòü ïîèñêà ìåòîäà,ïîçâîëÿþùåãî óìåíüøèòü âåðîÿòíîñòü

Рис. 2Разрушение структуры СВЧ

транзистора в результате пробоя

âîçíèêíîâåíèÿ ïðîáîÿ GаN ÑÂ× òðàíçèñòîðîâ ïðè ðàáîòå â ðåæèìå ìàêñèìàëüíîéâûõîäíîé ìîùíîñòè ïðè ïîâûøåííîì ðàáî÷åì íàïðÿæåíèè Uпит.


Основные экспериментальные результатыÓñòàíîâëåíî, ÷òî äëÿ îáåñïå÷åíèÿ íàä¸æíîé ðàáîòû òâåðäîòåëüíîãî óñèëèòåëÿ

ìîùíîñòè íà GaN ÑÂ× òðàíçèñòîðàõ 3ÏØ987Â âàæíåéøåå çíà÷åíèå èìååò ðàññòàíîâêàèìïóëüñîâ óïðàâëåíèÿ âî âðåìåííîé äèàãðàììå óïðàâëÿþùèõ íàïðÿæåíèé îòíîñèòåëüíîèìïóëüñíîãî ÑÂ× ñèãíàëà. Íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ ñòîêà ÑÂ× òðàíçèñòîðà Uc,ñôîðìèðîâàííîå ìîäóëÿòîðîì, ñóùåñòâåííî èçìåíÿåòñÿ ïðè ïðîõîæäåíèè èìïóëüñíîãîÑÂ× ñèãíàëà (íàïðÿæåíèå ïðîäåòåêòèðîâàííîãî ñèãíàëà Uд). Êàê ïîêàçàëè èçìåðåíèÿ,èìåþò ìåñòî âûáðîñû íàïðÿæåíèÿ Uc, âîçíèêàþùèå ïðè ïðîõîæäåíèè èìïóëüñíîãîÑÂ× ñèãíàëà. Ýòî ñâèäåòåëüñòâóåò îá èíäóêòèâíîì õàðàêòåðå èìïåäàíñà öåïè ïèòàíèÿÑÂ× òðàíçèñòîðà íà íèçêèõ ÷àñòîòàõ è îáóñëîâëåíî òåì, ÷òî èç-çà ðàçìåùåíèÿ ðàäèàòîðàíåïîñðåäñòâåííî ïîä ÑÂ× òðàíçèñòîðîì äëèíà ïðîâîäîâ, ñâÿçûâàþùèõ ñòîê ÑÂ×òðàíçèñòîðà ñ ìîäóëÿòîðîì, ñîñòàâëÿåò ~ 100-150 ìì, ÷òî îáåñïå÷èâàåò çàìåòíóþèíäóêòèâíîñòü â óêàçàííîé öåïè. Îñîáóþ îïàñíîñòü ïðåäñòàâëÿþò âûáðîñû íà çàäíåìôðîíòå ÑÂ× ñèãíàëà, âåëè÷èíà êîòîðûõ ñîñòàâëÿåò îêîëî 40 Â, à äëèòåëüíîñòü ïîðÿäêàäîëåé ìêñ (ðèñ. 3).

80,0

UC , В

60,0

40,0

20,0

0,0

1

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,80

200

400

600

UД , мВ

800

2

t, мкс

Рис. 3Эпюры напряжения на стоке СВЧ транзистора при прохождении

импульсного СВЧ сигнала:1 – напряжение на стоке СВЧ транзистора UC ; 2 – напряжение

продетектированного импульсного СВЧ сигнала UД

Â ýòèõ óñëîâèÿõ åñëèàìïëèòóäà âûáðîñà íàïðÿæåíèÿíà ñòîêå òðàíçèñòîðà ïðåâûñèòçíà÷åíèå íàïðÿæåíèÿèíæåêöèîííîãî èçîòåðìè÷åñêîãîïðîáîÿ Uпр [7], òî çà âðåìÿ~ 0,5-1 íñ òðàíçèñòîð ïåðåéäåòâ ñîñòîÿíèå ñ óçêèì (~ 1 ìêìâ äèàìåòðå) øíóðîì òîêà. Åñëèäëèòåëüíîñòü ïåðåíàïðÿæåíèÿäîñòàòî÷íà äëÿ ñèëüíîãîëîêàëüíîãî ðàçîãðåâà â îáëàñòèøíóðà èíæåêöèîííîãî òîêà,ïðîòåêàþùåãî ÷åðåç áóôåðíûéñëîé îò ñòîêà ê èñòîêó, òîâîçíèêàþò ëîêàëüíûåðàçðóøåíèÿ ñòðóêòóðûòðàíçèñòîðà (îïëàâëåíèå

ìåòàëëèçàöèè è ò. ä.) è ñîîòâåòñòâåííî äåãðàäàöèÿ åãî õàðàêòåðèñòèê. Ïðè÷èíà ýòèõðàçðóøåíèé ñâÿçàíà ñ áîëüøèìè ãðàäèåíòàìè òåìïåðàòóðû è ñîîòâåòñòâåííîìåõàíè÷åñêèìè íàïðÿæåíèÿìè, êîòîðûå âîçíèêàþò â îáëàñòè ëîêàëèçàöèè óçêîãî øíóðàòîêà. Ëîêàëüíûå íåîáðàòèìûå èçìåíåíèÿ ìîãóò íàêàïëèâàòüñÿ íà ïðîòÿæåíèè äëèòåëüíîãîâðåìåíè çà ñ÷¸ò ðàçâèòèÿ óñòàëîñòíûõ ïðîöåññîâ. Â îïðåäåë¸ííûõ óñëîâèÿõ íàñòóïàåòïîëíûé êàòàñòðîôè÷åñêèé îòêàç òðàíçèñòîðà, êîãäà ýíåðãèè, âûäåëÿåìîé â îáëàñòèøíóðà òîêà, äîñòàòî÷íî äëÿ ïðîïëàâëåíèÿ ïîëóïðîâîäíèêà (GaN) ìàòåðèàëîì ìåòàëëèçàöèè(ðèñ. 2).

Íàïðÿæåíèå èíæåêöèîííîãî èçîòåðìè÷åñêîãî ïðîáîÿ Uпр ïðàêòè÷åñêè ñîâïàäàåò ñíàïðÿæåíèåì íà÷àëà óäàðíîé èîíèçàöèè íîñèòåëåé â îáëàñòè ñèëüíûõ ïîëåé ó ñòîêà èñ ðîñòîì òîêà ñòîêà Iс ðåçêî óìåíüøàåòñÿ [7]. Äëÿ èññëåäóåìûõ òðàíçèñòîðîâ íàïðÿæåíèåëàâèííîãî ïðîáîÿ â ðåæèìå ïîëíîé îòñå÷êè ñîñòàâëÿåò íå ìåíåå 80 Â. Ñëåäîâàòåëüíî,äëÿ îáåñïå÷åíèÿ áåçîïàñíîé ðàáîòû ïðè Uпит = 40 Â íåîáõîäèìî óìåíüøèòü àìïëèòóäóâûáðîñà íàïðÿæåíèÿ íà çàäíåì ôðîíòå ÑÂ× èìïóëüñà äëÿ óñòðàíåíèÿ âîçìîæíîñòè


80,0

UC , В

60,0

40,0

20,0

0,0

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8t, мкс

2,00

200

400

600

UД , мВ

8001

2

Рис. 4Эпюры напряжения на стоке СВЧ транзистора при прохождении

импульсного СВЧ сигнала и выключении модулятора,формирующего напряжение на стоке СВЧ транзистора, раньше

окончания импульсного СВЧ сигнала:1 – напряжение на стоке СВЧ транзистора UC ; 2 – напряжение

продетектированного импульсного СВЧ сигнала UД

ðàçâèòèÿ èíæåêöèîííîãî ïðîáîÿ. Ýêñïåðèìåíòàëüíî óñòàíîâëåíî, ÷òî äëÿ óìåíüøåíèÿâûáðîñà íà çàäíåì ôðîíòå ÑÂ× èìïóëüñà íåîáõîäèìî, ÷òîáû ìîäóëÿòîð, ôîðìèðóþùèéíàïðÿæåíèå íà ñòîêå ÑÂ× òðàíçèñòîðà, âûêëþ÷àëñÿ ðàíüøå îêîí÷àíèÿ ÑÂ× èìïóëüñà(ðèñ. 4).

Äëÿ îöåíêè ýôôåêòèâíîñòèïðåäëîæåííîãî ìåòîäà ñíèæåíèÿâåðîÿòíîñòè ïðîáîÿ áûëèïðîâåäåíû ãðàíè÷íûå èñïûòàíèÿâ ÑÂ× ðåæèìå ïî íàïðÿæåíèþïèòàíèÿ Uпит íà âûáîðêå GaNòðàíçèòîðîâ 3ÏØ987Â îáú¸ìîì10 øò. Íàïðÿæåíèå ïîâûøàëîñüñòóïåíÿìè. Äëèòåëüíîñòü êàæäîéñòóïåíè ñîñòàâëÿëà 24 ÷, ààìïëèòóäà Uпит = 5 Â (ðèñ. 5).

Êàê ñëåäóåò èç ïîëó÷åííûõðåçóëüòàòîâ, áåçîïàñíûé óðîâåíüíàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ, ïðèêîòîðîì îòêàçû GaN ÑÂ×òðàíçèñòîðîâ îòñóòñòâîâàëè,ñîñòàâëÿåò 40 Â. Ïðè ýòîì çàïàñïî íàïðÿæåíèþ ïèòàíèÿñîñòàâëÿåò ïîðÿäêà 10 Â(êîýôôèöèåíò çàïàñà ðàâåíКз = 50 Â/40 Â = 1 ,25).Ïîëó÷åííûå ðåçóëüòàòûïîêàçûâàþò âîçìîæíîñòüîáåñïå÷åíèÿ óñòîé÷èâîé ðàáîòûGaN ÍÅÌÒ 3ÏØ987Â ïðèïîâûøåííûõ íàïðÿæåíèÿõïèòàíèÿ äî Uпит = 40 Â.

4

N

3

2

1

20 30 40 50 60

Uпит, В

2

4

Рис. 5Результаты граничных испытаний транзисторов 3ПШ987В

(N – число отказавших транзисторов)

ВыводыÓñòàíîâëåíî, ÷òî äëÿ

ñíèæåíèÿ âåðîÿòíîñòèýëåêòðè÷åñêîãî (èíæåêöèîííîãî)ïðîáîÿ GaN ÑÂ× òðàíçèñòîðà,îáóñëîâëåííîãî êîðîòêèìèèìïóëüñíûìè âûáðîñàìè

íàïðÿæåíèÿ íà ñòîêå GaN ÑÂ× òðàíçèñòîðà, âîçíèêàþùèìè ïðè âûêëþ÷åíèè ÑÂ×ñèãíàëà â ðåæèìå ìàêñèìàëüíîé èìïóëüñíîé ÑÂ× ìîùíîñòè, ìîäóëÿòîð ïèòàíèÿ ñòîêàGaN ÑÂ× òðàíçèñòîðà äîëæåí âûêëþ÷àòüñÿ íå ìåíåå ÷åì çà 150 íñ äî íà÷àëà çàäíåãîôðîíòà ÑÂ× èìïóëüñà. Ýòî îáåñïå÷èâàåò ñíèæåíèå àìïëèòóäû âûáðîñà íàïðÿæåíèÿ íàñòîêå GaN ÑÂ× òðàíçèñòîðà äî óðîâíÿ < 10 % íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ ñòîêà.

Â ðåçóëüòàòå ïðè íàïðÿæåíèè ïèòàíèÿ 40 Â ðåçêî óìåíüøàåòñÿ âåðîÿòíîñòüâîçíèêíîâåíèÿ ïðîáîÿ òðàíçèñòîðîâ çà ñ÷¸ò âûáðîñà íàïðÿæåíèÿ íà ñòîêå, ÷òî ïîçâîëÿåòîáåñïå÷èòü ðåæèì ñ ìàêñèìàëüíîé âûõîäíîé ÑÂ× ìîùíîñòüþ.

–


Литература1. Nicolas Defrance, Virginie Hoel, Yannick Douvry, Jean Claude De Jaeger, Christophe Gaquiиre, Xiao Tang,

Michel Rousseau, Marie Antoinette di Forte-Poisson, James Thorpe, Hacиne Lahreche, and Robert Langer. AlGaN/GaN HEMT High Power Densities on SiC/SiO2/poly-SiC Substrates // IEEE electron device letters – Vol. 30. – № 6.– JUNE 2009. – P. 596.

2. Jean-Claude Gerbedoen, Ali Soltani, Sylvain Joblot, Jean-Claude De Jaeger, Christophe Gaquiиre, YvonCordier, and Fabrice Semond. AlGaN/GaN HEMTs on (001) Silicon Substrate With Power Density Performance of2.9 W/mm at 10 GHz // IEEE transactions on electron devices. – Vol. 57. – № 7. – JULY 2010. – P.1497.

3. Jawad H. Qureshi, Marco J. Pelk, Mauro Marchetti, W. C. Edmund Neo, John R. Gajadharsing, Mark P. vander Heijden, and L. C. N. de Vreede. A 90-W Peak Power GaN Outphasing Amplifier With Optimum Input SignalConditioning // IEEE transactions on microwave theory and techniques. – Vol. 57. – №. 8. – AUGUST 2009. –P. 1925.

4. А. Кищинский. Широкополосные транзисторные усилители мощности СВЧ диапазона – сменапоколений // Электроника: Наука, технология, бизнес. – 2010. – № 2.

5. А. Г. Васильев, Ю. В. Колковский, Ю. А. Концевой. СВЧ приборы и устройства на широкозонныхполупроводниках // М.: Техносфера. – 2011. – 416 с.

6. Р. Куэй. Электроника на основе нитрида галлия // Пер. с англ. под ред. А. Г. Васильева / М.: Техносфера.– 2011. – 592 с.

7. V. A. Vashenko, V. F. Sinkevitch // Physical Limitations of Semiconductor Devices. – 2008 SpringerScience+Busines Media, LLC. – 330 p.


Опыт использования Microsoft Excel при математическом моделированииСВЧ транзисторов

УДК 004.942:621.382.3

Гарбер Г. З.

Постановка задачиÑóùíîñòü ìàòåìàòè÷åñêîãî (÷èñëåííîãî, êîìïüþòåðíîãî) ìîäåëèðîâàíèÿ ñîñòîèò

â çàìåíå èñõîäíîãî îáúåêòà, â ÷àñòíîñòè àêòèâíîé îáëàñòè òðàíçèñòîðà (òàê íàçûâàåìîãîâíóòðåííåãî òðàíçèñòîðà), ñîîòâåòñòâóþùåé ìàòåìàòè÷åñêîé ìîäåëüþ è â äàëüíåéøåìå¸ èçó÷åíèè ñ ïîìîùüþ êîìïüþòåðà. Ðàáîòà ñ ìîäåëüþ, à íå ñ îáúåêòîì, ïîçâîëÿåòîïåðàòèâíî ïîëó÷àòü ïîäðîáíóþ è íàãëÿäíóþ èíôîðìàöèþ, âñêðûâàþùóþ âíóòðåííèåñâÿçè îáúåêòà, åãî êà÷åñòâåííûå è êîëè÷åñòâåííûå õàðàêòåðèñòèêè.

Â ñëîâîñî÷åòàíèè «âíóòðåííèé òðàíçèñòîð» ïðèëàãàòåëüíîå «âíóòðåííèé» áóäåìîïóñêàòü.

Îñíîâíûìè ðåçóëüòàòàìè ìàòåìàòè÷åñêîãî ìîäåëèðîâàíèÿ òðàíçèñòîðà ÿâëÿþòñÿõàðàêòåðèñòèêè è ïàðàìåòðû åãî ýêâèâàëåíòíîé ñõåìû, êîòîðûå èñïîëüçóþòñÿ ïðèïðîåêòèðîâàíèè ãèáðèäíûõ è ìîíîëèòíûõ ÑÂ× èíòåãðàëüíûõ ñõåì íà ýòîì òðàíçèñòîðå.

Îñîáåííîñòüþ ïðîãðàìì ìàòåìàòè÷åñêîãî ìîäåëèðîâàíèÿ ÿâëÿþòñÿ áîëüøîé îáú¸ì÷èñëîâûõ èñõîäíûõ äàííûõ è åùå áîëüøèé îáú¸ì ïîëó÷åííûõ ÷èñëîâûõ ðåçóëüòàòîâ.Ïîýòîìó äëÿ ïîäãîòîâêè èñõîäíûõ äàííûõ è îáðàáîòêè ðåçóëüòàòîâ î÷åíü óäîáåíòàáëè÷íûé ïðîöåññîð Microsoft Excel, ëèñò êîòîðîãî ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé òàáëèöó,ñîäåðæàùóþ 1048576 ñòðîê è 16384 ñòîëáöà [1].

Ïðè ìàòåìàòè÷åñêîì ìîäåëèðîâàíèè ÑÂ× òðàíçèñòîðîâ òàáëèöà Excel, îñíàù¸ííîãîìàêðîñàìè [2], èñïîëüçóåòñÿ â êà÷åñòâå ïîëüçîâàòåëüñêîãî èíòåðôåéñà äëÿ ñëîæíûõïðîãðàìì ìàòåìàòè÷åñêîãî ìîäåëèðîâàíèÿ, íàïèñàííûõ íà àëãîðèòìè÷åñêîì ÿçûêåMicrosoft Visual C++. Äðóãèìè ñëîâàìè, â Excel ãîòîâÿòñÿ èñõîäíûå äàííûå äëÿ ïðîãðàìììîäåëèðîâàíèÿ è îáðàáàòûâàþòñÿ ðåçóëüòàòû ðàñ÷¸òîâ, âûïîëíåííûõ ïî ýòèì ïðîãðàììàì,â ÷àñòíîñòè ñòðîÿòñÿ ãðàôèêè.

Íàïîìíèì, ÷òî ìàêðîñ Excel – ýòî ïðîãðàììà íà àëãîðèòìè÷åñêîì ÿçûêå MicrosoftVBA (Visual Basic for Applications), ðàçðàáîòàííàÿ ïîëüçîâàòåëåì êîìïüþòåðà äëÿðàñøèðåíèÿ âîçìîæíîñòåé òàáëè÷íîãî ïðîöåññîðà. Äëÿ ðàçðàáîòêè ìàêðîñà â Excelèìååòñÿ ñðåäà ïðîãðàììèðîâàíèÿ; äëÿ åãî âûïîëíåíèÿ ìîæíî, íàïðèìåð, âîñïîëüçîâàòüñÿêîìàíäîé «Ìàêðîñû» íà âêëàäêå «Âèä» îêíà Excel.

Â ñòàòüå ïðèâåäåíû ïðèìåðû èñïîëüçîâàíèÿ Excel â êà÷åñòâå ïðåïðîöåññîðà èïîñòïðîöåññîðà ïðîãðàìì ìàòåìàòè÷åñêîãî ìîäåëèðîâàíèÿ áèïîëÿðíûõ è ïîëåâûõòðàíçèñòîðîâ.

Описан опыт использования таблицы Microsoft Excel, оснащённого макросами, в качествепользовательского интерфейса для сложных программ математического моделирования СВЧтранзисторов, написанных на алгоритмическом языке Microsoft Visual C++, для подготовкиисходных данных программ моделирования и обработки результатов расчётов по этимпрограммам. Кратко рассмотрены макросы – пользовательские программы на алгоритмическомязыке Microsoft VBA, расширяющие круг задач, решаемых средствами Excel. Возможностьиспользования Excel в качестве препроцессора программ моделирования продемонстрирована напримере GeSi биполярного транзистора; в качестве постпроцессора – на примерах AlGaAs/GaAsи AlGaN/GaN гетероструктурных полевых транзисторов.


Использование Excel в качестве препроцессораÂ ðàáîòå [3] îïèñàíà òåîðåòè÷åñêàÿ îñíîâà ïðîãðàììû DIHBT (Distributions In

HBT), ïðåäíàçíà÷åííîé äëÿ ìàòåìàòè÷åñêîãî ìîäåëèðîâàíèÿ ðåæèìîâ îäíîìåðíîéàêòèâíîé îáëàñòè áèïîëÿðíûõ òðàíçèñòîðîâ (ðèñ. 1), â ÷àñòíîñòè GeSi òðàíçèñòîðà ñâàðèçîííûì ýìèòòåðîì (ðèñ. 2, 3).

Коллектор База Эмиттер

0 n ybyc ye yn

1.Е+21

p

1.Е+20

1.Е+19

1.Е+18

1.Е+17

1.Е+160 100 200 300 400 500 600 700 800

y, нм

Nd,

Na,

см-3

0,180,160,140,12

0,10,080,060,040,02

00 100 200 300 400 500 600 700 800

y, нм

х

Рис. 1Одномерная активная область биполярного

транзистора n-p-n типа: точки yc , yb – координатытехнологических p-n переходов, точки 0 и ye

соответственно находятся в областяхэлектронейтральности коллектора (точнее,

субколлектора) и эмиттера

Рис. 2Распределения концентраций доноров Nd (сплошная линия) и

акцепторов Na (штриховая линия) в GeSi транзисторе

Рис. 3Распределение мольной доли германия в GeSi транзисторе

Íà ðèñ. 4 ïðèâåä¸í ôðàãìåíòòàáëèöû Excel ñ èñõîäíûìè äàííûìèïðîãðàììû DIHBT ïðè ìîäåëèðîâàíèèîäíîãî èç ðåæèìîâ GeSi òðàíçèñòîðà. Âòàáëèöå, â ÷àñòíîñòè, çàäàíû:

1. â ÿ÷åéêå R1C2, íàõîäÿùåéñÿ íàïåðåñå÷åíèè ïåðâîé ñòðîêè (Row) èâòîðîãî ñòîëáöà (Column), – êîëè÷åñòâîøàãîâ ïðîñòðàíñòâåííîé ñåòêè, ðàâíîå 70;

2. â äèàïàçîíå R2C2:R2C72– çíà÷åíèÿ êîîðäèíàòû óçëîâñåòêè â íàíîìåòðàõ;

3. â äèàïàçîíå R3C2:R3C72– çíà÷åíèÿ êîíöåíòðàöèè äîíîðîââ ñì-3 (ðèñ. 2);

4. â äèàïàçîíå R4C2:R4C72– çíà÷åíèÿ êîíöåíòðàöèèàêöåïòîðîâ â ñì-3 (ðèñ. 2);

5. â äèàïàçîíå R5C2:R5C72– çíà÷åíèÿ ìîëüíîé äîëèãåðìàíèÿ (ðèñ. 3);

6. â äèàïàçîíå R6C2:R6C72– çíà÷åíèÿ êîýôôèöèåíòà,ó÷èòûâàþùåãî ìåõàíè÷åñêóþíàïðÿæ¸ííîñòü êðèñòàëëè÷åñêîéðåø¸òêè;

7 . â ÿ÷åéêå R9C2 –ïîòåíöèàë òî÷êè y = 0 (ðèñ. 1)îòíîñèòåëüíî òî÷êè ye , ðàâíûé20 Â;

8. â ÿ÷åéêå R9C4 – òîêáàçû, îòíåñ¸ííûé ê ïëîùàäèýìèòòåðíîãî p-n ïåðåõîäà,8000 À/ñì2.

ß÷åéêè , ñîäåðæèìîåêîòîðûõ ïî ñìûñëó íå äîëæíîìåíÿòüñÿ (R1C1, R2C1, R3C1 èäð.), çàùèùåíû îò èçìåíåíèé.

Ìîäåëèðóåìûé ðåæèì çàäà¸òñÿ ñîäåðæèìûì ÿ÷ååê R9C2 è R9C4. Ïðè ôîðìèðîâàíèèñîäåðæèìîãî äèàïàçîíîâ R3C2:R3C72 è R4C2:R4C72 ïðîâîäèëèñü ðàñ÷¸òû ïî ôîðìóëàìExcel. Ãðàôèêè, èçîáðàæ¸ííûå íà ðèñ. 2 è 3, ïîñòðîåíû â Excel ïî ñîäåðæèìîìóäèàïàçîíîâ R2C2:R2C72, R3C2:R3C72, R4C2:R4C72 è R5C2:R5C72.


Íàïîìíèì, ÷òî ãðàôèê (äèàãðàììà) Excel àâòîìàòè÷åñêè ìåíÿåòñÿ ïðè èçìåíåíèèñîäåðæèìîãî äèàïàçîíîâ, èñïîëüçóåìûõ ïðè åãî ïîñòðîåíèè. Ïîýòîìó ïðè ôîðìèðîâàíèè,íàïðèìåð, çàâèñèìîñòè Nd (y), òî åñòü ñîäåðæèìîãî äèàïàçîíà R3C2:R3C72, ãðàôèêýòîé çàâèñèìîñòè ëó÷øå ïîñòðîèòü íà íà÷àëüíîì ýòàïå ôîðìèðîâàíèÿ. Ïðè ýòîì, åñëèâ ïðîöåññå ôîðìèðîâàíèÿ ìû äîïóñêàåì îøèáêó, îíà àâòîìàòè÷åñêè îòîáðàæàåòñÿ íàãðàôèêå çàâèñèìîñòè Nd (y).

Ïðîãðàììà DIHBT çàïóñêàåòñÿ ïóò¸ì âûïîëíåíèÿ ìàêðîñà RDIHBT (Run DIHBT).Íà çàâåðøàþùåì ýòàïå âûïîëíåíèÿ ïðîãðàììû DIHBT ñîçäà¸òñÿ êíèãà Excel ñðåçóëüòàòàìè ìîäåëèðîâàíèÿ çàäàííîãî ðåæèìà òðàíçèñòîðà, ñîäåðæàùàÿ îäèí ëèñò.

Рис. 4Фрагмент таблицы Excel с исходными данными для моделирования режима транзистора, заданного

содержимым ячеек R9C2 и R9C4

Использование Excel в качестве постпроцессора

300

250

200

150

100

0

I d, мА

0 2 4 6 8Uds, B

50

10 12 14 16

Ugs = 0

-1 В

-2 В-3 В

Âàæíåéøèìè ýëåêòðè÷åñêèìè õàðàêòåðèñòèêàìè ïîëåâîãî òðàíçèñòîðà ÿâëÿþòñÿâûõîäíûå âîëüò-àìïåðíûå õàðàêòåðèñòèêè (ÂÀÕ), ïðåäñòàâëÿþùèå ñîáîé çàâèñèìîñòèòîêà ñòîêà Id îò ïîòåíöèàëà ñòîêà îòíîñèòåëüíî èñòîêà Uds ïðè ðÿäå ñìåùåíèé çàòâîðàUgs. Íà ðèñ. 5 ïðèâåäåíû ÂÀÕ òðàíçèñòîðà [4], ïîëó÷åííûå ïóò¸ì ìàòåìàòè÷åñêîãîìîäåëèðîâàíèÿ [5] ñëîæíûõ ôèçè÷åñêèõ ïðîöåññîâ â ïðèáîðå, â ÷àñòíîñòè ëàâèííîãîóìíîæåíèÿ ýëåêòðîíîâ è äûðîê. Òàêîå ìîäåëèðîâàíèå, âûïîëíÿåìîå ïî ïðîãðàììåDIHMESFET (Distributions In Heterojunction MESFET), òðåáóåò áîëüøèõ çàòðàò ìàøèííîãîâðåìåíè: íà ðàñ÷åò çíà÷åíèÿ Id (ïðè çàäàííûõ Ugs è Uds) ìîãóò óõîäèòü ÷àñû ðàáîòûïåðñîíàëüíîãî êîìïüþòåðà.

Рис. 5Выходные вольт-амперные характеристики AlGaAs/GaAs

полевого транзистора с длиной затвора 0,25 мкм и шириной 1мм

Â òàáëèöå 1, ÿâëÿþùåéñÿòàáëè÷íûì ïðåäñòàâëåíèåìðàññìàòðèâàåìûõ ÂÀÕ, çíà÷åíèÿíàïðÿæåíèé – â âîëüòàõ, çíà÷åíèÿòîêà – â ìèëëèàìïåðàõ, êàê è íàðèñ. 5. Òàê êàê ìàòåìàòè÷åñêîåìîäåëèðîâàíèå ïðîâîäèëîñü íå ïðèâñåõ çíà÷åíèÿõ Ugs è Uds, òî 18 ÿ÷ååêòàáëèöû ïóñòûå.

Äëÿ ïðîåêòèðîâàíèÿ ÑÂ×èíòåãðàëüíûõ ñõåì íàðàññìàòðèâàåìîì òðàíçèñòîðå íàäîçíàòü õàðàêòåðèñòèêè è ïàðàìåòðûåãî ýêâèâàëåíòíîé ñõåìû. ×òîáû ýòèõàðàêòåðèñòèêè è ïàðàìåòðûîïðåäåëèòü ìåòîäîì [6 , 7 ] ,ïðåäâàðèòåëüíî íàäî çàïîëíèòü


ïóñòûå ÿ÷åéêè òàáëèöû 1. Â ãëàâå 4.3 êíèãè [2] îïèñàí ìàêðîñ MAIN, êîòîðûé ïîçâîëÿåòýòî ñäåëàòü.

Таблица 1Вольт-амперные характеристики транзистора

Ìàêðîñ MAIN èñïîëüçóåò òàáëèöó 1 âûõîäíûõ âîëüò-àìïåðíûõ õàðàêòåðèñòèêòðàíçèñòîðà (ìàòðèöó) â òðàíñïîíèðîâàííîì âèäå (ðèñ. 6). Äëÿ òðàíñïîíèðîâàíèÿìàòðèöû â Excel èñïîëüçîâàëàñü âñòðîåííàÿ ôóíêöèÿ ÒÐÀÍÑÏ, èíòåðïðåòèðóþùàÿñîäåðæèìîå ïóñòûõ ÿ÷ååê êàê ÷èñëî 0.

Ïåðåä çàïóñêîì ìàêðîñà MAIN òðàíñïîíèðîâàííóþ òàáëèöó ÂÀÕ (äèàïàçîí B2:U6íà ðèñ. 6) ñëåäóåò âûäåëèòü. Íà ðèñ. 7 èçîáðàæ¸í ðåçóëüòàò âûïîëíåíèÿ ìàêðîñà: âÿ÷åéêàõ Excel, ñîîòâåòñòâóþùèõ ïóñòûì ÿ÷åéêàì òàáëèöû 1, íàõîäÿòñÿ òåïåðü íåíóëåâûåçíà÷åíèÿ, ïîëó÷åííûå ïóò¸ì ñïëàéíîâîé èíòåðïîëÿöèè [8].

Â ðåçóëüòàòå òðàíñïîíèðîâàíèÿ òàáëèöû Excel, èçîáðàæ¸ííîé íà ðèñ. 7, ïîëó÷àåòñÿòàáëèöà 2 âûõîäíûõ âîëüò-àìïåðíûõ õàðàêòåðèñòèê òðàíçèñòîðà, íå ñîäåðæàùàÿ ïóñòûõÿ÷ååê.

Рис. 6Транспонированная таблица ВАХ: для диапазона С3:U6 установлен числовой формат без десятичных знаков

Â ðàáîòå [7] ðàññìîòðåíà òåîðåòè÷åñêàÿ îñíîâà ìàêðîñà TIFET (Times of IntrinsicFET), ïðåäíàçíà÷åííîãî äëÿ ðàñ÷¸òà äâóõ ïàðàìåòðîâ ýêâèâàëåíòíîé ñõåìû ïîëåâûõòðàíçèñòîðîâ – ñîïðîòèâëåíèÿ âõîäíîé öåïè è ïîñòîÿííîé âðåìåíè ãåíåðàòîðà òîêàêàíàëà. Ýòîò ìàêðîñ èñïîëüçóåò âðåìåííûå çàâèñèìîñòè òîêîâ çàòâîðà è ñòîêà,ðàññ÷èòàííûå ïî ïðîãðàììå DIHEMT (Distributions In HEMT) [9].


Рис. 7Транспонированная таблица ВАХ после выполнения макроса MAIN

Таблица 2ВАХ транзистора после выполнения макроса MAIN

1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

00 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

I d, А/

мм

Uds, B110

Ugs = 1B

0-1

-2

-3

-4

-5-6

Óñëîæíåíèå ñòðóêòóðûïîëåâûõ òðàíçèñòîðîâ âåä¸ò êñíèæåíèþ òî÷íîñòèìàòåìàòè÷åñêîãî ìîäåëèðîâàíèÿ,âûïîëíÿåìîãî íà ïåðñîíàëüíûõêîìïüþòåðàõ . Ïðè ýòîìâîçðàñòàåò çíà÷åíèå Excel, ñïîìîùüþ êîòîðîãî ïðîèçâîäèòñÿîáðàáîòêà ðåçóëüòàòîâìîäåëèðîâàíèÿ ñ öåëüþóìåíüøåíèÿ âû÷èñëèòåëüíîéïîãðåøíîñòè. Íàïðèìåð, äëÿïîëó÷åíèÿ ÂÀÕ ïîëåâîãîòðàíçèñòîðà [10, 11 ] ,èçîáðàæ¸ííûõ íà ðèñ. 8, ïîìèìîïðîãðàììû DIHEMT [9 ] ,

Рис. 8Выходные вольт-амперные характеристики AlGaN/GaN

полевого транзистора с затвором длиной 0,25 мкм

èñïîëüçîâàëèñü åù¸ è ìàêðîñû VEHEMT è WEHEMT, ñ ïîìîùüþ êîòîðûõ áûë îáðàáîòàíêàæäûé èç 171 ïðîìîäåëèðîâàííûõ ðåæèìîâ òðàíçèñòîðà.


ЗаключениеÂ ñòàòüå ïîêàçàíà âîçìîæíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ òàáëèöû Microsoft Excel, îñíàù¸ííîãî

ìàêðîñàìè, â êà÷åñòâå ïîëüçîâàòåëüñêîãî èíòåðôåéñà ïðîãðàìì ìàòåìàòè÷åñêîãîìîäåëèðîâàíèÿ.

Ñòàòüÿ ìîæåò áûòü ïîëåçíà ðàçðàáîò÷èêàì ïðîãðàìì è ñèñòåì ìîäåëèðîâàíèÿ íåòîëüêî òðàíçèñòîðîâ, íî è äðóãèõ ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ïðèáîðîâ, à òàêæå èíòåãðàëüíûõñõåì.

Èñïîëüçîâàíèå òàáëèöû Excel â êà÷åñòâå ïîëüçîâàòåëüñêîãî èíòåðôåéñà ñîêðàùàåòçàòðàòû íà ðàçðàáîòêó ïðîãðàìì è ñèñòåì ìîäåëèðîâàíèÿ.

Литература1. Мюррей К. Новые возможности системы Microsoft Office 2007 // Пер. с англ. – М.: ЭКОМ. – 2007. –

256 с.: ил.2. Гарбер Г. З. Основы программирования на VBA Excel и численных методов // Учебное пособие. –

М.: ПРИНТКОМ. – 2009. – 432 с.: ил.3. Гарбер Г. З. Метод расчёта параметров малосигнальной эквивалентной схемы сверхвысокочастотных

гетероструктурных биполярных транзисторов с варизонным эмиттером, основанный наквазигидродинамической модели переноса электронов // Радиотехника и электроника. – 2001. – Т. 46. – № 11.– С. 1392-1396.

4. Electric-field-related reliability of AlGaAs/GaAs power HFETs: bias dependence and correlation withbreakdown / D. Dieci, G. Sozzi, R. Menozzi, E. Tediosi, C. Lanzieri, C. Canali // IEEE Trans. Electron Devices. –2001. – Vol. ED-48. – No. 9. – P. 1929-1937.

5. Гарбер Г. З. Численное моделирование электронно-дырочной плазмы в гетероструктурных полевыхтранзисторах // Радиотехника и электроника. – 2005. – Т. 50. – № 10. – С. 1308-1312.

6. Гарбер Г. З. Численное моделирование характеристик нелинейной эквивалентной схемы СВЧ-полевыхтранзисторов с субмикронным затвором Шотки на арсениде галлия // Микроэлектроника. – 1990. – Т. 19. –№ 4. – С. 392-399.

7. Гарбер Г. З. Метод расчёта параметров малосигнальной эквивалентной схемы крайне высокочастотныхгетероструктурных полевых транзисторов // Радиотехника и электроника. – 2005. – Т. 50. – № 7. – С. 892-896.

8. Алберг Дж., Нильсон Э., Уолш Дж. Теория сплайнов и её приложения // Пер. с англ. – М.: Мир. –1972. – 318 с.

9. Гарбер Г. З. Квазигидродинамическое моделирование гетероструктурных полевых транзисторов //Радиотехника и электроника. – 2003. – Т. 48. – № 1. – С. 125-128.

10. Данилин В. Н., Докучаев Ю. П., Жукова Т. А., Комаров М. А. Мощные высокотемпературные ирадиационно-стойкие СВЧ приборы нового поколения на широкозонных гетеропереходных структурах AlGaN/GaN // Обзоры по электронной технике. Серия 1. СВЧ техника. – М.: ГУП НПП «Пульсар». – 2001. – Вып. 1. –137 с.

11. Васильев А. Г., Колковский Ю. В., Концевой Ю. А. СВЧ приборы и устройства на широкозонныхполупроводниках. – М.: Техносфера. – 2011. – 416 с.


Исследование деградации параметров интегральных микросхемоперационных усилителей при воздействии ионизирующего излучениякосмического пространства

УДК 539.043:621.3.049

Виноградов Р. Н., Вологдин Э. Н., Дюканов П. А., Корнеев С. В., Савченко Е. М.,Смирнов Д. С.

ВведениеÕàðàêòåð äåãðàäàöèè ïàðàìåòðîâ èíòåãðàëüíûõ ìèêðîñõåì (ÈÌÑ) çàâèñèò îò èõ

òåõíîëîãèè èçãîòîâëåíèÿ, òîïîëîãèè, ïðèíöèïèàëüíîé ýëåêòðè÷åñêîé ñõåìû, à òàêæå îòðåæèìà ðàáîòû ÈÌÑ â ïðîöåññå âîçäåéñòâèÿ èîíèçèðóþùåãî èçëó÷åíèÿ. Ïðè âîçäåéñòâèèÈÈ ÊÏ äåãðàäàöèÿ ïàðàìåòðîâ ÈÌÑ ñâÿçàíà ãëàâíûì îáðàçîì ñ èîíèçàöèîííûìèïðîöåññàìè â ìàòåðèàëàõ ÈÌÑ çà ñ÷¸ò ýëåêòðîíîâ è ïðîòîíîâ, òî åñòü ñ ïîâåðõíîñòíûìèðàäèàöèîííûìè ýôôåêòàìè [1].

Òÿæ¸ëûå çàðÿæåííûå ÷àñòèöû (ÒÇ×) êîñìè÷åñêîãî ïðîñòðàíñòâà ââèäó ìàëîéïëîòíîñòè èõ ïîòîêà íå ìîãóò ïðèâåñòè ê ñóùåñòâåííîé äåãðàäàöèè ïàðàìåòðîâ ÈÌÑ.Âîçäåéñòâèå ÒÇ× íà ÈÌÑ ïðèâîäèò ê ôóíêöèîíàëüíûì ñáîÿì è ê ïîòåðåðàáîòîñïîñîáíîñòè (â ÷àñòíîñòè, â ñëó÷àå âîçíèêíîâåíèÿ òèðèñòîðíîãî ýôôåêòà). Âäàííîé ðàáîòå ýòè ýôôåêòû íå ðàññìàòðèâàþòñÿ.

Åñëè â êà÷åñòâå õàðàêòåðèñòèêè óðîâíÿ îáëó÷åíèÿ èñïîëüçîâàòü ïîãëîù¸ííóþäîçó D, òî âîçäåéñòâèÿ ýëåêòðîíîâ, ïðîòîíîâ è -êâàíòîâ ðàçëè÷íûõ ýíåðãèé ñ òî÷êèçðåíèÿ ïðîÿâëåíèÿ ïîâåðõíîñòíûõ ðàäèàöèîííûõ ýôôåêòîâ èäåíòè÷íû, ÷òî ïîçâîëÿåòìîäåëèðîâàòü ÈÈ ÊÏ ñ ïîìîùüþ èçîòîïíûõ èñòî÷íèêîâ -èçëó÷åíèÿ [1].

Приводятся результаты экспериментального исследования воздействия ионизирующегоизлучения космического пространства (ИИ КП) на биполярные интегральные микросхемыоперационных усилителей (далее ОУ), работающие в процессе воздействия в электрическомрежиме. Определены наиболее чувствительные параметры исследуемых ОУ к воздействию ИИКП. Установлена связь изменения параметров ОУ с деградацией коэффициента передачи токабиполярных транзисторов, входящих в состав ОУ.

Объекты исследованияÂ ðàáîòå èññëåäîâàëèñü

ÎÓ ñ îáðàòíîé ñâÿçüþ ïîíàïðÿæåíèþ ññ è ì ì å ò ð è ÷ í û ì èâûñîêîîìíûìè âõîäàìè [2],èìåþùèå îäèíàêîâóþï ð è í ö è ï è à ë ü í ó þýëåêòðè÷åñêóþ ñõåìó (ðèñ. 1).ÎÓ èçãîòîâëåíû íà îñíîâåâ û ñ î ê î ÷ à ñ ò î ò í î éê î ì ï ë å ì å í ò à ð í î éáèïîëÿðíîé òåõíîëîãèè ñèçîëÿöèåé ýëåìåíòîâîáðàòíîñìåù¸ííûì p-nïåðåõîäîì [3].

Рис. 1Упрощённая принципиальная электрическая схема ОУ


Ïî ïàðàìåòðàì èññëåäóåìûå ÎÓ ìîæíî ðàçäåëèòü íà äâå ãðóïïû:1. ÎÓ ñ êîýôôèöèåíòîì óñèëåíèÿ Кy.u. = 9000-10000, âõîäíûì òîêîì IВХ =

1-4 ìêÀ, íàïðÿæåíèåì ñìåùåíèÿ UСМ = 1-4 ìÂ è òîêîì ïîòðåáëåíèÿ IПОТ = 8-9 ìÀ;2. ÎÓ ñ Кy.u. = 4000-5500, IВХ = -1– -2,5 ìêÀ, UСМ = -0,3– -3 ìÂ, IПОТ = 5,5-6,5 ìÀ.Îñòàëüíûå ïàðàìåòðû ó îáåèõ ãðóïï ÎÓ ñõîæè.

Методика экспериментаÎáëó÷åíèå ÎÓ ïðîâîäèëîñü íà ãàììà-îáëó÷àòåëå èíòåãðàëüíûõ ñõåì ÃÎÈÑ-5 íà

îñíîâå ðàäèîíóêëèäíûõ èñòî÷íèêîâ èçîòîïà öåçèé-137 ñ ýíåðãèåé ãàììà-êâàíòîâ Е =0,66 ÌýÂ è ìîùíîñòüþ ïîãëîù¸ííîé äîçû P = 40 Ðàä/ñ (ïî âîäå). Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òîäëÿ êîñìè÷åñêîãî ïðîñòðàíñòâà õàðàêòåðíî íèçêîèíòåíñèâíîå èîíèçèðóþùåå èçëó÷åíèå(P < 1 Ðàä/ñ), êîòîðîå ïðèâîäèò ê áîëåå ñèëüíîé äåãðàäàöèè ïàðàìåòðîâ áèïîëÿðíûõÈÌÑ (â çàðóáåæíîé ëèòåðàòóðå ýòîò ýôôåêò ïîëó÷èë íàçâàíèå ELDRS [4]). Ïîýòîìóðåçóëüòàòû, ïðèâåä¸ííûå â ðàáîòå, äàþò êà÷åñòâåííóþ îöåíêó ñòîéêîñòè ÈÌÑ ê ÈÈÊÏ. Äëÿ êîëè÷åñòâåííîé îöåíêè íåîáõîäèìî âîñïîëüçîâàòüñÿ ðóêîâîäÿùèì äîêóìåíòîì[5].

R

R

RUп

Uп

R = IкОм Uп = ±15 В

Рис. 2Схема включения ОУ при

облучении

×àñòü èñïûòóåìûõ èçäåëèé èç îäíîé ãðóïïû â ïðîöåññåâîçäåéñòâèÿ èçëó÷åíèÿ áûëà âêëþ÷åíà ïî ñõåìå, ïðèâåä¸ííîéíà ðèñ. 2 («àêòèâíûé» ðåæèì), à âòîðàÿ ÷àñòü èç ýòîé æåãðóïïû íàõîäèëàñü â îáåñòî÷åííîì ñîñòîÿíèè («ïàññèâíûé»ðåæèì). Îáëó÷åíèå ïðîäîëæàëîñü äî äîñòèæåíèÿ íàñûùåíèÿíàèáîëåå ñèëüíî äåãðàäèðóþùèõ ïàðàìåòðîâ ÎÓ.

Экспериментальные данныеÂ õîäå ýêñïåðèìåíòàëüíîãî èññëåäîâàíèÿ äåãðàäàöèè

ïàðàìåòðîâ ÎÓ ïðè îáëó÷åíèè äëÿ îáåèõ ãðóïï áûëî óñòàíîâëåíî,÷òî:

– íàèáîëåå ÷óâñòâèòåëüíûìè ïàðàìåòðàìè ÎÓ ê âîçäåéñòâèþ èîíèçèðóþùåãîèçëó÷åíèÿ ÿâëÿþòñÿ Ky.u., UСМ, IВХ è êîýôôèöèåíò îñëàáëåíèÿ ñèíôàçíûõ ñèãíàëîâKОСС;

– èçìåíåíèÿ òîêà ïîòðåáëåíèÿ, âûõîäíîãî òîêà, ìàêñèìàëüíîãî âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿè ÷àñòîòû åäèíè÷íîãî óñèëåíèÿ ÎÓ íåçíà÷èòåëüíû.

Íà ðèñ. 3-5 ïðèâîäÿòñÿ òèïè÷íûå çàâèñèìîñòè Ky.u., IВХ è UСМ îò D äëÿ ÎÓ èçïåðâîé ãðóïïû, èìåþùèõ ïðèáëèçèòåëüíî îäèíàêîâûå èñõîäíûå ïàðàìåòðû è ðàáîòàþùèõâ ïðîöåññå îáëó÷åíèÿ â «ïàññèâíîì» è «àêòèâíîì» ðåæèìàõ. Íà ðèñóíêàõ ÷¸òêîïðîñëåæèâàåòñÿ ðàçëè÷íàÿ ñòåïåíü äåãðàäàöèè ðàññìàòðèâàåìûõ ïàðàìåòðîâ âçàâèñèìîñòè îò ðåæèìà ðàáîòû ÎÓ â ïðîöåññå îáëó÷åíèÿ. Ìîæíî ñäåëàòü âûâîä, ÷òîîáëó÷åíèå ÎÓ (èç ïåðâîé ãðóïïû) â «ïàññèâíîì» ðåæèìå ïðèâîäèò ê íàèáîëüøåéäåãðàäàöèè Ky.u. è IВХ , ïðè ýòîì â ñëó÷àå «àêòèâíîãî» ðåæèìà ðàáîòû ÎÓ íà íà÷àëüíîéñòàäèè îáëó÷åíèÿ íàáëþäàåòñÿ íåìîíîòîííîå èçìåíåíèå IВХ è UСМ . Òàêæå ñëåäóåòîòìåòèòü, ÷òî çàâèñèìîñòü KОСС îò D (íå ïðèâåä¸ííàÿ íà äàííûõ ãðàôèêàõ) ïîâòîðÿåòõîä àíàëîãè÷íîé çàâèñèìîñòè äëÿ Ky.u.

Äëÿ ÎÓ èç âòîðîé ãðóïïû áûëî óñòàíîâëåíî, ÷òî Ky.u. è KОСС íàèáîëåå ñèëüíîäåãðàäèðóþò â ñëó÷àå îáëó÷åíèÿ ÎÓ, ðàáîòàþùèõ â «àêòèâíîì» ðåæèìå, ïðè ýòîì òàêæå, êàê è äëÿ ÎÓ èç ïåðâîé ãðóïïû íàáëþäàåòñÿ íåìîíîòîííàÿ çàâèñèìîñòü IВХ è UСМîò D.

–


10

5

0

-5

0 400 800 1200

D, кРад

2

1

Iвх+, мкА

11000

6000

10000 400 800 1200

D, кРад

2

1

Ky.u.

2Uсм, мB

1

0

-1

-2

-30 400 800 1200

D, кРад

Рис. 3Зависимость Ky.u. от поглощённой дозы:

1 – активный режим, 2 – пассивный режим

Рис. 4Зависимость IBX+ от поглощённой дозы:


Рис. 5Зависимость UCM. от поглощённой дозы:


1

2

Анализ экспериментальных данныхÐàññìîòðèì áîëåå ïîäðîáíî ñâÿçü

ðàäèàöèîííîãî ïîâåäåíèÿ ïàðàìåòðîâèññëåäóåìûõ ÎÓ ñ ðàäèàöèîííûì ïîâåäåíèåìáèïîëÿðíûõ òðàíçèñòîðîâ (ÁÒ), âõîäÿùèõ â èõñîñòàâ.

Ñïåöèôèêà âîçäåéñòâèÿ ÈÈ ÊÏ íàïîëóïðîâîäíèêîâûå ïðèáîðû ñîñòîèò â òîì, ÷òîäåãðàäàöèÿ èõ ïàðàìåòðîâ â îñíîâíîì ñâÿçàíàñ íàêîïëåíèåì ïîëîæèòåëüíîãî çàðÿäà â îáú¸ìåïàññèâèðóþùåãî îêèñëà, à òàêæå ñ âñòðàèâàíèåìïîâåðõíîñòíûõ ñîñòîÿíèé íà ãðàíèöå ðàçäåëàSiO2-Si è èçìåíåíèåì èõ çàðÿäà â óñëîâèÿõèíæåêöèè. Ðîëü ñòðóêòóðíûõ íàðóøåíèé â îáú¸ìåêðåìíèÿ ïðè âîçäåéñòâèè ÈÈ ÊÏ íåâåëèêà [1].

Òîê ïîâåðõíîñòíîé ðåêîìáèíàöèè, êîòîðûéîòâåòñòâåíåí çà äåãðàäàöèþ êîýôôèöèåíòàïåðåäà÷è òîêà òðàíçèñòîðà (h21E) ïðè âîçäåéñòâèèÈÈ ÊÏ, îïðåäåëÿåòñÿ â îñíîâíîì ðàäèàöèîííûìèýôôåêòàìè íà ãðàíèöå ðàçäåëà SiO2-Si. Âëèÿíèåðàäèàöèîííî-èíäóöèðîâàííîãî çàðÿäà âïàññèâèðóþùåì îêèñëå áèïîëÿðíîãî òðàíçèñòîðàíà ïîâåðõíîñòíûå ðåêîìáèíàöèîííûå ïðîöåññûíåâåëèêî èç-çà ìàëûõ âåëè÷èí ýëåêòðè÷åñêèõïîëåé â í¸ì.

Ðàññìîòðèì âëèÿíèå ðåæèìà ðàáîòûáèïîëÿðíîãî òðàíçèñòîðà ïðè âîçäåéñòâèè ÈÈÊÏ íà ïðîöåññ îáðàçîâàíèÿ ïîâåðõíîñòíûõñîñòîÿíèé. Îáðàçîâàíèå ïîâåðõíîñòíûõñîñòîÿíèé íà ãðàíèöå ðàçäåëà SiO2-Si ñâÿçàíî ñçàõâàòîì äûðîê, ãåíåðèðóåìûõ èîíèçèðóþùèìèçëó÷åíèåì â îêèñëå íà íàïðÿæ¸ííûå èñêîìïåíñèðîâàííûå ñâÿçè íà ãðàíèöå ðàçäåëà.Íàëè÷èå ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ â ïàññèâèðóþùåìîêèñëå â ìåñòàõ çàõîäà íà íåãî ýìèòòåðíîéìåòàëëèçàöèè (ñâÿçàííîãî ñ êîíòàêòíîéðàçíîñòüþ ïîòåíöèàëîâ ýìèòòåðíîãî ïåðåõîäàïðè «ïàññèâíîì» ðåæèìå ðàáîòû ÁÒ) ïðèâîäèòê ýôôåêòèâíîìó ïðîöåññó îáðàçîâàíèÿïîâåðõíîñòíûõ ñîñòîÿíèé â ðåçóëüòàòåðàçäåëåíèÿ ïîä äåéñòâèåì ïîëÿ ýëåêòðîí-äûðî÷íûõ ïàð, ãåíåðèðóåìûõ èîíèçèðóþùèìèçëó÷åíèåì. Ïðèëîæåíèå ê ýìèòòåðíîìó ïåðåõîäóïðÿìîãî ñìåùåíèÿ, ñ îäíîé ñòîðîíû, ïðèâîäèòê óìåíüøåíèþ ïîëÿ â îêèñëå è, ñëåäîâàòåëüíî,ê ìåíåå ýôôåêòèâíîìó ïðîöåññó îáðàçîâàíèÿïîâåðõíîñòíûõ ñîñòîÿíèé ïî ñðàâíåíèþ ñ«ïàññèâíûì» ðåæèìîì. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, ïðè


ïðÿìîì ñìåùåíèè íà ýìèòòåðíîì ïåðåõîäå èä¸ò èíæåêöèÿ íåîñíîâíûõ íîñèòåëåé âïðèïîâåðõíîñòíóþ îáëàñòü áàçû. Íåîñíîâíûå íîñèòåëè, ïîïàäàÿ íà ñîñòîÿíèÿ ãðàíèöûðàçäåëà SiO2-Si, ìåíÿþò å¸ çàðÿä è òåì ñàìûì âëèÿþò íà ïðîöåññ îáðàçîâàíèÿðàäèàöèîííî-èíäóöèðîâàííûõ ïîâåðõíîñòíûõ ñîñòîÿíèé. Â íåðàâíîâåñíûõ óñëîâèÿõçàïîëíåíèå ñîñòîÿíèé íà ãðàíèöå ðàçäåëà SiO2-Si îïðåäåëÿåòñÿ ïîëîæåíèåì êâàçèóðîâíÿÔåðìè. Ïðè äîñòàòî÷íî âûñîêîì óðîâíå èíæåêöèè êâàçèóðîâåíü Ôåðìè äëÿ íåîñíîâíûõíîñèòåëåé çàíèìàåò òàêîå ïîëîæåíèå îòíîñèòåëüíî óðîâíåé ïîâåðõíîñòíûõ ñîñòîÿíèé,ïðè êîòîðîì îíè çàðÿæàþòñÿ çíàêîì, ñîîòâåòñòâóþùèì çíàêó íåîñíîâíûõ íîñèòåëåé. ÂNPN òðàíçèñòîðàõ, ðàáîòàþùèõ â «àêòèâíîì» ðåæèìå, ïðè âîçäåéñòâèè ÈÈ ÊÏîòðèöàòåëüíûé çàðÿä íà ãðàíèöå ðàçäåëà SiO2-Si ïðèâîäèò ê ïðèòÿãèâàíèþ äûðîê,ãåíåðèðóåìûõ èîíèçèðóþùèì èçëó÷åíèåì â îêèñëå, ê ïîâåðõíîñòè êðåìíèÿ, â ðåçóëüòàòåïðîöåññ îáðàçîâàíèÿ ïîâåðõíîñòíûõ ñîñòîÿíèé èä¸ò áîëåå ýôôåêòèâíî ïî ñðàâíåíèþñ «ïàññèâíûì» ðåæèìîì. Â ñâîþ î÷åðåäü, â PNP òðàíçèñòîðàõ, ðàáîòàþùèõ â «àêòèâíîì»ðåæèìå, ïîëîæèòåëüíûé çàðÿä ãðàíèöû ðàçäåëà SiO2-Si ïðèâîäèò ê îòòàëêèâàíèþ äûðîê,ãåíåðèðóåìûõ èîíèçèðóþùèì èçëó÷åíèåì â îêèñëå, îò ïîâåðõíîñòè êðåìíèÿ, è, êàêñëåäñòâèå, ýôôåêòèâíîñòü îáðàçîâàíèÿ ïîâåðõíîñòíûõ ñîñòîÿíèé óìåíüøàåòñÿ ïîñðàâíåíèþ ñ «ïàññèâíûì» ðåæèìîì.

Òàêèì îáðàçîì, ïðÿìîå ñìåùåíèå íà ýìèòòåðíîì ïåðåõîäå NPN òðàíçèñòîðàìîæåò ïðèâîäèòü êàê ê óìåíüøåíèþ, òàê è ê óâåëè÷åíèþ äåãðàäàöèè êîýôôèöèåíòàïåðåäà÷è òîêà ïî ñðàâíåíèþ ñ îáëó÷åíèåì îáåñòî÷åííîãî òðàíçèñòîðà. Â ñëó÷àå PNPòðàíçèñòîðà ïðÿìîå ñìåùåíèå íà ýìèòòåðíîì ïåðåõîäå áóäåò âñåãäà ïðèâîäèòü êóìåíüøåíèþ äåãðàäàöèè êîýôôèöèåíòà ïåðåäà÷è ïî ñðàâíåíèþ ñ îáëó÷åíèåìîáåñòî÷åííîãî òðàíçèñòîðà. Ïîäòâåðæäåíèåì ñäåëàííîãî âûâîäà ÿâëÿþòñÿ äàííûå,ïîëó÷åííûå â ðàáîòàõ [6-8].

Â õîäå ýêñïåðèìåíòàëüíîãî èññëåäîâàíèÿ âëèÿíèÿ ðåæèìà ðàáîòû íà äåãðàäàöèþh21E áèïîëÿðíûõ òðàíçèñòîðîâ, èçãîòîâëåííûõ ïî òåõíîëîãèè èññëåäóåìûõ ÎÓ ïðèâîçäåéñòâèè èîíèçèðóþùåãî èçëó÷åíèÿ, áûëî óñòàíîâëåíî, ÷òî:

– îáëó÷åíèå îáåñòî÷åííîãî òðàíçèñòîðà PNP-òèïà ïðèâîäèò ê íàèáîëüøåé äåãðàäàöèèh21E ïî ñðàâíåíèþ ñî ñëó÷àåì îáëó÷åíèÿ åãî â «àêòèâíîì» ðåæèìå ðàáîòû (ýìèòòåðíûéïåðåõîä ñìåù¸í â ïðÿìîì íàïðàâëåíèè, à êîëëåêòîðíûé ïåðåõîä – â îáðàòíîì);

– äëÿ òðàíçèñòîðà NPN-òèïà íàáëþäàåòñÿ îáðàòíàÿ çàâèñèìîñòü èçìåíåíèÿ h21Eïðè îáëó÷åíèè, òî åñòü íàèáîëüøàÿ äåãðàäàöèÿ h21E ïðîèñõîäèò â «àêòèâíîì» ðåæèìåðàáîòû.

Ïîëó÷åííûé ðåçóëüòàò ïîçâîëÿåò êà÷åñòâåííî îáúÿñíèòü õîä çàâèñèìîñòåé Кy.u.(D),IВХ(D) è UСМ(D) äëÿ ÎÓ, ðàáîòàþùèõ â «àêòèâíîì» è «ïàññèâíîì» ðåæèìàõ â ïðîöåññåîáëó÷åíèÿ.

Ïðè ýòîì ñëåäóåò èìåòü â âèäó, ÷òî èññëåäóåìûå ÎÓ èçãîòîâëåíû ïî òåõíîëîãèè,â êîòîðîé èäåíòè÷íîñòü êîìïëåìåíòàðíûõ ïàð òðàíçèñòîðîâ äîñòèãàåòñÿ íå çà ñ÷¸òðàçëè÷íûõ ïëîùàäåé ýìèòòåðà, à çà ñ÷¸ò ðàçíûõ òîëùèí áàç, òî åñòü ñ òî÷êè çðåíèÿãåîìåòðè÷åñêèõ ðàçìåðîâ, âëèÿþùèõ íà ïðîÿâëåíèå ðàäèàöèîííûõ ïîâåðõíîñòíûõýôôåêòîâ, êîìïëåìåíòàðíûå òðàíçèñòîðû îäèíàêîâû.

Коэффициент усиления ãëàâíûì îáðàçîì çàâèñèò îò êîýôôèöèåíòà ïåðåäà÷èòîêà áèïîëÿðíûõ òðàíçèñòîðîâ âûõîäíîãî áóôåðíîãî óñèëèòåëÿ, êîòîðûé ñ óâåëè÷åíèåìïîãëîù¸ííîé äîçû óìåíüøàåòñÿ, à âåëè÷èíà óìåíüøåíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ ýëåêòðè÷åñêèìðåæèìîì ðàáîòû òðàíçèñòîðîâ. Ðàçëè÷íîå ïîâåäåíèå Кy.u. ÎÓ èç ïåðâîé è âòîðîéãðóïï, ðàáîòàþùèõ â ïðîöåññå îáëó÷åíèÿ â «ïàññèâíîì» è «àêòèâíîì» ðåæèìàõ,î÷åâèäíî, ñâÿçàíî ñ òåì, ÷òî äëÿ ÎÓ èç ïåðâîé ãðóïïû äåãðàäàöèÿ Кy.u. îïðåäåëÿåòñÿ


ïàäåíèåì h21E PNP òðàíçèñòîðà, à äëÿ ÎÓ èç âòîðîé ãðóïïû – ïàäåíèåì h21E NPNòðàíçèñòîðà. Òîãäà îáëó÷åíèå îáåñòî÷åííûõ ÎÓ èç ïåðâîé ãðóïïû ïðèâåä¸ò ê áîëååñèëüíîé äåãðàäàöèè Кy.u. ïî ñðàâíåíèþ ñ ÎÓ, íà êîòîðûå áûëî ïîäàíî íàïðÿæåíèåïèòàíèÿ (ðèñ. 3). Äëÿ ÎÓ èç âòîðîé ãðóïïû äîëæíà áûòü îáðàòíàÿ ñèòóàöèÿ, òî åñòüíàèáîëåå ñèëüíàÿ äåãðàäàöèÿ Кy.u. ïðè îáëó÷åíèè ÎÓ, ðàáîòàþùèõ â «àêòèâíîì»ðåæèìå, ÷òî è íàáëþäàåòñÿ ýêñïåðèìåíòàëüíî.

Коэффициент ослабления синфазных сигналов ïî îïðåäåëåíèþ ïðÿìîïðîïîðöèîíàëåí êîýôôèöèåíòó óñèëåíèÿ è õîä åãî çàâèñèìîñòè îò D ïîâòîðÿåò õîäçàâèñèìîñòè Кy.u.(D).

Входной ток ñîãëàñíî ïðèíöèïèàëüíîé ýëåêòðè÷åñêîé ñõåìå ÎÓ (ðèñ. 1) ðàâåíðàçíîñòè áàçîâûõ òîêîâ IБ êîìïëåìåíòàðíûõ ïàð òðàíçèñòîðîâ VÒ1-VÒ2 è VÒ3-VÒ4âõîäíîãî êàñêàäà ÎÓ, êîòîðûå îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíû h21E ñîîòâåòñòâóþùèõ áèïîëÿðíûõòðàíçèñòîðîâ. Ïðè îáëó÷åíèè âåëè÷èíà âõîäíîãî òîêà áóäåò îïðåäåëÿòüñÿ òîêîì áàçûíàèáîëåå ñèëüíî äåãðàäèðóþùåãî òðàíçèñòîðà. Êàê ñëåäóåò èç ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ,ðàäèàöèîííîå ïîâåäåíèå âõîäíîãî òîêà ÎÓ èç ïåðâîé (ðèñ. 4) è âòîðîé ãðóïï îïðåäåëÿåòñÿðàäèàöèîííûì ïîâåäåíèåì òðàíçèñòîðà PNP-òèïà. Íåìîíîòîííîå èçìåíåíèå âõîäíîãîòîêà íà íà÷àëüíîé ñòàäèè îáëó÷åíèÿ ÎÓ, ðàáîòàþùèõ â «àêòèâíîì» ðåæèìå, ñâÿçàíîñ óâåëè÷åíèåì ðîëè âî âõîäíîì òîêå áàçîâîãî òîêà NPN òðàíçèñòîðà, ÷òî èëëþñòðèðóåòñÿíà ðèñ. 6.

Рис. 6Зависимость IБ транзисторов PNP- и NPN-типа, а

также IВХ от D для ОУ из первой группы,облучаемых в “пассивном” и “активном” режимах

Ïðè÷èíîé âîçíèêíîâåíèÿ напряжениясмещения ÿâëÿåòñÿ ðàçíîñòíûé òîê,ñîçäàþùèé ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íàñîïðîòèâëåíèè R1 (ðèñ. 1), êîòîðûéîïðåäåëÿåòñÿ ñèììåòðèåé h21Eêîìïëåìåíòàðíûõ òðàíçèñòîðîâ VÒ5-VÒ7è VÒ6-VÒ8. Ïîýòîìó õîä çàâèñèìîñòèUСМ(D) îáúÿñíÿåòñÿ àíàëîãè÷íîîáúÿñíåíèþ çàâèñèìîñòè IВХ(D).

ЗаключениеÍàèáîëåå ÷óâñòâèòåëüíûìè

ïàðàìåòðàìè èññëåäóåìûõ îïåðàöèîííûõóñèëèòåëåé ê âîçäåéñòâèþ èîíèçèðóþùåãîèçëó÷åíèÿ êîñìè÷åñêîãî ïðîñòðàíñòâàÿâëÿþòñÿ Кy.u., UСМ, IВХ è KОСС. Ñòåïåíüèçìåíåíèÿ óêàçàííûõ ïàðàìåòðîâ çàâèñèòîò ýëåêòðè÷åñêîãî ðåæèìà ðàáîòûîïåðàöèîííûõ óñèëèòåëåé â ïðîöåññåâîçäåéñòâèÿ èîíèçèðóþùåãî èçëó÷åíèÿ è

îïðåäåëÿåòñÿ äåãðàäàöèåé êîýôôèöèåíòà ïåðåäà÷è òîêà áèïîëÿðíûõ òðàíçèñòîðîâ.Äëÿ èíòåãðàëüíûõ ìèêðîñõåì îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëåé, ïðåäíàçíà÷åííûõ äëÿ

ïðèìåíåíèÿ â êîñìè÷åñêîé àïïàðàòóðå, íåîáõîäèìî ïðîâîäèòü èñïûòàíèÿ íà âîçäåéñòâèåèîíèçèðóþùåãî èçëó÷åíèÿ êîñìè÷åñêîãî ïðîñòðàíñòâà â ðåæèìàõ, ïðèâîäÿùèõ êíàèáîëüøåé äåãðàäàöèè èõ ïàðàìåòðîâ.

Литература1. Першенков В. С., Попов В. Д., Шальнов А. В. Поверхностные радиационные эффекты в элементах

интегральных микросхем. – М.: Энергоатомиздат. – 1988. – 256 с.


2. Виноградов Р. Н., Корнеев С. В., Ксенофонтов Д. Л., Савченко Е. М. Архитектура современныхбыстродействующих операционных усилителей // Материалы международной научно-техническойконференции «Электроника и информатика – 2005». – Москва. – 2005. – С. 123-124.

3. Виноградов Р. Н., Дроздов Д. Г., Корнеев С. В. Оптимизация комплементарного биполярноготехнологического процесса изготовления ИМС с использованием САПР TCAD. – Электронная техника. Серия2. Полупроводниковые приборы. – 2009(222). – Вып. 1. – С. 58-64.

4. Enlow E. W., Pease R. L., Combs W. E., Schrimpf R. D., Nowlin R. N. Response of advanced bipolarprocesses to ionizing radiation // IEEE Trans. Nuel. Sci. – 1991. – V. 38. – P. 1342-1351.

5. Изделия электронной техники. Микросхемы интегральные и полупроводниковые приборы.Инженерные методы ускоренных испытаний на стойкость к воздействию низкоинтенсивного протонного иэлектронного излучения космического пространства // РДВ 319.03.37-2000.

6. Д. В. Савченков, А. С. Бакеренков, И. Н. Абраменко, А. А. Романенко. Влияние смещения эмиттерногоперехода на радиационную деградацию базового тока биполярного транзистора и прогнозирование эффектанизкой интенсивности // Научно-технический сборник «СТОЙКОСТЬ-2009». – М.: СПЭЛС. – 2009. –С. 95-96.

7. Д. В. Бойченко, Л. Н. Кессаринский, М. А. Соковишин. Влияние режима работы мощных биполярныхтранзисторов на радиационное поведение // Научно-технический сборник «СТОЙКОСТЬ-2011». – М.: СПЭЛС.– 2011. – С. 101-102.

8. А. С. Петров. Исследование деградации коэффициента передачи биполярных транзисторныхмикросхем при воздействии низкоинтенсивного ионизирующего излучения // Научно-технический сборник«СТОЙКОСТЬ-2011». – М.: СПЭЛС. – 2011. – С. 111-112.

ЗАКОНЧЕНА ПУБЛИКАЦИЯ СЕРИИ СТАТЕЙВАСИЛЬЕВА В.Ю.

НА ТЕМУ“ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ ТОНКИХ СЛОЁВ ИЗ ГАЗОВОЙ

ФАЗЫ ДЛЯ МИКРОСХЕМ С ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ НОРМАМИ 0,35-0,18 мкм”

Часть 1. Основные тенденции развития методов. – 2010. – Вып. 1(224). –С. 67-82.Часть 2. Аппаратура и методология осаждения слоёв. – 2011. – Вып. 1(226). –С. 51-66.Часть 3. Закономерности роста слоёв в промышленных реакторах. – 2011. –Вып. 2(227). – С. 24-36.Часть 4. Обобщённая методология анализа закономерностей процессов ростатонких слоёв. – 2012. – Вып. 1(228). – С. 3-18.Часть 5. Схемы роста и корреляция закономерностей осаждения и свойствтонких слоёв. – 2012. – Вып. 2(229). – С. 48-63.

1.

2.

3.

4.

5.


ФГУП «НПП «ПУЛЬСАР» 105187 г. Москва, Окружной пр., 27, тел.(495)3665101, факс (495)3665583, www.pulsarnpp.ru

Коммутируемое постоянное напряжение

18…36 В

Коммутируемое импульсное напряжение

<60 В

Номинальный коммутируемый ток

К3002КР01 5А К3002КР02 15А

Основные характеристики*

Типономинал К3002КР01 К3002КР02 Коммутируемое напряжение, В

постоянное импульсное

18…36

<60

18…36

<60 Номинальный коммутируемый

ток (Iном), А 5,0 15,0

Граничный ток, % от Iном 106…112 106…112

Пороговый ток защиты от КЗ, % от Iном 900…1100 900…1100

Постоянная «N2t» (N=I/Iном), с 5,6…6,7 5,6…6,7 Время задержки вкл.-выкл., мкс <150 <150

Сопротивление во вкл. состоянии, мОм 20,0 12,0

Защита от перенапряжения при коммутации

индуктивных цепей есть есть

Защита от перегрева есть есть Защита от параллельной дуги есть есть

Номер вывод

а

Буквенное обозначение вывода

Назначение вывода

1 UCC Напряжение питания входных логических схем и DC-DC преобразователя

2 ECHO Выходной эхо-сигнал модуля (открытый сток).

3 CNT (Control)

Вход сигнала управления (входное напряжение высокого уровня – модуль включен; входное напряжение низкого уровня – модуль выключен)

4 GNDL Логический общий вывод

5, 6 RSA, RSB

Двунаправленные сигналы, отвечающие рекомендованным стандартам физического уровня для асинхронного интерфейса RS-485. При эксплуатации модуля не используются.

7 GNDP Силовой общий вывод 8 OUT Выход коммутируемого напряжения 9 IN Вход коммутируемого напряжения *предварительные данные

ФГУП "НПП "Пульсар" завершает разработку бесконтактных коммутационных интеллектуальных силовых модулей. Модули К3002КР01 и К3002КР02 предназначены для подключения и отключения элементов бортового оборудования в цепи питания постоянного тока с защитой от перегрузок по току.

Условное


Температурная нестабильность параметров СВЧ сигнала в GaNСВЧ транзисторах

УДК 621.382.31

Глыбин А. А., Колковский Ю. В., Филатов А. Л.

Исследована зависимость выходной мощности и фазы коэффициента усиления СВЧ транзисторовна GaAs и GaN от температуры. Показано, что для транзисторов типа AlGaN/GaN/SiC перегревкристалла при длительности импульса 200 мкс составляет менее 150 оС. При этом амплитудаимпульса уменьшается не более чем на 20 %, а фаза коэффициента усиления по напряжениюизменяется незначительно, что обеспечивает уменьшение отношения основного и боковоголепестков свёртки фазово-модулированного сигнала менее чем на 0,5 дБ.

Рис. 1Зависимость параметров СВЧ сигнала транзисторных усилителей от

температуры корпуса: а) выходная мощность Рвых ; б) уход фазыкоэффициента передачи GaAs FLM0910-25;

2 GaN (4 кристалла 3ПШ987В)

Â ñîâðåìåííûõ ðàäèîýëåêòðîííûõ ñèñòåìàõ øèðîêî èñïîëüçóþòñÿ ôàçîâî-ìîäóëèðîâàííûå (ÔÌ) ñèãíàëû, ïîýòîìó âàæíåéøåé çàäà÷åé ïðè ðåàëèçàöèèòâåðäîòåëüíûõ ÑÂ× ïåðåäàò÷èêîâ ÿâëÿåòñÿ ìèíèìèçàöèÿ òåìïåðàòóðíîé íåñòàáèëüíîñòèôàçû èç-çà ðàçîãðåâà ðàáî÷åé îáëàñòè ÑÂ× òðàíçèñòîðà çà âðåìÿ äëèòåëüíîñòè ÑÂ×èìïóëüñà [1,2].

Ðàñ÷¸ò çàâèñèìîñòè òåìïåðàòóðû ðàáî÷åé îáëàñòè ÑÂ× òðàíçèñòîðà îò äëèòåëüíîñòèèìïóëüñà äëÿ ðàçëè÷íûõ ïîäëîæåê ïîêàçûâàåò, ÷òî ïðèìåíåíèå òåïëîïðîâîäÿùèõïîäëîæåê èç êàðáèäà êðåìíèÿ â GaN ÑÂ× òðàíçèñòîðàõ ïîçâîëÿåò îáåñïå÷èòü óðîâåíüïåðåãðåâà àêòèâíîé ñòðóêòóðû çà äëèòåëüíîñòü èìïóëüñà = 200 ìêñ Т 130 îÑ, ÷òîïðèìåðíî íà 60 % ìåíüøå, ÷åì â GaN ÑÂ× òðàíçèñòîðàõ, ñîçäàííûõ íà êðåìíèåâûõïîäëîæêàõ [3].

Ïåðåãðåâ ðàáî÷åé îáëàñòè ÑÂ× òðàíçèñòîðà, èçãîòîâëåííîãî íà ïîäëîæêå èçêðåìíèÿ, ïðè = 200 ìêñ è ïðè ñêâàæíîñòè 2 ñîñòàâëÿåò Т 240 îÑ, ÷òî ïðèâîäèò êçíà÷èòåëüíîìó ïàäåíèþ âûõîäíîé ìîùíîñòè Рвых è èçìåíåíèþ ôàçû êîýôôèöèåíòàóñèëåíèÿ Кр (ðèñ. 1).

Îïòèìèçàöèÿ îòâîäàòåïëà ïðè ïðèìåíåíèè â GaNÑÂ× òðàíçèñòîðåòåïëîïðîâîäÿùåé ïîäëîæêèèç êàðáèäà êðåìíèÿïîçâîëÿåò îáåñïå÷èòüíåðàâíîìåðíîñòü âåðøèíûÑÂ× èìïóëüñà ìåíåå 20 %îò àìïëèòóäû (ðèñ. 2).

Èçìåíåíèå ôîðìûîãèáàþùåé ÑÂ× èìïóëüñà(ðèñ. 2) îïðåäåëÿåòñÿ òîëüêîðàçîãðåâîì àêòèâíîé îáëàñòèÑÂ× òðàíçèñòîðà, ïîñêîëüêóíàïðÿæåíèå íà ñòîêå âî

âðåìÿ èìïóëüñà îñòà¸òñÿ ïîñòîÿííûì. Ïðè ýòîì ñïàä âåðøèíû èìïóëüñà îáóñëîâëåí âîñíîâíîì ñíèæåíèåì êðóòèçíû òðàíçèñòîðà ïðè ìàëîì èçìåíåíèè ðåàêòèâíûõñîñòàâëÿþùèõ èìïåäàíñà.

Ôîðìà îãèáàþùåé ÑÂ× èìïóëüñà (êðèâàÿ 2 ðèñ. 2) è çàâèñèìîñòü Кр(Т) (ðèñ. 1)ïîçâîëÿþò îöåíèòü âåëè÷èíó ðàçîãðåâà àêòèâíîé îáëàñòè ÑÂ× òðàíçèñòîðà Т çà

а) б)


äëèòåëüíîñòü èìïóëüñà = 200 ìêñ, êîòîðàÿ ñîñòàâëÿåò Т = 150 îÑ. Ïîëó÷åííîåçíà÷åíèå ïðàêòè÷åñêè ñîâïàäàåò ñ ðàñ÷¸òíûì çíà÷åíèåì [3].

Рис. 2Изменение напряжения на стоке СВЧтранзистора при подаче импульса питаниястока (1) и форма огибающей СВЧ импульса,обусловленная изменением температурырабочей области СВЧ транзистора за времядлительности импульса (2)

Èçìåðåííîå çíà÷åíèå îñíîâíîãî è áîêîâîãîëåïåñòêîâ ñâ¸ðòêè Ë×Ì ñèãíàëà (ðèñ. 3)ñîñòàâëÿåò ìåíåå 0,5 äÁ, ÷òî áëèçêî êïîãðåøíîñòè èçìåðåíèÿ è ñâèäåòåëüñòâóåò îíåçíà÷èòåëüíîì óõîäå ôàçû çà âðåìÿ èìïóëüñà[4]. Ýòî ìîæíî îáúÿñíèòü òåì, ÷òî çà âðåìÿèìïóëüñà âîçðàñòàåò òåìïåðàòóðà àêòèâíîéîáëàñòè òðàíçèñòîðà, à òåìïåðàòóðà êîðïóñàîñòà¸òñÿ íåèçìåííîé. Èçìåðåííàÿ íåñòàáèëüíîñòüôàçû êîýôôèöèåíòà ïåðåäà÷è â ïðåäåëàõ 20î

ïðè èçìåíåíèè òåìïåðàòóðû êîðïóñà îáúÿñíÿåòñÿèçìåíåíèåì ýëåêòðè÷åñêîé äëèíû ýëåìåíòîâêîíñòðóêöèè ãåíåðàòîðà.

ВыводыÏðîâåä¸ííûå èññëåäîâàíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî

ïðèìåíåíèå òåïëîïðîâîäÿùèõ ïîäëîæåê èçêàðáèäà êðåìíèÿ â GaN ÑÂ× òðàíçèñòîðàõïîçâîëÿåò îáåñïå÷èòü òåìïåðàòóðíóþñòàáèëüíîñòü ôàçû ñèãíàëà ÑÂ× ïåðåäàò÷èêà çà

äëèòåëüíîñòü èìïóëüñà = 200 ìêñ è íåðàâíîìåðíîñòü âåðøèíû ÑÂ× èìïóëüñà ìåíåå20 % îò àìïëèòóäû èìïóëüñà. Ýòî îïðåäåëÿåò íåçíà÷èòåëüíîå óìåíüøåíèå îòíîøåíèÿîñíîâíîãî è áîêîâîãî ëåïåñòêîâ ñâ¸ðòêè Ë×Ì ñèãíàëà ìåíåå ÷åì íà 0,5 äÁ, ÷òî áëèçêîê ïîãðåøíîñòè èçìåðåíèÿ. Äàííûé ðåçóëüòàò îáåñïå÷èâàåòñÿ óäåðæàíèåì óðîâíÿïåðåãðåâà àêòèâíîé ñòðóêòóðû Т 150 îÑ, ÷òî íà 60 % ìåíüøå, ÷åì óðîâåíüïåðåãðåâà â GaAs ÑÂ× òðàíçèñòîðàõ.

Рис. 3Отношение основного и

бокового лепестков свёрткиЛЧМ сигнала: а) свёртка

сигнала, поступающего навход ВУМ; б) свёртка

сигнала с выхода ВУМ

Литература1. Васильев А. Г., Колковский Ю. В., Концевой Ю. А. СВЧ приборы и устройства на широкозонных полупроводниках

// М.: Техносфера. – 2011. – 416 с.2. Глыбин А. А., Колковский Ю. В., Миннебаев В. М., Иванов К. А., Мещерякова К. С. Твердотельный нитрид-

галлиевый 500- ватный импульсный усилитель мощности Х-диапазона // Электронная техника. Серия 2.Полупроводниковые приборы. – 2011. – Вып. 1(226). – С. 83-88.

3. Глыбин А. А., Иванов К. А., Курмачев В.А., Филатов А. Л. Моделирование тепловых режимов мощных GaNСВЧ транзисторов // Электронная техника. Серия 2. Полупроводниковые приборы. – 2012. – Вып. 1(228). – С. 86-89.

4. Аболдуев И. М., Гарбер Г. З., Зубков А. М., Иванов К. А., Колковский Ю. В., Миннебаев В. М., Редька Ал. В.,Ушаков А. В. Импульсный режим работы мощных СВЧ гетеро-полевых AlGaN/GaN транзисторов // Электронная техника.Серия 2. Полупроводниковые приборы. – 2012. – Вып. 1(228). – С. 48-53.


Определение излучательной способности поверхности полупроводниковыхприборов методом отражения

УДК 621.384.3

Евдокимова Н. Л., Ежов В. С., Минин В. Ф.

Îäíèì èç ôàêòîðîâ, îïðåäåëÿþùèõ ïðåäåëüíî äîïóñòèìûå ðåæèìû ýêñïëóàòàöèèïîëóïðîâîäíèêîâûõ ïðèáîðîâ, ÿâëÿåòñÿ äîñòèæåíèå ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìîé òåìïåðàòóðûñòðóêòóðû. Ïðåâûøåíèå äàííîãî êðèòåðèÿ ïðèâîäèò ê óñêîðåíèþ ïðîöåññîâ äåãðàäàöèèè ê ðàííèì îòêàçàì ïðèáîðîâ [1-2]. Â ðàáîòå [3] ïîêàçàíî, ÷òî ðåãèñòðàöèÿ èíôðàêðàñíîãîèçëó÷åíèÿ ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíà äëÿ îòáîðà òðàíçèñòîðîâ ñ ðàçëè÷íûì çàïàñîì ïîïðåäåëüíî äîïóñòèìîé ìîùíîñòè. Ïîýòîìó áûâàåò íåîáõîäèì êîíòðîëü òåìïåðàòóðûïðèáîðîâ â ðàáî÷åì ðåæèìå. Ñ ýòîé öåëüþ ÷àñòî èñïîëüçóþò ïðÿìîé ìåòîä èçìåðåíèÿòåìïåðàòóðû ïðèáîðîâ ñ ïîìîùüþ ïèðîìåòðà ëèáî òåïëîâèçîðà. Äëÿ îïðåäåëåíèÿòåìïåðàòóðû òåë ñ ïîìîùüþ èíôðàêðàñíîãî (ÈÊ) ïèðîìåòðà èëè òåïëîâèçîðà íåîáõîäèìîçíàòü êîýôôèöèåíò îòíîñèòåëüíîé èçëó÷àòåëüíîé ñïîñîáíîñòè ïîâåðõíîñòè èññëåäóåìîãîòåëà, èìåíóåìûé â äàëüíåéøåì êîýôôèöèåíòîì èçëó÷åíèÿ . Â ïðèëàãàåìûõ ê ïèðîìåòðàìîïèñàíèÿõ, íàïðèìåð â ðàáîòå [4], äëÿ îïðåäåëåíèÿ èññëåäóåìûå îáðàçöû íåîáõîäèìîíàãðåâàòü. Ïðè÷¸ì, ÷åì ñèëüíåå íàãðåò îáðàçåö, òåì âûøå òî÷íîñòü èçìåðåíèÿ. Îäíàêîíàãðåòü îáðàçåö íå âñåãäà âîçìîæíî. Ïîýòîìó öåëüþ ðàáîòû ÿâëÿëîñü îïðåäåëåíèå áåç íàãðåâà îáðàçöà.

Ïî çàêîíó Êèðõãîôà [4-5] êîýôôèöèåíò èçëó÷åíèÿ ðàâåí êîýôôèöèåíòó ïîãëîùåíèÿ. Èç çàêîíà ñîõðàíåíèÿ ýíåðãèè ñëåäóåò, ÷òî äëÿ íåïðîçðà÷íûõ òåë êîýôôèöèåíòïîãëîùåíèÿ ñâÿçàí ñ êîýôôèöèåíòîì îòðàæåíèÿ ñëåäóþùèì ñîîòíîøåíèåì:

Точность ИК измерений температуры полупроводниковых приборов и других объектов зависитот правильного выбора значения излучательной способности () поверхности объекта.Рассмотренные в литературе методы определения требуют обязательного нагрева объекта.В работе рассмотрена возможность определения без нагрева самого объекта. Метод основанна явлении отражения ИК излучения от поверхности полупроводникового прибора. Полученаформула расчёта . Проведено сравнение результатов измерения методом отражения и прямымметодом на ряде поверхностей полупроводниковых приборов.

(1).

Èñïîëüçóÿ çàêîí Êèðõãîôôà, ïîëó÷èì

(2).

Ñëåäîâàòåëüíî, êîýôôèöèåíò èçëó÷åíèÿ ìîæíî îïðåäåëèòü ÷åðåç êîýôôèöèåíòîòðàæåíèÿ:

(3).

Âîñïîëüçóåìñÿ ýòèì ñîîòíîøåíèåì äëÿ îïðåäåëåíèÿ êîýôôèöèåíòà èçëó÷åíèÿ ÷åðåç êîýôôèöèåíò îòðàæåíèÿ .

Äëÿ îïðåäåëåíèÿ èñïîëüçóåì âíåøíèé èñòî÷íèê íàãðåâà, äàþùèé íàïðàâëåííûéíà îáðàçåö ïîòîê ýíåðãèè Wвн.ист.

Êîýôôèöèåíò îòðàæåíèÿ ïðè ýòîì áóäåò îïðåäåëÿòüñÿ êàê

Wотр/ Wвн.ист (4).

Ýêñïåðèìåíò ñîñòîèò èç äâóõ ýòàïîâ: èçìåðåíèÿ ýíåðãèè âíåøíåãî èñòî÷íèêàWвн.ист è ýíåðãèè, îòðàæ¸ííîé îò ïîâåðõíîñòè èññëåäóåìîãî îáðàçöà. Ïåðâîìó èçìåðåíèþ


Рис. 1Энергетические потоки, поступающие в пирометр, при

внешнем источнике нагрева при отражении от алюминия

Ïîëíàÿ ýíåðãèÿ Wполн1,ïîïàäàþùàÿ íà ïèðîìåòð ,ñêëàäûâàåòñÿ èç ýíåðãèè âíåøíåãîèñòî÷íèêà Wвн.ист è ýíåðãèè ,ïîïàäàþùåé íà ïèðîìåòð ïðèîòñóòñòâèè âíåøíåãî èñòî÷íèêà W01:

Wполн1 Wвн.ист W01 (5).

Ïîëíóþ ýíåðãèþ, ïîïàäàþùóþíà ïèðîìåòð, ìîæíî èçìåðèòü,óñòàíîâèâ íà ïèðîìåòðå = 1. Èçôîðìóëû (5) íàõîäèì ýíåðãèþâíåøíåãî èñòî÷íèêà:

Wвн.ист Wполн1 W01 (6).

Äëÿ îïðåäåëåíèÿ W01 íóæíîèçìåðèòü ýíåðãèþ, ïîñòóïàþùóþ îòàëþìèíèåâîé ïîâåðõíîñòè íàïèðîìåòð ïðè îòñóòñòâèè âíåøíåãîèñòî÷íèêà.

Òåïåðü íàéäåì ýíåðãèþ,îòðàæåííóþ îò ïîâåðõíîñòèèññëåäóåìîãî îáðàçöà (ðèñ. 2).

Ïðè ýòîì ïîëíàÿ ýíåðãèÿWполн2, ïîïàäàþùàÿ íà ïèðîìåòð,ñêëàäûâàåòñÿ èç îòðàæ¸ííîé îòïîâåðõíîñòè îáðàçöà ýíåðãèèâíåøíåãî èñòî÷íèêà Wвн.ист èýíåðãèè, ïîïàäàþùåé íà ïèðîìåòðïðè îòñóòñòâèè âíåøíåãî èñòî÷íèêàW02:

Wполн2 Wвн.ист W02 (7).

Èç (6) è (7 ) ïîëó÷èìâûðàæåíèå äëÿ êîýôôèöèåíòàîòðàæåíèÿ:

011

022

WWWW

полн

полн

(8).

Ýíåðãèÿ ñâÿçàíà ñ òåìïåðàòóðîé ïî çàêîíó Ñòåôàíà-Áîëüöìàíà [5]:

W Т4 (9),

ãäå – ïîñòîÿííàÿ Ñòåôàíà-Áîëüöìàíà.Ïîäñòàâëÿÿ (9) â (8) è ñîêðàùàÿ , ïîëó÷èì âûðàæåíèå äëÿ êîýôôèöèåíòà îòðàæåíèÿ:

401

41

402

42

TTTT

(10).

алюминий

W01

Wвн. ист Wвн. ист

Пирометр

áóäåò ñîîòâåòñòâîâàòü èíäåêñ 1, âòîðîìó – 2.Äëÿ èçìåðåíèÿ Wвн.ист íàïðàâèì ïîòîê îò âíåøíåãî èñòî÷íèêà íà èäåàëüíî

îòðàæàþùóþ ïîâåðõíîñòü â âèäå ãëàäêîé òîíêîé àëþìèíèåâîé ôîëüãè (ðèñ. 1).

образец

W02

Wвн. ист Wвн. ист

Пирометр

Рис. 2Энергетические потоки, поступающие в пирометр, при

внешнем источнике нагрева в случае отражения отисследуемого образца


Òàêèì îáðàçîì, íà îñíîâàíèè (3) è (10) èçëó÷àòåëüíóþ ñïîñîáíîñòü ìîæíîîïðåäåëèòü êàê

401

41

402

421

TTTT

(11).

Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî äàííûé ìåòîä îïðåäåëåíèÿ èçëó÷àòåëüíîé ñïîñîáíîñòèïðèìåíèì òîëüêî ê íåïðîçðà÷íûì äëÿ ÈÊ äèàïàçîíà ìàòåðèàëàì. Íàïðèìåð, âûñîêîîìíûéêðåìíèé (áåç ìåòàëëèçàöèè) ÿâëÿåòñÿ ïðîçðà÷íûì äëÿ ÈÊ èçëó÷åíèÿ. Ïîýòîìó ê íåìóäàííûé ìåòîä íåïðèìåíèì. Äðóãîé îãîâîðêîé ÿâëÿåòñÿ èñïîëüçîâàíèå ôîðìóëû (9),êîòîðàÿ ñïðàâåäëèâà äëÿ âñåãî ñïåêòðà òåïëîâîãî èçëó÷åíèÿ. Ïðè èçìåðåíèè òåìïåðàòóðûïèðîìåòðîì íóæíî ó÷èòûâàòü, ÷òî ïèðîìåòð èçìåðÿåò íå âñ¸ òåïëîâîå èçëó÷åíèå, àòîëüêî åãî ÷àñòü, ñîîòâåòñòâóþùóþ äèàïàçîíó ðàáî÷èõ äëèí âîëí ïèðîìåòðà. Îáîñíîâàíèåâîçìîæíîñòè èñïîëüçîâàíèÿ ýòîé ôîðìóëû äëÿ äèàïàçîíà äëèí âîëí 8-16 ìêì (ïèðîìåòðOptris LS) äàíî â ðàáîòå [6].

Ïðè èñïîëüçîâàíèè ôîðìóë (10) è (3) áûëè îïðåäåëåíû êîýôôèöèåíòû îòíîñèòåëüíîéèçëó÷àòåëüíîé ñïîñîáíîñòè ðàçëè÷íûõ ïîâåðõíîñòåé ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ñòðóêòóð.

Ñòåíä, íà êîòîðîì áûë ðåàëèçîâàí ýòîò ìåòîä, ïîêàçàí íà ðèñ. 3.

Â êà÷åñòâå âíåøíåãî èñòî÷íèêàáûë èñïîëüçîâàí ìåäíûé ñòåðæåíü,òåìïåðàòóðà êîòîðîãî ïîääåðæèâàëàñüñ òî÷íîñòüþ äî 1 îÑ. ÈÊ èçëó÷åíèåèçìåðÿëîñü ïèðîìåòðîì Optris LS. Ïðèçàäàííîé â óñòàíîâêàõ ïèðîìåòðà = 1 èçìåðÿëàñü ýíåðãèÿ, ïîñòóïàþùàÿíà ïèðîìåòð. Ïèðîìåòð êðåïèëñÿâåðòèêàëüíî íà øòàòèâå. Èññëåäóåìûåîáðàçöû áûëè ðàçìåùåíû íà íàêëîííîéïëàòôîðìå. Óãîë íàêëîíà ïëàòôîðìû êãîðèçîíòó ñîñòàâëÿë ïîðÿäêà 40î.Íàãðåòûé ìåäíûé ñòåðæåíüðàñïîëàãàëñÿ òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû óãîëïàäåíèÿ ÈÊ ëó÷à, èäóùåãî îò ìåäíîãîñòåðæíÿ ê èññëåäóåìîé ïîâåðõíîñòè, áûëðàâåí óãëó îòðàæåíèÿ ëó÷à ,ïîñòóïàþùåãî â ïèðîìåòð. Ïðè ýòîì

Рис. 3Стенд для измерения излучательной способности

поверхности полупроводниковых структур методомотражения

ïîêàçàíèÿ ïèðîìåòðà áûëè ìàêñèìàëüíûìè. Èçìåíåíèå ýíåðãèè âíåøíåãî èñòî÷íèêàîñóùåñòâëÿëîñü èçìåíåíèåì ñòàáèëèçèðîâàííîé òåìïåðàòóðû ìåäíîãî ñòåðæíÿ.

Â êà÷åñòâå èññëåäóåìûõ îáðàçöîâ áûëè èñïîëüçîâàíû ñëåäóþùèå ïîâåðõíîñòè:ïëàñòèíà GaAs, íàíåñåííûé íà ïîâåðõíîñòü ïëàñòèíû òåðìîèíäèêàòîð ÒÈ-150, êîðïóñòðàíçèñòîðà 2Ï816Ê, ïëàñòèíà ñ òðàíçèñòîðíûìè ñòðóêòóðàìè, ïëàñòèíà ñ îìè÷åñêèìèêîíòàêòàìè Au-Ge, êðèñòàëë òðàíçèñòîðà 2Ï816Ê, êåðàìèêà (èñïîëüçóåìàÿ â êà÷åñòâåêðûøåê òðàíçèñòîðîâ), êðèñòàëë òðàíçèñòîðà 2Ï762, íàíåñ¸ííûé íà ïîâåðõíîñòü ïëàñòèíû÷åðíûé ëàê.

Òåìïåðàòóðû, èçìåðåííûå â ãðàäóñàõ Öåëüñèÿ, ïðèâåäåíû â òàáë. 1. Çàòåìòåìïåðàòóðû áûëè ïåðåâåäåíû â øêàëó Êåëüâèíà: T = 273 + t. Ïî ôîðìóëàì (10) è (3)â ïðîãðàììå Excel áûëè ðàññ÷èòàíû êîýôôèöèåíòû îòðàæåíèÿ è èçëó÷åíèÿ ñîîòâåòñòâåííî. Çíà÷åíèÿ òåìïåðàòóð, èçìåðÿåìûõ ïèðîìåòðîì áåç âíåøíåãî èñòî÷íèêà,ïðè îòðàæåíèè îò àëþìèíèÿ è îò îáðàçöîâ îêàçàëèñü ðàâíûìè ñ òî÷íîñòüþ äî ãðàäóñà


è îáîçíà÷åíû â äàëüíåéøåì t0. Ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé òåìïåðàòóð t0, t1 è t2 è ðàñ÷¸òà ïî ôîðìóëå (10) è ïî ôîðìóëå (3) ïðèâåäåíû â òàáë. 1.

Таблица 1Результаты измерения методом отражения

Таблица 2Результаты измерения с помощью нагрева

îáðàçîì, îòíîñèòåëüíóþ èçëó÷àòåëüíóþ ñïîñîáíîñòü òåë, èìåþùèõ ïîëèðîâàííóþïîâåðõíîñòü (äëÿ èñêëþ÷åíèÿ äèôôóçíîãî îòðàæåíèÿ), ìîæíî îïðåäåëÿòü ìåòîäîìîòðàæåíèÿ.

Выводы1. Èçëó÷àòåëüíóþ ñïîñîáíîñòü íåïðîçðà÷íûõ ïîâåðõíîñòåé ïîëóïðîâîäíèêîâûõ

ïðèáîðîâ ìîæíî îïðåäåëÿòü áåç íàãðåâàíèÿ èññëåäóåìîãî ïðèáîðà, èñïîëüçóÿ ÿâëåíèåîòðàæåíèÿ ÈÊ èçëó÷åíèÿ, ïîñòóïàþùåãî îò âíåøíåãî èñòî÷íèêà.

2. Ðàñ÷¸ò èçëó÷àòåëüíîé ñïîñîáíîñòè ïðîâîäèòñÿ ïî ôîðìóëå

401

41

402

421

TTTT

,

ãäå Т1 è Т01 – òåìïåðàòóðû ñ âíåøíèì èñòî÷íèêîì òåïëà è áåç íåãî ñîîòâåòñòâåííî,

образцы

t0, оС

t1, оС

t2, оС

ρ

Значения εотр, полученные

методом отражения

пластина GaAs 22 112 53 0,26 0,74 ТИ-150 22 112 24 0,02 0,98

корпус 2П816К 22 112 82 0,57 0,43 транз. структура 22 112 92 0,71 0,29

омич. конт. Au-Ge 22 112 90 0,69 0,31 тр-р 2П816К 22 112 97 0,84 0,16

керамика 22 112 28 0,05 0,95 тр-р 2П762 22 112 91 0,70 0,30 черный лак 22 112 30 0,06 0,94

Îïðåäåëåíèå отрáûëî ïðîâåäåíî äëÿäâóõ òåìïåðàòóðâíåøíåãî èñòî÷íèêà50 è 112 îÑ. Çíà÷åíèÿотр, îïðåäåëÿåìûå äëÿäâóõ òåìïåðàòóðèñòî÷íèêà, îêàçàëèñüîäèíàêîâûìè âïðåäåëàõ òî÷íîñòèçàäàíèÿ òåìïåðàòóðûèñòî÷íèêà (1 îÑ).Äëÿ ïðîâåðêèï î ë ó ÷ å í í û õð å ç ó ë ü ò à ò î â ,

образцы Значения εнагр, полученные прямым методом, путем нагрева образцов

50 оС 60 оС 70 оС 80 оС Средн. знач. εнагр

пластина GaAs 0,75 0,77 0,78 0,78 0,77 ТИ-150 0,98 0,99 0,99 0,99 0,99

корпус 2П816К 0,5 0,44 0,47 0,52 0,48 транз. структура 0,28 0,27 0,3 0,29 0,29

омич. конт. Au-Ge 0,30 0,31 0,35 0,32 0,32 кристалл 2П816К 0,11 0,19 0,13 0,13 0,14

керамика 0,83 0,93 0,93 0,93 0,91 кристалл 2П762 0,33 0,35 0,36 0,35 0,35

черный лак 0,98 0,96 0.97 0,97 0,97

íàéäåííûõ ìåòîäîìîòðàæåíèÿ, áûëè èçìåðåíûçíà÷åíèÿ ïðÿìûì ìåòîäîì– ñ ïîìîùüþ íàãðåâà ýòèõæå ñòðóêòóð â òåðìîêàìåðå.Òåðìîêàìåðà áûëà íàãðåòàäî 50, 60, 70 è 80 îÑ.Ïîëó÷åííûå çíà÷åíèÿîòíîñèòåëüíîé èçëó÷àòåëüíîéñïîñîáíîñòè нагр, èçìåðåííûåïðè ðàçíûõ òåìïåðàòóðàõ,ïðèâåäåíû â òàáë. 2.

Ðàññ÷èòàííàÿ âïðîãðàììå Excel êîððåëÿöèÿìàññèâà отр òàáëèöû 1 èìàññèâà нагр òàáëèöû 2ñîñòàâëÿåò 0,995. Òàêèì


èçìåðÿåìûå ïðè îòðàæåíèè îò èäåàëüíî îòðàæàþùåé ïîâåðõíîñòè, Т2 è Т02 – òåìïåðàòóðûñ âíåøíèì èñòî÷íèêîì òåïëà è áåç íåãî ñîîòâåòñòâåííî, èçìåðÿåìûå ïðè îòðàæåíèèîò ïîâåðõíîñòè èññëåäóåìîãî ïðèáîðà.

3. Ñðàâíåíèå ïðåäëàãàåìîãî ìåòîäà îïðåäåëåíèÿ èçëó÷àòåëüíîé ñïîñîáíîñòè,èñïîëüçóþùåãî îòðàæåíèå ÈÊ èçëó÷åíèÿ îò âíåøíåãî èñòî÷íèêà, ñ òðàäèöèîííûì ìåòîäîì,èñïîëüçóþùèì íàãðåâ èññëåäóåìîãî îáúåêòà, ïîêàçàëî êîððåëÿöèþ ðåçóëüòàòîâ èçìåðåíèÿ0,995.

4. Ðåçóëüòàòû ðàáîòû ìîãóò áûòü èñïîëüçîâàíû â ïðàêòèêå ÈÊ èçìåðåíèé.

Литература1. Синкевич В. Ф. Физические основы обеспечения надёжности мощных биполярных и полевых

транзисторов // Электронная промышленность. – 2003. – № 2. – С. 232.2. Евдокимова Н. Л., Ежов В. С., Минин В. Ф., Перельман Б. Л. Оценка качества мощных транзисторов

по их предельно допустимым и теплофизическим параметрам // Электронная промышленность. – 2003. – № 2.– С. 244.

3. Иткин Б. Я., Концевой Ю. А., Демина Г. К., Кудин В. Д. Исследование связи инфракрасного излученияс отказами транзисторов // Электронная техника. Серия 2. Полупроводниковые приборы. – 1969. – Вып. 4. –С. 92.

4. Non-Сontact Temperature Measurement, the company «Optris», http://www.optris.com/tl_files/pdf/Downloads/IR-Basics.pdf.

5. Температурные измерения. Справочник // Под ред. О. А. Геращенко и др. – Киев : Наук. думка. –1989.

6. Евдокимова Н. Л., Ежов В. С., Иванов С. В., Минин В. Ф., Синкевич В. Ф. Способ определенияизлучательной способности поверхности полупроводниковых приборов // Электронная техника. Cерия 2.Полупроводниковые приборы. – 2012. – Вып. 1(228). – С. 57-63.


Расчёт и анализ распределения тока и температуры в структуре мощного ВЧбиполярного транзистора с учётом механизмов тепловой обратной связи

УДК 621.382.33

Сергеев В. А., Ходаков А. М.

–

Рассмотрено тепловое моделирование структуры мощного ВЧ биполярного транзистора сучётом действующих механизмов положительной обратной связи. Получены неоднородныераспределения плотности тока и температуры по активной области структуры, а такжетемпературные распределения по контактным областям различных слоёв конструкции мощногобиполярного транзистора для вариантов теплоотвода с конечной теплопроводностью иидеального теплоотвода. Проведённый анализ расчётных результатов показал, что учётнеоднородного распределения температуры в термокомпенсирующей пластине и основаниикорпуса приводит к увеличению максимального перегрева всех областей конструкции мощногобиполярного транзистора по сравнению с моделью идеального теплоотвода.

ВведениеÄëÿ ìîùíûõ áèïîëÿðíûõ Â× òðàíçèñòîðîâ (ÌÁÒ) â àêòèâíîì ðåæèìå ðàáîòû

õàðàêòåðíû âûñîêèå çíà÷åíèÿ ðàññåèâàåìîé ïëîòíîñòè ìîùíîñòè, ïðèâîäÿùèå ê ïåðåãðåâóåãî àêòèâíîé îáëàñòè íà 130-150 Ê îòíîñèòåëüíî îñíîâàíèÿ êîðïóñà òðàíçèñòîðà. Ïðèýòîì ðàñïðåäåëåíèå òåìïåðàòóðû è ïëîòíîñòè ìîùíîñòè â ïðèáîðíîé ñòðóêòóðå ÿâëÿåòñÿñóùåñòâåííî íåîäíîðîäíûì. Âåëè÷èíà ýòîé íåîäíîðîäíîñòè îïðåäåëÿåò ïðåäåëüíûåðåæèìû ýêñïëóàòàöèè è íàä¸æíîñòü ïðèáîðà. Ïðè ðàñ÷¸òå ðàñïðåäåëåíèé òåìïåðàòóðûè ïëîòíîñòè òîêà â ïðèáîðíûõ ñòðóêòóðàõ òåïëîïðîâîäíîñòü êîðïóñà ÌÁÒ ÷àùå âñåãîïîëàãàþò áåñêîíå÷íîé, à òåìïåðàòóðó îñíîâàíèÿ êîðïóñà – îäíîðîäíî ðàñïðåäåë¸ííîé[1-3]. Îöåíêè âëèÿíèÿ íåèäåàëüíîñòè òåïëîîòâîäà íà ðàñïðåäåëåíèå òåìïåðàòóðûîñíîâàíèÿ êîðïóñà ïðîâîäèëèñü áåç ó÷¸òà ìåõàíèçìîâ ïîëîæèòåëüíîé òåïëîâîé îáðàòíîéñâÿçè (ÏÒÎÑ), äåéñòâóþùåé â áèïîëÿðíûõ ïðèáîðàõ, ïðèâîäÿùèõ ê èçìåíåíèþ èñõîäíîãîðàñïðåäåëåíèÿ èñòî÷íèêîâ òåïëà â ñòðóêòóðå [1, 4]. Ýòî ïðèâîäèò ê çàíèæåííûìçíà÷åíèÿì âåëè÷èíû ìàêñèìàëüíîé òåìïåðàòóðû ïîëóïðîâîäíèêîâîé ñòðóêòóðû èíåîäíîðîäíîñòè å¸ ðàñïðåäåëåíèÿ ïî ïëîùàäè àêòèâíîé îáëàñòè. Îñíîâíûå ìåõàíèçìûÏÒÎÑ îïðåäåëÿþòñÿ çàâèñèìîñòüþ ïëîòíîñòè ýìèòòåðíîãî òîêà è êîýôôèöèåíòàòåïëîïðîâîäíîñòè ìàòåðèàëîâ êîíñòðóêöèè òðàíçèñòîðà îò òåìïåðàòóðû. Â ñòàòüåïðåäñòàâëåíû ðåçóëüòàòû ïðîâåä¸ííûõ ðàñ÷¸òíûõ èññëåäîâàíèé íåîäíîðîäíîñòèðàñïðåäåëåíèÿ òåìïåðàòóðû è ïëîòíîñòè òîêà ïî ñòðóêòóðå ÌÁÒ ñ èñïîëüçîâàíèåììîäåëèðóþùåé ñðåäû COMSOL Multiphysics [5] ñ îäíîâðåìåííûì ó÷¸òîì óêàçàííûõìåõàíèçìîâ ÏÒÎÑ.

Теплоэлектрическая модель структуры МБТÍà ðèñ. 1 ïðåäñòàâëåíà ãåîìåòðèÿ ìîäåëè ÌÁÒ ñ ìíîãîýìèòòåðíîé ñòðóêòóðîé,

êîòîðàÿ ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé êîíñòðóêöèþ, ñîñòîÿùóþ èç òð¸õ ýëåìåíòîâ: 1 –ïðÿìîóãîëüíîãî ïîëóïðîâîäíèêîâîãî êðèñòàëëà ñ ðàçìåðàìè Lcx х Lcy х hc; 2 –òåðìîêîìïåíñèðóþùåé öèëèíäðè÷åñêîé ïëàñòèíû ðàäèóñîì Rpl è òîëùèíîé hpl; 3 –îñíîâàíèÿ êîðïóñà (òåïëîîòâîäà) ñ ðàçìåðàìè LTx хLTy х hT . Îñíîâíîå êîëè÷åñòâî òåïëàâûäåëÿåòñÿ â îáëàñòè êîëëåêòîðíîãî p-n ïåðåõîäà âáëèçè âåðõíåé (ðàáî÷åé) ïîâåðõíîñòèêðèñòàëëà è îòâîäèòñÿ ïóò¸ì òåïëîïðîâîäíîñòè ÷åðåç êðèñòàëë ïîëóïðîâîäíèêà, ïëàñòèíóè êîðïóñ òðàíçèñòîðà è äàëåå â ñðåäó. Êàê ïðàâèëî, ãëóáèíà çàëåãàíèÿ ðàáî÷åéîáëàñòè p-n ïåðåõîäà îò âåðõíåé ïîâåðõíîñòè êðèñòàëëà ìíîãî ìåíüøå òîëùèíû


ïîëóïðîâîäíèêîâîé ïîäëîæêè, ïîýòîìó ïðåäïîëàãàåì, ÷òî èñòî÷íèêè òåïëà ðàñïîëîæåíûíà âåðõíåé ïîâåðõíîñòè êðèñòàëëà è çàíèìàþò àêòèâíóþ îáëàñòü ïëîùàäüþ Sar = Nlfxlfy,ãäå lfx, lfy – ðàçìåðû ïîëîñêè ýìèòòåðà ïî îñÿì x è y ñîîòâåòñòâåííî, à N – ÷èñëîïîëîñîê ýìèòòåðà. Âëèÿíèåì òîíêèõ ñëî¸â ïðèïîÿ è ìåòàëëèçàöèè ìåæäó êðèñòàëëîìïîëóïðîâîäíèêà, òåðìîêîìïåíñèðóþùåé ïëàñòèíîé è êîðïóñîì ïðåíåáðåãàåì ââèäó èõìàëîé òîëùèíû (< 50 ìêì) ïî ñðàâíåíèþ ñ òîëùèíîé îñíîâíûõ ýëåìåíòîâ êîíñòðóêöèèòðàíçèñòîðà. Êîýôôèöèåíò òåïëîîáìåíà ÷åðåç çàïîëíåííóþ âîçäóõîì ïðîñëîéêó âíóòðèîãðàíè÷åííîãî îáú¸ìà êîðïóñà ïðåíåáðåæèìî ìàë è ñîñòàâëÿåò conv 6-12 Âò/ì2Ê(ñâîáîäíûé êîíâåêòèâíûé òåïëîîáìåí) [6]. Ïî ýòîé ïðè÷èíå íà âåðõíåé ïîâåðõíîñòèêðèñòàëëà çà ïðåäåëàìè àêòèâíîé îáëàñòè è íà áîêîâûõ ïîâåðõíîñòÿõ ñòðóêòóðû áóäåìçàäàâàòü àäèàáàòíûå ãðàíè÷íûå óñëîâèÿ. Òåìïåðàòóðó íèæíåé ïîâåðõíîñòè êîðïóñàñ÷èòàåì ðàâíîé òåìïåðàòóðå îêðóæàþùåé ñðåäû T0. Îñü Ох íàïðàâëåíà ïîïåð¸ê, à îñüОу – âäîëü ýìèòòåðíûõ äîðîæåê, îñü Оz – îò îñíîâàíèÿ êîðïóñà ïåðïåíäèêóëÿðíîââåðõ.

Рис. 1Геометрия конструкции МБТ

Ñ ó÷¸òîì ñäåëàííûõ âûøåïðåäïîëîæåíèé ñòàöèîíàðíîåóðàâíåíèå òåïëîïðîâîäíîñòè èãðàíè÷íûå óñëîâèÿ èìåþò âèä:

(1)

– íà âåðõíåé ïîâåðõíîñòèêðèñòàëëà

(2);

– íà áîêîâûõ ïîâåðõíîñòÿõñòðóêòóðû

(3);– íà íèæíåé ïîâåðõíîñòè êîðïóñà

(4);

– íà ãðàíèöàõ ñîïðèêîñíîâåíèÿ ýëåìåíòîâ ñòðóêòóðû

, (5),

ãäå i = 1, 2, 3 – íîìåð ñëîÿ â ñòðóêòóðå; – äëÿ ïðÿìîóãîëüíîãîè öèëèíäðè÷åñêîãî ýëåìåíòîâ ñòðóêòóðû ñîîòâåòñòâåííî; – âåêòîð âíåøíåé íîðìàëèê ïîâåðõíîñòÿì ñòðóêòóðû; Ti = (Tli –Т0); Tli – òåìïåðàòóðà i-ãî ñëîÿ ñòðóêòóðû; qar –ïëîòíîñòü òåïëîâîãî ïîòîêà â àêòèâíîé îáëàñòè ñòðóêòóðû; i – êîýôôèöèåíòûòåïëîïðîâîäíîñòè i-ãî ñëîÿ; G0 , Gar – îáëàñòè, çàíèìàåìûå âåðõíåé ïîâåðõíîñòüþêðèñòàëëà è àêòèâíîé å¸ ÷àñòüþ.

Â öåëÿõ ó÷¸òà çàâèñèìîñòè êîýôôèöèåíòîâ òåïëîïðîâîäíîñòè ýëåìåíòîâ êîíñòðóêöèèÌÁÒ îò òåìïåðàòóðû èñïîëüçîâàëàñü âñòðîåííàÿ áèáëèîòåêà äàííûõ òåïëîôèçè÷åñêèõõàðàêòåðèñòèê ìàòåðèàëîâ COMSOL Multiphysics. Â ýòîé áèáëèîòåêå i(Tli)àïïðîêñèìèðóþòñÿ êóñî÷íî-íåïðåðûâíûìè ïîëèíîìàìè äâóõ âèäîâ:

),,( zyxrr , ),,( zrrr n

1) , 2) , , (6)

,0)gradT)T((div ili

)GG(r,0

Gr),r(qn

)r(T)T(ar0

arar11l1

0n

)r(Ti

0)r(T3

n)r(T)T(

n)r(T)T( i

lii1i

)1i(l1i

0)r(T)r(T 1ii

n

nnmTa)T(

n

nnmTaexp)T(

endstart mm TTT


ãäå endstart mm T,T – çíà÷åíèÿ òåìïåðàòóðû íà êîíöàõ ðàñ÷¸òíûõ èíòåðâàëîâ; anm –

ïîñòîÿííûå êîýôôèöèåíòû àïïðîêñèìàöèè.

Численное решение задачи и анализ полученных результатовÑ ïîìîùüþ ìîäåëèðóþùåé ñðåäû ÑÎÌSÎL ìîæíî ðàññ÷èòûâàòü òåìïåðàòóðíûå

ïîëÿ â ñòðóêòóðå ÌÁÒ ïðè çàäàííîì ðàñïðåäåëåíèè èñòî÷íèêîâ òåïëà è ãðàíè÷íûõóñëîâèÿõ. Îäíàêî èñïîëüçóåìûé ïàêåò ïðîãðàìì òåïëîïåðåíîñà â ñðåäàõ íå ïîçâîëÿåòíåïîñðåäñòâåííî ó÷åñòü ïåðåðàñïðåäåëåíèå èñòî÷íèêîâ òåïëà â àêòèâíîé îáëàñòèïîëóïðîâîäíèêîâîé ñòðóêòóðû, ïðîèñõîäÿùåå â ðåçóëüòàòå äåéñòâèÿ ÏÒÎÑ.

Äëÿ ðàññìàòðèâàåìîé ïðèáîðíîé ñòðóêòóðû ÌÁÒ îïðåäåëåíèå ïëîòíîñòèðàññåèâàåìîé ìîùíîñòè ïðè çàäàííîì ðåæèìå âêëþ÷åíèÿ òðàíçèñòîðà â ýëåêòðè÷åñêóþöåïü îáû÷íî ñâîäèòñÿ ê ðàñ÷¸òó ïëîòíîñòè òîêîâ è ïîòåíöèàëà ïî óðàâíåíèÿì âîëüò-àìïåðíûõ õàðàêòåðèñòèê ïðèáîðîâ [7]. Çàâèñèìîñòü ïëîòíîñòè òîêà â àêòèâíîé îáëàñòèïîëóïðîâîäíèêîâîé ñòðóêòóðû îò òåìïåðàòóðû îïðåäåëÿåòñÿ èç ÂÀÕ òðàíçèñòîðà âñëåäóþùåì âèäå:

(7),

ãäå Ueb – íàïðÿæåíèå ýìèòòåð-áàçà, = rT.Sar , rT – âõîäíîå îìè÷åñêîå ñîïðîòèâëåíèå

òðàíçèñòîðà â ñõåìå ñ îáùåé áàçîé, Eg – øèðèíà çàïðåù¸ííîé çîíû ïîëóïðîâîäíèêà,Jaro – ñëàáîçàâèñÿùèé îò òåìïåðàòóðû ïàðàìåòð, kB – ïîñòîÿííàÿ Áîëüöìàíà, e – çàðÿäýëåêòðîíà. Ïðè ýòîì íåîáõîäèìî, ÷òîáû âûïîëíÿëîñü óñëîâèå âêëþ÷åíèÿ ïðèáîðà âîâíåøíþþ ýëåêòðè÷åñêóþ öåïü: ðàññåèâàåìàÿ ñòðóêòóðîé ÌÁÒ ìîùíîñòü äîëæíà îñòàâàòüñÿïîñòîÿííîé ïðè ëþáîì ðàñïðåäåëåíèè òåìïåðàòóðû ïî âåðõíåé ïëîùàäè ñòðóêòóðû

(8),

ãäå , Ucb – íàïðÿæåíèå êîëëåêòîð-áàçà.Ðàñïðåäåëåíèÿ ïëîòíîñòè òîêà àêòèâíîé îáëàñòè è òåìïåðàòóðû â ñòðóêòóðå ïðèáîðà

íàõîäèëèñü ÷èñëåííûì ìåòîäîì ñ èñïîëüçîâàíèåì èòåðàöèîííîãî àëãîðèòìà è îáðàùåíèÿê ïðîãðàììíîé ñðåäå COMSOL Multiphysics. Ðàçðàáîòàííàÿ ïðîãðàììà àíàëîãè÷íàïðîãðàììå [8]. Ïðîñòðàíñòâåííî íåçàâèñèìûì óïðàâëÿþùèì ïàðàìåòðîì èòåðàöèîííîãîïðîöåññà, îáåñïå÷èâàþùèì âûïîëíåíèå óñëîâèÿ (8), ÿâëÿåòñÿ íàïðÿæåíèå ýìèòòåð-áàçà â óðàâíåíèè òåïëîâîé îáðàòíîé ñâÿçè (7).

Ðàñ÷¸òíûå èññëåäîâàíèÿ ðàñïðåäåëåíèÿ òåìïåðàòóðû â ñòðóêòóðå ÌÁÒ ïðîâîäèëèñüíà ïðèìåðå òèïè÷íîé êîíñòðóêöèè ÌÁÒ â êîðïóñå ÒÎ-3 ñ ãåîìåòðè÷åñêèìè ðàçìåðàìèñîñòàâëÿþùèõ å¸ ýëåìåíòîâ, íàõîäÿùèõñÿ â ñëåäóþùèõ ïðåäåëàõ [9]:Lcx = Lcy = 0,0045-0,005 ì; hc = 120-200 ìêì; Rpl = 0,0048-0,0052 ì; hpl = 0,001-0,0015 ì.

Êîýôôèöèåíò òåïëîïðîâîäíîñòè ìàòåðèàëà òåðìîêîìïåíñèðóþùåé ïëàñòèíû 2èçìåíÿëñÿ îò 150 Âò/ì.Ê äî 400 Âò/ì.Ê. Âåëè÷èíà ïîëíîé ðàññåèâàåìîé ÌÁÒ ìîùíîñòèP = 10-60 Âò. Òåìïåðàòóðà T0 ïðèíèìàëàñü ðàâíîé 300 Ê.

Äëÿ ïðèâîäèìîãî íèæå ðàñ÷¸òíîãî ïðèìåðà áûëà âûáðàíà ñòðóêòóðà ÌÁÒ ñãåîìåòðè÷åñêèìè ðàçìåðàìè: Lcx = Lcy = 0,0048 ì; hc = 2å-4 ì; lfx = 1,5å-4 ì; lfy = 0,0024 ì;Rpl = 0,005 ì; hpl = 0,0012 ì; LTx х LTy х hT = 0,03 х 0,03 х 0,002 ì ñ ïëàñòèíîé èç BeO èêîðïóñîì èç ìåäè. Çàâèñèìîñòè êîýôôèöèåíòîâ òåïëîïðîâîäíîñòè êðèñòàëëàïîëóïðîâîäíèêà è òåðìîêîìïåíñèðóþùåé ïëàñòèíû îò òåìïåðàòóðû, âçÿòûå èç áèáëèîòåêèìîäåëèðóþùåé ñðåäû COMSOL Multiphysics, ïðèâåäåíû íà ðèñ. 2. Êîýôôèöèåíò

arGr

)r(Tk))T(JeeU - E(

expJ)T(J1lB

1larebgoar1lar

constds)r(JUP

arSarcb


òåïëîïðîâîäíîñòè ìåäè ñëàáî çàâèñèò îò òåìïåðàòóðû â ðàññìàòðèâàåìîì òåìïåðàòóðíîìèíòåðâàëå, ïîýòîìó îí ïðåäïîëàãàëñÿ ïîñòîÿííûì è ðàâíûì 3 = 400 Âò/ì.Ê.

Рис. 2Температурные зависимости

коэффициента теплопроводностиматериалов структуры МБТ

Â ñëó÷àå íåèäåàëüíîãî òåïëîîòâîäà íà ðèñ. 3ïðåäñòàâëåíû ïîëó÷åííûå â ðåçóëüòàòå ðàñ÷¸òíîãîìîäåëèðîâàíèÿ íåîäíîðîäíûå òåìïåðàòóðíûåðàñïðåäåëåíèÿ äëÿ ðàçëè÷íûõ ñëî¸â êîíñòðóêöèè ÌÁÒ:âåðõíåé ïîâåðõíîñòè êðèñòàëëà (zS = 0,0034 ì),îáëàñòåé êîíòàêòîâ êðèñòàëë-ïëàñòèíà (zS = 0,0032 ì)è ïëàñòèíà-òåïëîîòâîä (zS = 0,002 ì).

Îäíîìåðíûå ðàñïðåäåëåíèÿ òåìïåðàòóðû âäîëüîñè x äëÿ ïîïåðå÷íûõ ñå÷åíèé (x, LTy / 2, zS) ïîêàçàíûíà ðèñ. 4 äëÿ äâóõ âàðèàíòîâ òåïëîîòâîäà: 1 –èäåàëüíûé òåïëîîòâîä ; 2 – òåïëîîòâîä ñêîíå÷íîé òåïëîïðîâîäíîñòüþ. Îïðåäåëèì âåëè÷èíóîòíîñèòåëüíîãî èçìåíåíèÿ ìàêñèìàëüíîãî ïåðåãðåâàýëåìåíòà êîíñòðóêöèè ñëåäóþùèì îáðàçîì:

0)(3 TrlT

(9),

, W

m-1

K-1

T, K

280 320 360 400 440 480

240

200

160

120

80

280

Si

ВеО

б)

в)

а)

Рис. 3Температурные распределения по

поверхностям различных слоёвконструкции МБТ:

а) верхней поверхности кристалла;областей контакта: б) кристалла с

пластиной из BeO; в) пластины из BeO степлоотводом; P = 60 Вт

ãäå T*max , Tmax – ìàêñèìàëüíûå ïåðåãðåâû äëÿ ïåðâîãî è âòîðîãî âàðèàíòîâ òåïëîîòâîäàñîîòâåòñòâåííî. Äëÿ äàííîãî ðàñ÷¸òíîãî âàðèàíòà íàáëþäàåòñÿ óâåëè÷åíèå âåëè÷èíû âåðõíåé ïîâåðõíîñòè êðèñòàëëà íà 19%, à â îáëàñòè êîíòàêòà êðèñòàëëà ñ ïëàñòèíîé íà31%.

*max

*maxmax

TTT


Ìàêñèìàëüíûé ïåðåãðåâ îáëàñòè êîíòàêòà ïëàñòèíû ñ òåïëîîòâîäîì âî âòîðîì âàðèàíòåñîñòàâëÿåò 10 Ê. Ïðè ýòîì â ðåçóëüòàòå äåéñòâèÿ ÏÒÎÑ â ñòðóêòóðå ÌÁÒ ïðîèñõîäèòïåðåðàñïðåäåëåíèå èñòî÷íèêîâ òåïëà è ìàêñèìàëüíàÿ ïëîòíîñòü òîêà âîçðàñòàåò íà45% ïî îòíîøåíèþ ê ïåðâîìó âàðèàíòó òåïëîîòâîäà (ðèñ. 5).

360

340

350

330

320

310

3000,01 0,012 0,014 0,016 0,018 0,02

1

1”

22”

3

T, K

x, m

0,6

0,4

0,2

00,013 0,014 0,015 0,016 0,017

x, m

J, A

/mm

2

Рис. 4Температурные распределения (y = 0,015 м) по:

1, 1” – верхней поверхности кристалла;области контакта: 2, 2” – кристалла с пластиной,

3 – пластины с теплоотводом; пунктир – идеальныйтеплоотвод; материал пластины – BeO; Р = 60 Вт

Рис. 5Плотность тока активной области МБТ; пунктир –идеальный теплоотвод; материал пластины – BeO;

y = 0,015 м; Р = 60 Вт

ЗаключениеÒåïëîâîå ìîäåëèðîâàíèå ñòðóêòóðû

ìîùíîãî Â× áèïîëÿðíîãî òðàíçèñòîðà ñó÷¸òîì äåéñòâóþùèõ ìåõàíèçìîâïîëîæèòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè ïîêàçàëî,÷òî ó÷¸ò íåîäíîðîäíîãî ðàñïðåäåëåíèÿòåìïåðàòóðû â òåðìîêîìïåíñèðóþùåéïëàñòèíå è îñíîâàíèè êîðïóñà ïðèâîäèòê óâåëè÷åíèþ ìàêñèìàëüíîãî ïåðåãðåâàâñåõ îáëàñòåé êîíñòðóêöèè ÌÁÒ ïîñðàâíåíèþ ñ ìîäåëüþ èäåàëüíîãîòåïëîîòâîäà. Ïðè ýòîì îòíîñèòåëüíîåèçìåíåíèå ìàêñèìàëüíîãî ïåðåãðåâà áîëüøå äëÿ îáëàñòè êîíòàêòà êðèñòàëë-òåðìîêîìïåíñèðóþùàÿ ïëàñòèíà, ÷åì äëÿâåðõíåé ïîâåðõíîñòè êðèñòàëëà. Ñëåäóåòòàêæå îòìåòèòü, ÷òî äëÿ ÌÁÒ íàëè÷èåïîëîæèòåëüíîé ýëåêòðîòåïëîâîé îáðàòíîéñâÿçè è äåôåêòîâ â êîíòàêòíûõ îáëàñòÿõñòðóêòóðû [10] ïðèâîäèò ê åù¸ áîëüøåìóóâåëè÷åíèþ ëîêàëüíûõ ïåðåãðåâîâýëåìåíòîâ êîíñòðóêöèè òðàíçèñòîðà. Ñó÷¸òîì ýòèõ ôàêòîðîâ ðåàëüíûåçíà÷åíèÿ íåîäíîðîäíîñòè ðàñïðåäåëåíèÿòåìïåðàòóðû êîíñòðóêöèè ÌÁÒ èìàêñèìàëüíûõ ïåðåãðåâîâ å¸ îáëàñòåéáóäóò èìåòü åù¸ áîëåå âûñîêèåçíà÷åíèÿ, ÷åì ïîëó÷åííûå â äàííîéðàáîòå.

Литература1. Marani R. and Perri A.G. Analytical

Electrothermal Modelling of Multilayer StructureElectronic Devices. // The Open Electr ical &Electronic Engineering Journal. – 2010. – №4. –P. 32-39.

2. Mouthaan K., Tinti R., Arno A. Thermalresistance modelling of RF high power bipolartransistors. // Proceeding of the 27th European Solid-State Device Research Conference. – 1997. –P. 184-187.

3. Chen Liang, Zhang Wan-Rong, Jin Dong-Yue et al Thermal stability improvement of a multiplefinger power SiGe heterojunction bipolar transistorunder different power dissipations using non-uniform


finger spacing. // Chinese Physics B. – 2011. – V. 20. – №1. – P. 11-15.4. Чернышев А. А., Иванов В. И., Аксенов А. И., Глушкова Д. Н. Обеспечение тепловых режимов изделий

электронной техники. – М.: Энергия. – 1980. – 216 с.5. Pryor A, Roger W. Multiphysics Modeling Using COMSOL: A First Principles Approach. Jones and Bartlett

Publishers, LLC. – 2009. – 872 p.6. Дульнев Г. Н. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре. – М.: Высшая школа. – 1984. –

248 с.7. Конструкции корпусов и тепловые свойства полупроводниковых приборов / Под общей ред. Горюнова

Н. Н. – М.: Энергия. – 1972. – 120 с.8. Ходаков А. М., Сергеев В. А. Комплексная программа моделирования и расчёта температурных полей

в биполярных осесимметричных структурах полупроводниковых изделий с температурозависимой плотностьюмощности // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2010615259. – М.:РОСПАТЕНТ, 13.08.2010. Бюллетень «Программы для ЭВМ, базы данных, топологии интегральныхмикросхем». – 2010. – №4. – С. 239.

9. Никишин В. И., Петров Б. К., Сыноров В. Ф. и др. Проектирование и технология производства мощныхСВЧ-транзисторов. – М.: Радио и связь. – 1989. – 144 с.

10. Сергеев В. А., Ходаков А. М. Тепловая модель биполярной транзисторной структуры снеоднородностью в области контакта кристалла с теплоотводом // Электронная техника. Серия 2.Полупроводниковые приборы – 2010. – Вып. 1(224). – С. 12-18.

ИТОГИХI Всероссийской научно-технической конференции

«Пульсар-2012»

С 17 по 19 октября в г. Дубна в Доме международных совещаний ОИЯИ проходила ХI Всероссийскаянаучно-техническая конференция «Пульсар-2012» – «Твердотельная электроника. Сложные функциональныеблоки РЭА». Организаторами этой традиционной ежегодной конференции выступили ОАО «Российскаяэлектроника», Московское научно-техническое общество радиотехники, электроники и связи им. А. С. Попова,ФГУП «НПП «Пульсар» и ОАО «ГЗ «Пульсар».

В конференции приняли участие представители 35 отраслевых научно-производственных предприятий,ВУЗов и научно-исследовательских институтов РАН из 18 городов РФ и 1 представитель зарубежной фирмы.

С приветственным словом к собравшимся обратился Председатель конференции – генеральныйдиректор ОАО «Российская электроника» Андрей Владимирович Зверев, который отметил высокий научныйуровень подготовленных материалов конференции, широкую географию представительства и обратил особоевнимание молодых участников на необходимость создания высокотехнологичных изделий твердотельнойэлектроники, конкурентоспособных на мировом рынке.

В программу конференции вошли 50 устных и 15 стендовых докладов, тематически поделённых начетыре секции: СВЧ твердотельная электроника; микро-, фото- и силовая электроника; вопросы качества инадёжности при проектировании и производстве изделий твердотельной электроники; материалы, технологиии оборудование для разработки и производства изделий твердотельной электроники.

Организационный и программный комитеты конференции отметили высокий научно-технический уровеньпредставленных докладов, охватывающий широкий спектр проблем твердотельной электроники от новейшихобразцов приборов на наноразмерных эффектах до сложных функциональных интеллектуальных систем,внедряемых в производство.

Труды конференции изданы и распространены среди участников

Для ознакомления с ними можно обращаться в ФГУП “НПП “ПУЛЬСАР”105187, г. Москва, Окружной проезд, д. 27

Контакты:факс (495) 366 55 83E-mail: [email protected]сайт: www.pulsarnpp.ru

Ученый секретарь ФГУП «НПП «Пульсар»Филатов Анатолий Леонидовичтел. (495) 366 51 88E-mail: [email protected]


Применение методов химического осаждения тонких слоёв из газовой фазы длямикросхем с технологическими нормами 0,35-0,18 мкм.Часть 5. Схемы роста и корреляция закономерностей осаждения и свойствтонких слоёв

УДК 621.793.3:621.315.592.2

Васильев В. Ю.

Рассмотрены схемы роста тонких слоёв из газовой фазы, развернутая классификация процессовосаждения и корреляция закономерностей осаждения и свойств кремнийсодержащих слоёв,применяемых при изготовлении интегральных микросхем с технологическими нормами0,35-0,18 мкм. За основу взяты отечественный и зарубежный личный практический опыт работыи публикации автора в области химического осаждения тонких слоёв из газовой фазы в наиболееиспользованных в микроэлектронной промышленности реакторах, а также литературныеисточники за последние 25 лет.

ВведениеÍàñòîÿùàÿ ðàáîòà ÿâëÿåòñÿ çàâåðøàþùåé ïÿòîé ÷àñòüþ ñåðèè ïóáëèêàöèé [1-4],

ïîñâÿù¸ííûõ íåîðãàíè÷åñêèì òîíêîñëîéíûì êðåìíèéñîäåðæàùèì ìàòåðèàëàì,ïîëó÷àåìûì ìåòîäîì õèìè÷åñêîãî îñàæäåíèÿ èç ãàçîâîé ôàçû (ÕÎÃÔ, â çàðóáåæíîéëèòåðàòóðå – «Chemical Vapor Deposition, CVD») è èñïîëüçóåìûì â òåõíîëîãèèñóáìèêðîííûõ ìíîãîóðîâíåâûõ òâåðäîòåëüíûõ èíòåãðàëüíûõ ìèêðîñõåì (ÈÌÑ). Âïðåäûäóùèõ ÷àñòÿõ ðàáîòû áûë îáîáù¸í ýêñïåðèìåíòàëüíûé ìàòåðèàë, íàêîïëåííûé âàíàëèçèðóåìîé îáëàñòè ÕÎÃÔ òîíêèõ ñëî¸â çà ïîñëåäíèå 25 ëåò, â òîì ÷èñëå âðàáîòàõ àâòîðà [5,6]. Â êàæäîé èç ïóáëèêàöèé [1-4] áûë ðàññìîòðåí îïðåäåë¸ííûé êðóãâîïðîñîâ, îáîáùàþùèé êîíêðåòíûå ïðåäñòàâëåíèÿ î âàæíåéøèõ àñïåêòàõ ÕÎÃÔ òîíêèõñëî¸â ïðèìåíèòåëüíî ê òåõíîëîãèè ìèêðîýëåêòðîíèêè. Â ïåðâîé ÷àñòè [1] áûëèïðîàíàëèçèðîâàíû íàçíà÷åíèå òîíêèõ ñëî¸â íåîðãàíè÷åñêèõ êðåìíèéñîäåðæàùèõìàòåðèàëîâ â ÈÌÑ, îñíîâíûå òåíäåíöèè ðàçâèòèÿ è ïðîáëåìàòèêà ìåòîäà ÕÎÃÔ. Âðàáîòå [2] ðàññìîòðåíû áàçîâûå êîíñòðóêöèè ðåàêöèîííûõ êàìåð, àïïàðàòóðíûå èìåòîäè÷åñêèå îñîáåííîñòè è ïàðàìåòðû ïðîöåññîâ ÕÎÃÔ. Â ðàáîòå [3] ïðîàíàëèçèðîâàíûóïðîù¸ííûå ìåòîäè÷åñêèå ïîäõîäû ê îïèñàíèþ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ çàêîíîìåðíîñòåéðîñòà òîíêèõ ñëî¸â è èõ èñïîëüçîâàíèå äëÿ ðàçðàáîòêè è îïòèìèçàöèè êîíêðåòíûõïðîìûøëåííûõ òåõíîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññîâ ÕÎÃÔ òîíêèõ ñëî¸â. Â ÷åòâåðòîé ÷àñòèðàáîòû [4] ïðèìåíèòåëüíî ê çàäà÷àì òåõíîëîãèè ìèêðîýëåêòðîíèêè îïèñàíà îáîáù¸ííàÿìåòîäèêà àíàëèçà êèíåòèêè ðîñòà òîíêèõ ñëî¸â ïðè ÕÎÃÔ. Ñ å¸ ïîìîùüþ ìîæíîïîëó÷àòü íàáîð êîëè÷åñòâåííûõ äàííûõ î ïðîöåññàõ ÕÎÃÔ è ýôôåêòèâíî ðàçðàáàòûâàòü,îöåíèâàòü è ìîäåðíèçèðîâàòü ïðîöåññû ðîñòà êðåìíèéñîäåðæàùèõ ñëî¸â.

Çàêëþ÷èòåëüíàÿ ïÿòàÿ ÷àñòü ðàáîòû ïîñâÿùåíà îáúÿñíåíèþ íàêîïëåííûõýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ ñ òî÷êè çðåíèÿ òåîðåòè÷åñêèõ ïðåäñòàâëåíèé êèíåòèêèõèìè÷åñêèõ ðåàêöèé. Îáîáùåíèå, ñäåëàííîå íà áàçå áîëüøîãî îáú¸ìà äîñòîâåðíîãîýêñïåðèìåíòàëüíîãî ìàòåðèàëà, äàëî âîçìîæíîñòü ñôîðìóëèðîâàòü ñõåìû ïðîòåêàíèÿïðîöåññîâ ðîñòà òîíêèõ ñëî¸â, ïðåäëîæèòü ðàçâåðíóòóþ êëàññèôèêàöèþ ïðîöåññîâÕÎÃÔ è óñòàíîâèòü êîððåëÿöèþ çàêîíîìåðíîñòåé îñàæäåíèÿ è ñâîéñòâ òîíêèõ ñëî¸â. Âñòàòüå èñïîëüçîâàíû òåðìèíîëîãèÿ è îáîçíà÷åíèÿ, ââåä¸ííûå â ïðåäûäóùèõ ðàáîòàõ[1-4].


1. Краткое обобщение исходных данныхÂ ðàáîòàõ [2,4] ðàññìàòðèâàëèñü êîíñòðóêöèè ðåàêòîðîâ è ìåòîäè÷åñêèå ïîäõîäû

ê ýêñïåðèìåíòó è àíàëèçó ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ðåçóëüòàòîâ ïî ÕÎÃÔ òîíêèõ ñëî¸â, âòîì ÷èñëå áûëè ïðèâåäåíû ôîðìóëû äëÿ ðàñ÷¸òà «âõîäíûõ» ïàðàìåòðîâ ïðîöåññîâÕÎÃÔ. Ïîêàçàíî, ÷òî îáîáù¸ííàÿ ìåòîäèêà ýêñïåðèìåíòà [4] äà¸ò âîçìîæíîñòüðåãèñòðèðîâàòü êèíåòè÷åñêèå ïðîôèëè ñêîðîñòè îñàæäåíèÿ â ðåàêòîðàõ â òåðìèíàõïàðàìåòðà «âðåìÿ ïðåáûâàíèÿ» ãàçîâîé ñìåñè (ðèñ. 1). Òàêèå ïðîôèëè äàþò âîçìîæíîñòüïðîâîäèòü êîëè÷åñòâåííóþ îöåíêó âåëè÷èí max è Wmax, à çíà÷åíèå ñêîðîñòè ðåàêöèè âìàêñèìóìå ïîçâîëÿåò ðàññ÷èòûâàòü òàê íàçûâàåìóþ «ýôôåêòèâíóþ êîíñòàíòó ñêîðîñòèïðîöåññà ÕÎÃÔ, keff». Ýòà êîíñòàíòà ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíà, â ÷àñòíîñòè, äëÿñðàâíåíèÿ õàðàêòåðèñòèê ïðîöåññîâ ÕÎÃÔ â ðàçëè÷íûõ óñëîâèÿõ è â ðåàêòîðàõ ðàçëè÷íûõòèïîâ [4]. Àíàëèçèðóÿ ýêñïåðèìåíòàëüíî îáíàðóæåííûå ýôôåêòû óñêîðåíèÿ è çàìåäëåíèÿïðè îêèñëèòåëüíûõ ðåàêöèÿõ ñèíòåçà äèîêñèäà êðåìíèÿ, ôîñôîðî-, áîðî- èáîðîôîñôîðîñèëèêàòíûõ ñò¸êîë (ÔÑÑ, ÁÑÑ, ÁÔÑÑ), áûëî ïîêàçàíî, ÷òî ïðè óñêîðåíèèðåàêöèè íàáëþäàåòñÿ âîçðàñòàíèå Wmax cî ñìåùåíèåì ïðîôèëåé ñêîðîñòè îñàæäåíèÿ âîáëàñòü ìåíüøèõ âåëè÷èí , è íàîáîðîò – ïðè çàìåäëåíèè ðåàêöèé ïðîèñõîäèò óìåíüøåíèåWmax cî ñìåùåíèåì ïðîôèëåé ñêîðîñòè îñàæäåíèÿ â îáëàñòü áîëüøèõ âåëè÷èí (ðèñ. 1).

Время пребывания,

W

max

Аэрозоль

Wmax (SiO2)

Ýòîò æå ðèñóíîê ïîÿñíÿåò òåíäåíöèè îáðàçîâàíèÿàýðîçîëüíûõ ïðîäóêòîâ îêèñëèòåëüíûõ ðåàêöèé,ïðîèñõîäÿùèõ â îáëàñòÿõ âûñîêèõ ñêîðîñòåéíàðàùèâàíèÿ è ãëóáîêèõ ñòåïåíåé ïðåâðàùåíèÿðåàãåíòîâ.

Íàëè÷èå ïðîôèëåé ñêîðîñòåé îñàæäåíèÿ äà¸òâîçìîæíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ äëÿ îáúÿñíåíèÿçàêîíîìåðíîñòåé ðîñòà ñëî¸â ïðè ÕÎÃÔêëàññè÷åñêèõ ïðåäñòàâëåíèé êèíåòèêè õèìè÷åñêèõðåàêöèé. Áàçîâûì ïîñòóëàòîì, ïîçâîëÿþùèì ïåðåéòèê òàêîìó àíàëèçó, ÿâëÿåòñÿ âûâîä î ðåàëèçàöèè âðåàêòîðå äëÿ ÕÎÃÔ óñëîâèé «ðåàêòîðà èäåàëüíîãîâûòåñíåíèÿ», ÷òî äà¸ò âîçìîæíîñòü ïåðåõîäèòü îòïàðàìåòðà «âðåìÿ ïðåáûâàíèÿ ãàçîâîé ñìåñè âðåàêòîðå» ê ïàðàìåòðó «âðåìÿ ðàçâèòèÿ ðåàêöèè».

Рис. 1Влияние ускорения (пунктирная линия)или замедления окислительной реакции(штрих-пунктирная линия) на формупрофиля скорости осаждения в проточномреакторе от времени пребывания газовойсмеси (сплошная линия)

2. Анализ кинетики процесса ХОГФ на примере слоёв нитрида кремнияÁàçîâûì ðåçóëüòàòîì äëÿ ñðàâíåíèÿ è êèíåòè÷åñêîãî àíàëèçà çàêîíîìåðíîñòåé

ðîñòà òîíêèõ ñëî¸â ïðè ÕÎÃÔ âûáðàíû ñðàâíèòåëüíûå îïûòíûå äàííûå äëÿ ñëî¸âíèòðèäà êðåìíèÿ, ïîëó÷åííûå â ðàáîòå [7] ïðè èçó÷åíèè ðåàêöèé àììîíîëèçà ìîíîñèëàíà,äèõëîðñèëàíà è òåòðàõëîðèäà êðåìíèÿ â îäíîì òèïå ïðîòî÷íîãî ÐÍÄ è ïîëíîñòüþèäåíòè÷íûõ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ óñëîâèÿõ (ðèñ. 2à). Îáðàáîòêà ýòîãî ðèñóíêà ïðèâîäèòê ñëåäóþùèì âûâîäàì. Âî-ïåðâûõ, ñðàâíåíèå ñêîðîñòåé ðîñòà è keff , èçìåðåííûõ âîáëàñòÿõ ìàêñèìóìà, ïîçâîëÿåò çàêëþ÷èòü, ÷òî ðåàêöèÿ àììîíîëèçà ìîíîñèëàíà ïðîòåêàåòïðèìåðíî â 10 ðàç áûñòðåå, ÷åì ðåàêöèè àììîíîëèçà õëîðïðîèçâîäíûõ ìîíîñèëàíà.Âî-âòîðûõ, ñòåïåíü ïðåâðàùåíèÿ èñõîäíûõ ðåàãåíòîâ (ïëîùàäü ïîä êðèâîé) äëÿ ìîíîñèëàíàÿâíî â íåñêîëüêî ðàç âûøå, ÷åì äëÿ åãî õëîðïðîèçâîäíûõ. Â-òðåòüèõ, çàêîíîìåðíîñòèðîñòà ñëî¸â èç õëîðïðîèçâîäíûõ ïî÷òè èäåíòè÷íû, èñêëþ÷àÿ íåáîëüøèå ðàçëè÷èÿàáñîëþòíûõ âåëè÷èí ñêîðîñòåé îñàæäåíèÿ. Çàìåòèì, ÷òî ïðîöåññû ðîñòà ñëî¸â íèòðèäà


êðåìíèÿ áûëè êëàññèôèöèðîâàíû íàìè â ðàáîòå [3] äëÿ ñëó÷àÿ ïðîìûøëåííûõ ÐÍÄ âðàçíûå ãðóïïû. Âûâîä î ðåàëèçàöèè óñëîâèé «ðåàêòîðà èäåàëüíîãî âûòåñíåíèÿ» âèñïîëüçîâàííîì òèïå ÐÍÄ ïîçâîëèë ïðèìåíèòü äëÿ îáúÿñíåíèÿ çàêîíîìåðíîñòåé ðîñòàñëî¸â íèòðèäà êðåìíèÿ ïðè ÕÎÃÔ ïðåäïîëîæåíèå î ñòàäèéíîñòè, â ÷àñòíîñòè î ïðèìåíåíèèäâóõñòàäèéíîé ñõåìû ïîñëåäîâàòåëüíûõ ðåàêöèé [8], à òàêæå ïîëîæåíèÿ òåîðèèïîñëåäîâàòåëüíûõ îäíîñòîðîííèõ õèìè÷åñêèõ ðåàêöèé ïåðâîãî ïîðÿäêà [9].

Ïðîñòåéøàÿ ñõåìà ïîñëåäîâàòåëüíûõ õèìè÷åñêèõ ðåàêöèé ïåðâîãî ïîðÿäêà âîáùåì âèäå çàïèñûâàåòñÿ óðàâíåíèåì AППB ñ ñîîòâåòñòâóþùèìè êîíñòàíòàìèïåðâîé è âòîðîé ñòàäèé k1 è k2. Çäåñü A – èñõîäíîå âåùåñòâî, ПП – ïðîìåæóòî÷íûéïðîäóêò, B – êîíå÷íîå âåùåñòâî. Â äàííîé ñõåìå âåñü õèìè÷åñêèé ïðîöåññ ìîæåòëèìèòèðîâàòüñÿ ëèáî ïåðâîé, ëèáî âòîðîé ñòàäèåé, ÷òî îçíà÷àåò ñëåäóþùåå ñîîòíîøåíèåêîíñòàíò ñêîðîñòè ðåàêöèé: k2 > k1 è k2 < k1. Ïðèìåíåíèå òåîðèè ïîñëåäîâàòåëüíûõðåàêöèé ê ïðîöåññàì ÕÎÃÔ ñëî¸â íèòðèäà êðåìíèÿ ïîäðàçóìåâàëî, ÷òî îáðàçîâàíèåïðîìåæóòî÷íûõ ïðîäóêòîâ ПП â õîäå ïðîöåññà àììîíîëèçà ïðîèñõîäèò êàê ãîìîãåííàÿ,à èõ ðàñõîäîâàíèå – êàê ãåòåðîãåííàÿ ðåàêöèÿ. Â äàííîì ñëó÷àå, èñõîäÿ èç ìíîãîêðàòíîãîèçáûòêà âòîðîãî êîìïîíåíòà â ðåàêöèÿõ ÕÎÃÔ, ìû íå ïðèíèìàåì åãî âî âíèìàíèå âðàñ÷¸òàõ, à ïîä èñõîäíûì âåùåñòâîì A ïîäðàçóìåâàåì èñõîäíûå ñîåäèíåíèÿ êðåìíèÿ.Ïðîâåäÿ ðàñ÷¸òû äëÿ ïðèìåðà k1 = 1, íà ðèñ. 2á ïðèâîäèì ðàññ÷èòàííûå ïîìàòåìàòè÷åñêîìó àëãîðèòìó [9] êðèâûå èçìåíåíèÿ áåçðàçìåðíîé ñêîðîñòè íàêîïëåíèÿêîíå÷íîãî ïðîäóêòà ïîñëåäîâàòåëüíîé õèìè÷åñêîé ðåàêöèè d[B]/d îò âðåìåíè ðàçâèòèÿðåàêöèè (k1 х ) äëÿ ñëó÷àÿ ðàçíûõ ëèìèòèðóþùèõ ñòàäèé ïðîöåññà (òî åñòü ëèáî k2 > k1(k2 = 5), ëèáî k2 < k1 (k2 = 0,2). Çàìåòèì, ÷òî â äàííîì êà÷åñòâåííîì ïðèìåðå îáúÿñíåíèÿçàêîíîìåðíîñòåé ðîñòà ñëî¸â íå ïðèíèìàåòñÿ âî âíèìàíèå òàêæå ìíîæèòåëü îòíîøåíèÿïîâåðõíîñòè ðåàêòîðà (sW) è îáú¸ìà ðåàêòîðà (V) sW/V, êîòîðûé ïðè ñòðîãîìêîëè÷åñòâåííîì àíàëèçå äîëæåí áûòü ïðèíÿò âî âíèìàíèå äëÿ âûðàâíèâàíèÿ ðàçìåðíîñòåéãîìîãåííîé è ãåòåðîãåííîé ðåàêöèé. Îäíàêî ýòîò ìíîæèòåëü íå èçìåíÿåò êà÷åñòâåííîéêàðòèíû îïèñàíèÿ.

0

1000

2000

0 50 100 150 200

х, см

W, А

/мин

МоносиланДихлорсиланТетрахлорид кремния

а)

Рис. 2Сравнение профилей скорости осаждения слоёв нитрида кремния в проточном цилиндрическом реакторе

низкого давления для разных реакций а) и расчёты профилей скорости осаждения по теориипоследовательных односторонних реакций б). Условия для а): концентрация кремниевого соединения1,86.10-6 моль/л; отношение концентраций аммиака и соединений кремния 17; rT = 61 мм; Td = 1098 К;

Pd = 333 Па; = 650 см/с

0

0.25

0.5

0.75

0 2 4 6

d[B

]/d

k2/k1 = 5 k2/k1=0.2

k1 б)


Ôàêòè÷åñêè ñêîðîñòü íàêîïëåíèÿ êîíå÷íîãî ïðîäóêòà ïîñëåäîâàòåëüíîé õèìè÷åñêîéðåàêöèè d[B]/d åñòü ñêîðîñòü ðåàêöèè, ÷òî äà¸ò íàì îñíîâàíèÿ äëÿ êà÷åñòâåííîãîñðàâíåíèÿ õàðàêòåðà èçìåíåíèÿ êðèâûõ íà ðèñ. 2à è 2á. Ìîæíî âèäåòü, ÷òî äëÿðàññìîòðåííîãî ïðèìåðà ïðîöåññîâ ÕÎÃÔ ñëî¸â íèòðèäà êðåìíèÿ èìååò ìåñòî êîððåëÿöèÿôîðìû è ïîëîæåíèÿ ìàêñèìóìîâ ðàñ÷¸òíûõ ïðîôèëåé ñ ôîðìîé è ïîëîæåíèåììàêñèìóìîâ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ êèíåòè÷åñêèõ ïðîôèëåé. Òàêàÿ êîððåëÿöèÿ ïîäòâåðæäàåòïðàâîìî÷íîñòü òðàêòîâêè îòëè÷èé êèíåòèêè ðîñòà ñëî¸â íèòðèäà êðåìíèÿ ïðè àììîíîëèçåñîåäèíåíèé ìîíîñèëàíà ÷åðåç ðàçëè÷èå ëèìèòèðóþùèõ ñòàäèé ïðîöåññîâ. Äëÿ àììîíîëèçàõëîðïðîèçâîäíûõ ìîíîñèëàíà ëèìèòèðóþùåé ïðåäñòàâëÿåòñÿ ñòàäèÿ ãåòåðîãåííîãîðàñõîäîâàíèÿ ïðîìåæóòî÷íîãî ïðîäóêòà ðåàêöèè èëè ãåòåðîãåííàÿ ðåàêöèÿ. Ýòîñîîòâåòñòâóåò íèçêèì ñêîðîñòÿì ðåàêöèè è áîëüøèì âðåìåíàì ìàêñèìóìîâ íàêèíåòè÷åñêèõ ïðîôèëÿõ. Äëÿ ïðîöåññà àììîíîëèçà ìîíîñèëàíà ëèìèòèðóþùåéïðåäñòàâëÿåòñÿ ñòàäèÿ ãîìîãåííîãî îáðàçîâàíèÿ ïðîìåæóòî÷íîãî ïðîäóêòà, à çíà÷èòåëüíûåïî âåëè÷èíå ìàêñèìóìû íà êèíåòè÷åñêèõ êðèâûõ íàáëþäàþòñÿ ïðè ìàëûõ âðåìåíàõðåàêöèè. Ñóùåñòâîâàíèå ïðîìåæóòî÷íûõ ïðîäóêòîâ ðåàêöèè àììîíîëèçà SiCl4ïîäòâåðæäåíî ýêñïåðèìåíòàëüíî; ïðåîáëàäàþùèì ПП ÿâëÿåòñÿ SiCl3NH2 [10]. Áëèçîñòüêèíåòèêè îñàæäåíèÿ ñëî¸â íèòðèäà êðåìíèÿ ñâèäåòåëüñòâóåò â ïîëüçó îáùíîñòè ìåõàíèçìààììîíîëèçà èç õëîðïðîèçâîäíûõ SiCl4 è SiH2Cl2.

3. Кинетика окислительных реакций ХОГФÇàêîíîìåðíîñòè ðîñòà îêñèäíûõ ñëî¸â â ïðîìûøëåííûõ ðåàêòîðàõ íèçêîãî äàâëåíèÿ

ñ êîàêñèàëüíûì ðàñïîëîæåíèåì ïîäëîæåê â öåëîì áëèçêè ê òàêîâûì äëÿ íèòðèäàêðåìíèÿ [3]. Ïðîôèëè ñêîðîñòåé îñàæäåíèÿ äëÿ îêèñëèòåëüíûõ ðåàêöèé, êàê ïðèâåä¸ííûåíà ðèñ. 6 è 7 â ðàáîòå [4], òàê è ïîêàçàííûå â îáùåì âèäå íà ðèñ. 1 â íàñòîÿùåéðàáîòå, ïî ôîðìå áëèçêè ê ïðîôèëÿì ñêîðîñòåé îñàæäåíèÿ, ïðèâåä¸ííûì íà ðèñ. 2àäëÿ ñëî¸â íèòðèäà êðåìíèÿ. Íà îñíîâàíèè íàêîïëåííîãî îáú¸ìà ýêñïåðèìåíòàëüíûõäàííûõ ïðîâåä¸ííûé â ðàçäåëå 2 àíàëèç äëÿ ÕÎÃÔ íèòðèäà êðåìíèÿ ìîæåò áûòüðàñøèðåí íà ïðîöåññû ÕÎÃÔ äèîêñèäà êðåìíèÿ è ñò¸êîë íà åãî îñíîâå.

Ïðè îáñóæäåíèè ñõåì ïðîöåññîâ ðîñòà ñòåêëîîáðàçíûõ îêñèäíûõ ñëî¸â ïðè ÕÎÃÔîòìåòèì ñëåäóþùåå. Íàèáîëåå èçó÷åííûìè íà íàñòîÿùèé ìîìåíò âðåìåíè ÿâëÿþòñÿòðè ïðîöåññà ÕÎÃÔ äèîêñèäà êðåìíèÿ. Ïðè ïèðîëèçå ÒÝÎÑ ïðåäïîëàãàåòñÿ àäñîðáöèÿìîëåêóë ÒÝÎÑ íà ïîâåðõíîñòè ðàñòóùåãî ñëîÿ (ãåòåðîãåííàÿ ðåàêöèÿ) [8], ïðè÷¸ìïðîöåññ ïðåäïîëàãàåòñÿ â îäíó ñòàäèþ áåç îáðàçîâàíèÿ ïðîìåæóòî÷íûõ ïðîäóêòîâ.Îêèñëåíèå ìîíîñèëàíà êèñëîðîäîì ïðîèñõîäèò â ñîîòâåòñòâèè ñ ìåõàíèçìîìðàçâåòâë¸ííî-öåïíîãî ïðîöåññà (ÐÖÏ) â ãàçîâîé ôàçå âûøå ïåðâîãî ïðåäåëàâîñïëàìåíåíèÿ [11]. Ïðè ýòîì â çàâèñèìîñòè îò äàâëåíèÿ è òåìïåðàòóðû ïðîöåññîêèñëåíèÿ èä¸ò ñ îáðàçîâàíèåì òâ¸ðäîãî ïðîäóêòà ðåàêöèè ëèáî â âèäå òîíêîãî ñëîÿ,ëèáî â âèäå àýðîñèëà. Ñèñòåìà SiH4-N2O èíòåðåñíà ïðîÿâëåíèåì ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõíà÷àëüíîãî ó÷àñòêà ãåòåðîãåííîãî ðîñòà ñëî¸â ñ ìàëîé ñêîðîñòüþ (îáëàñòü «ïëàòî»), çàêîòîðûì ñëåäóåò ó÷àñòîê óñêîðåíèÿ ðåàêöèè (êðèâàÿ 4 ðèñ. 6 â [4]). Ýòî óñêîðåíèåîáúÿñíåíî îêèñëåíèåì ìîíîñèëàíà â ãàçîâîé ôàçå êèñëîðîäîì, îáðàçóþùèìñÿ âðåçóëüòàòå ãåòåðîãåííîãî ðàçëîæåíèÿ N2O [12], òî åñòü ôàêòè÷åñêè ñîîòâåòñòâóåòìåõàíèçìó ÐÖÏ. Ïðè âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ ïðîöåññ ïðîòåêàåò êàê ÐÖÏ.

Êèíåòèêà ðîñòà è ñõåìû ðîñòà ÔÑÑ, ÁÑÑ è ÁÔÑÑ ïðè ÕÎÃÔ îáñóæäàëèñü ðåäêî.Èçâåñòíî, ÷òî îêèñëåíèå ôîñôèíà è áåëîãî ôîñôîðà êèñëîðîäîì ïðîèñõîäèò ïî ìåõàíèçìóÐÖÏ. Ïî ñîâîêóïíîñòè ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ âñå èçó÷åííûå ïðîöåññû îñàæäåíèÿôîñôîðñîäåðæàùèõ ñëî¸â äèîêñèäà êðåìíèÿ â èññëåäîâàííîì äèàïàçîíå óñëîâèé ìîãóòáûòü îõàðàêòåðèçîâàíû êàê ÐÖÏ [5]. Êîñâåííûì ïîäòâåðæäåíèåì ÿâëÿþòñÿ îòíîñèòåëüíî


ñëàáûé ýôôåêò óñêîðåíèÿ ñîåäèíåíèÿìè ôîñôîðà ðåàêöèè îêèñëåíèÿ ìîíîñèëàíà (êîòîðàÿè áåç óñêîðåíèÿ ïðîòåêàåò ïî ìåõàíèçìó ÐÖÏ) è íàèáîëüøèé ýôôåêò óñêîðåíèÿ ïðèäîáàâëåíèè ôîñôèíà ê ãåòåðîãåííîé îêèñëèòåëüíîé ðåàêöèè ÒÝÎÑ. Â ïîñëåäíåì ñëó÷àåóñêîðåíèå îçíà÷àåò ñìåíó îäíîñòàäèéíîãî ãåòåðîãåííîãî ìåõàíèçìà ïðîöåññà íàìíîãîñòàäèéíûé ñ îáðàçîâàíèåì è ðàñõîäîâàíèåì ïðîìåæóòî÷íûõ ïðîäóêòîâ.

Ýôôåêò óñêîðåíèÿ îêèñëèòåëüíûõ ðåàêöèé êðåìíèéñîäåðæàùèõ ñîåäèíåíèéôîñôîðñîäåðæàùèìè ðåàãåíòàìè êà÷åñòâåííî ïðåäñòàâëÿåòñÿ êàê èíèöèèðîâàíèå ÐÖÏïðè îêèñëåíèè ñîåäèíåíèé ôîñôîðà ñ îáðàçîâàíèåì ôîñôîðñîäåðæàùèõ ðàäèêàëîâ R*,ïðîäîëæåíèå è ðàçâåòâëåíèå öåïåé, îáðàçîâàíèå â ãàçîâîé ôàçå ïðîìåæóòî÷íûõïðîäóêòîâ (ПП) è ãàçîôàçíûõ ÷àñòèö êîíå÷íûõ òâ¸ðäûõ ïðîäóêòîâ ðåàêöèè (Ч), à âïðåäåëå – àýðîñèëà. Ýôôåêò ñíèæåíèÿ ñêîðîñòè îñàæäåíèÿ è êîíöåíòðàöèè ôîñôîðà âîñàæä¸ííûõ ñëîÿõ ýôèðàìè áîðíîé êèñëîòû â ðàìêàõ ýòîé ñõåìû îáúÿñíÿåòñÿ ãàøåíèåìñâîáîäíûõ ðàäèêàëîâ [5]. Ïðè ýòîì èíãèáèðóåòñÿ ðàçâèòèå ÐÖÏ (îòìåòèì, ÷òî ê íàñòîÿùåìóìîìåíòó ïóáëèêàöèé íà ýòó òåìó íåò è ìåõàíèçì òàêîãî èíãèáèðîâàíèÿ íåÿñåí). Òàêèìîáðàçîì, ðîëü ôîñôîð- è áîðñîäåðæàùèõ ñîåäèíåíèé â õîäå ÕÎÃÔ òîíêèõ ñòåêëîîáðàçíûõñëî¸â ïî îêèñëèòåëüíûì ðåàêöèÿì çàêëþ÷àåòñÿ â èíèöèèðîâàíèè èëè èíãèáèðîâàíèèîêèñëèòåëüíûõ ÐÖÏ. Óïðîù¸ííî ýòè ñëîæíûå ïðîöåññû ÕÎÃÔ, ïî-âèäèìîìó,íåïðîòèâîðå÷èâî ìîæíî òðàêòîâàòü â ðàìêàõ äâóõñòàäèéíûõ ñõåì ïðîöåññîâ ñîáðàçîâàíèåì è ðàñõîäîâàíèåì ïðîìåæóòî÷íûõ ïðîäóêòîâ. Ïðè ýòîì ïî ñîâîêóïíîñòèïðîÿâëåíèé îíè ñîîòâåòñòâóþò îïèñàíèþ äâóõñòàäèéíîãî ïðîöåññà ÕÎÃÔ ñ ëèìèòèðóþùåéãîìîãåííîé ñòàäèåé (ðèñ. 2).

Èíòåðåñíî îòìåòèòü, ÷òî ïëàçìà-àêòèâèðîâàííûå ïðîöåññû îñàæäåíèÿ, ïðîòåêàþùèå÷åðåç ôîðìèðîâàíèå àêòèâíûõ ðàäèêàëîâ â ãàçîâîé ôàçå, òàêæå ìîãóò áûòü îïèñàíûâ ðàìêàõ ïðîñòîé äâóõñòàäèéíîé ñõåìû ïðîöåññà. Ýòî ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü ðÿä ïðàêòè÷åñêèïîëåçíûõ âûâîäîâ áåç ãëóáîêîãî àíàëèçà ìåõàíèçìîâ ýòèõ ïðîöåññîâ.

4. Схемы процессов ХОГФ кремнийсодержащих слоёвÊèíåòèêà ÕÎÃÔ ñëî¸â â ìíîãîêîìïîíåíòíûõ ñèñòåìàõ ñëîæíà è èññëåäîâàíà

íåäîñòàòî÷íî. Îäíàêî ïðåäñòàâëåíèå î ñòàäèéíîñòè, à òàêæå î ìíîãîìàðøðóòíîñòèïðîöåññîâ ðîñòà ñëî¸â ïðè ÕÎÃÔ [8] ïîçâîëÿåò äîñòàòî÷íî ïîëíî îïèñàòü ñîâîêóïíîñòüíàáëþäàåìûõ ÿâëåíèé ñ ïîìîùüþ óïðîù¸ííûõ, íî äîñòàòî÷íî ýôôåêòèâíûõ ñõåìïðîöåññîâ îñàæäåíèÿ. Äëÿ ïîñòðîåíèÿ òàêèõ ñõåì áûëè âàæíû äâå ýêñïåðèìåíòàëüíîîáîñíîâàííûå ïðåäïîñûëêè. Ïåðâîé ÿâëÿåòñÿ çàêëþ÷åíèå î ðåàëèçàöèè óñëîâèé «ðåàêòîðàèäåàëüíîãî âûòåñíåíèÿ». Âòîðîé ÿâëÿåòñÿ áëèçîñòü ôîðìû òèïè÷íûõ êèíåòè÷åñêèõêðèâûõ è ïîëîæåíèé ìàêñèìóìîâ íà íèõ äëÿ ñëî¸â íèòðèäà êðåìíèÿ, äèîêñèäà êðåìíèÿè ëåãèðîâàííûõ ñò¸êîë ñ ðàñ÷¸òíûìè ïðîôèëÿìè ñêîðîñòåé íàêîïëåíèÿ êîíå÷íîãîïðîäóêòà (ðèñ. 2á).

Îáùàÿ ñõåìà ïðîöåññîâ ÕÎÃÔ òîíêèõ ñëî¸â ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 3. Îíà âêëþ÷àåòâ ñåáÿ òðè ìàðøðóòà, â ñîîòâåòñòâèè ñ êîòîðûìè ìîæåò ïðîòåêàòü òîò èëè èíîéïðîöåññ ÕÎÃÔ. Ãåòåðîãåííûé ìàðøðóò ðîñòà ñëî¸â (ìàðøðóò I) îáû÷íî èñïîëüçóåòñÿäëÿ îïèñàíèÿ îñàæäåíèÿ ñëî¸â ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ ïðè ïèðîëèçå ìîíîñèëàíàè äèîêñèäà êðåìíèÿ ïðè (îêèñëèòåëüíîì) ïèðîëèçå ÒÝÎÑ. Äâóõñòàäèéíûé ìàðøðóò (II),ïðåäñòàâëåííûé ïîñëåäîâàòåëüíûìè ñòàäèÿìè îáðàçîâàíèÿ è ðàñõîäîâàíèÿ ïðîìåæóòî÷íûõïðîäóêòîâ ðåàêöèè (ПП), èñïîëüçóåòñÿ äëÿ îïèñàíèÿ çàêîíîìåðíîñòåé ðîñòà ñëî¸â âäâóõ- è áîëåå ìíîãîêîìïîíåíòíûõ ñèñòåìàõ. Ïðè ýòîì ââåäåíà òàêæå âàæíàÿäîïîëíèòåëüíàÿ ñòàäèÿ – äèôôóçèÿ ПП ê ïîâåðõíîñòè ïîäëîæêè, ÷òî ÿâëÿåòñÿ âàæíûìïðè ðàññìîòðåíèè çàêîíîìåðíîñòåé ðîñòà ñëî¸â â óçêèõ çàçîðàõ. Ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òîïî ìàðøðóòó II âîçìîæíû âàðèàíòû ëèìèòèðóþùèõ ñòàäèé ïðîöåññà: ëèáî ñòàäèÿ


îáðàçîâàíèÿ ПП, ëèáî ñòàäèÿðàñõîäîâàíèÿ ПП. Íàïðèìåð, ðîñò ñëî¸âäèîêñèäà êðåìíèÿ ïðè ïèðîëèçå ÒÝÎÑïðèïèñûâàåòñÿ ìàðøðóòó I, à óñêîðåíèåðåàêöèè ôîñôîðñîäåðæàùèìè âåùåñòâàìèîáúÿñíÿåòñÿ ñìåíîé ìàðøðóòà ðåàêöèèñ I íà II, ãäå ëèìèòèðóþùåé ÿâëÿåòñÿI-ÿ ñòàäèÿ îáðàçîâàíèÿ ПП. Äëÿîáúÿñíåíèÿ ôîðìèðîâàíèÿ ñòðóêòóðíî-íåîäíîðîäíûõ ñëî¸â ìàòåðèàëà(øåðîõîâàòûõ ñëî¸â, ñëî¸â ñâêëþ÷åíèÿìè ìèêðî÷àñòèö àýðîñèëà è

I II III

Исходные вещества

Осажденный слой Аэрозоль

Гетерогенная реакция

Диффузия ПП Диффузия

Образование ПП

Гетерогенная реакция

Рис. 3Упрощённая общая схема процессов ХОГФ слоёв

â ïðåäåëüíîì ñëó÷àå ïîðîøêîîáðàçíûõ îñàäêîâ íà ïîäëîæêàõ è ñòåíêàõ ðåàêòîðà)ñëóæèò ìàðøðóò III – îáðàçîâàíèå êëàñòåðîâ â ãàçîâîé ôàçå. Äàííàÿ ñõåìà óêðóïí¸ííîîáúÿñíÿåò çàêîíîìåðíîñòè ðîñòà îêñèäíûõ ñëî¸â âî âñåõ òèïàõ èçó÷åííûõ ðåàêòîðîâõèìè÷åñêîãî îñàæäåíèÿ èç ãàçîâîé ôàçû. Â ÷àñòíîñòè, äëÿ îáúÿñíåíèÿ ïëàçìåííûõïðîöåññîâ ÕÎÃÔ ñëî¸â ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàí ìàðøðóò II ñ ëèìèòèðóþùåé ñòàäèåéîáðàçîâàíèÿ ПП ÷åðåç R*.5. Корреляция закономерностей роста, структуры и свойств тонких слоёв

Â êà÷åñòâå ïðèìåðà, èëëþñòðèðóþùåãî êîððåëÿöèþ çàêîíîìåðíîñòåé ðîñòà, ñòðóêòóðûè ñâîéñòâ ñëî¸â, ðàññìîòðèì ïðèìåð ïðîöåññà îêèñëåíèÿ ÒÝÎÑ ñìåñüþ O3/O2 âïðèñóòñòâèè ýôèðîâ áîðíîé è ôîñôîðíîé êèñëîò. Ýòîò ïðîìûøëåííûé ïðîöåññ ïîëó÷åíèÿÁÔÑÑ áûë ðàçðàáîòàí ÿïîíñêèìè èññëåäîâàòåëÿìè â «èíäèâèäóàëüíîì» ðåàêòîðåàòìîñôåðíîãî äàâëåíèÿ (ÐÀÄ) [13], à çàòåì àìåðèêàíñêèìè ðàçðàáîò÷èêàìè ïðåäïðèÿòèÿApplied Materials, Inc. ïðè ïîíèæåííîì äàâëåíèè [14] (ñì. ïîÿñíåíèÿ â ðàçäåëå 4.2ðàáîòû [4]). Îòëè÷èåì ýòîãî ïðîöåññà, ïðèøåäøåãî íà çàìåíó ïðîöåññà ïëàçìåííîãîïîëó÷åíèÿ ÁÔÑÑ èç ýôèðîâ è ïðåäíàçíà÷åííîãî äëÿ ìèêðîñõåì ñ òåõíîëîãè÷åñêèìèíîðìàìè ìåíåå 0,35 ìêì, ÿâëÿëàñü ëó÷øàÿ ïëàíàðèçàöèÿ ñëîÿ ïîñëåâûñîêîòåìïåðàòóðíîãî îïëàâëåíèÿ ñò¸êîë. Îäíàêî ñëîè ýòîãî òèïà ÁÔÑÑ îáíàðóæèâàëèïîâûøåííóþ ñêîðîñòü ðàñòâîðåíèÿ è óñàäêó, ñïîñîáíîñòü ê ïîãëîùåíèþ àòìîñôåðíîéâëàãè è ñêëîííîñòü ê îáðàçîâàíèþ ðàçëè÷íîãî âèäà äåôåêòîâ ïîâåðõíîñòè ñòåêëà, ÷òî

I маршрут II маршрут III маршрут

O3 + TЭОС + O2 (C2H5O)3PO

(C2H5O)3B O3(ads) TЭОС(ads)

IX IY

Слой пористого диоксида кремния

Слой относительно пористого стекла

Слой относительно пористого стекла с

кластерами

*

Рис. 4Использование 3-х маршрутной схемы процесса ХОГФ

слоёв диоксида кремния и стёкол для химической системыс органическими эфирами кремниевой, борной и

фосфорной кислот, озоном и кислородом

ïîòðåáîâàëî ïðîâåäåíèÿ ãëóáîêèõèññëåäîâàíèé äëÿ àäåêâàòíîãîîáúÿñíåíèé ïðè÷èí ýòîãî ÿâëåíèÿ[15-20].

Ñõåìà ðàññìàòðèâàåìîãîïðîöåññà ÕÎÃÔ ÁÔÑÑ ïîêàçàíà íàðèñ. 4 [17]. Ïðè íèçêîòåìïåðàòóðíîìîêèñëåíèè ÒÝÎÑ â ÐÍÄ èëè ÐÀÄñêîðîñòè îñàæäåíèÿ î÷åíü ñèëüíîçàâèñÿò îò êîíöåíòðàöèè îçîíà âñìåñè äî ~1 ìàññ.% â êèñëîðîäå.Êèíåòè÷åñêèå ïðîôèëè ñêîðîñòåéîñàæäåíèÿ äëÿ ÐÍÄ è ÐÀÄ ìîãóò áûòüíàéäåíû íà ðèñ. 7 â ðàáîòå [4] (òî÷êè5 è 7). Îäíèìè èç ñàìûõ óíèêàëüíûõîñîáåííîñòåé ðîñòà ñëî¸â äèîêñèäà


êðåìíèÿ ïðè íèçêîòåìïåðàòóðíîì îêèñëåíèè ÒÝÎÑ îçîíîì â ÐÍÄ èëè ÐÀÄ ÿâëÿþòñÿ:à) ýôôåêò òàê íàçûâàåìîé «ïîâåðõíîñòíîé ÷óâñòâèòåëüíîñòè» [13], íàðàñòàþùèé ïðèóâåëè÷åíèè êîíöåíòðàöèè îçîíà â êèñëîðîäå áîëåå 2 ìàññ.%; á) ñãëàæåííûé (“flow-like”)ïðîôèëü ðîñòà ñëî¸â íà ñòóïåíüêàõ ðåëüåôà ÈÌÑ. Ñóòü ýòîãî ýôôåêòà çàêëþ÷àåòñÿ âçíà÷èòåëüíî áîëüøåé ñêîðîñòè îñàæäåíèÿ íà ïîâåðõíîñòè ìîíîêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿâ ñðàâíåíèè ñ ïîâåðõíîñòÿìè äèîêñèäà è íèòðèäà êðåìíèÿ. Çàêîíîìåðíîñòè ðîñòàñëî¸â â àíàëèçèðóåìîé ñèñòåìå õîðîøî îáúÿñíÿþòñÿ ìàðøðóòîì ãåòåðîãåííîãî ðîñòàäèîêñèäà êðåìíèÿ (I ìàðøðóò). Ïîäðàçóìåâàåòñÿ ïîâåðõíîñòíàÿ ðåàêöèÿ àäñîðáèðîâàííûõÒÝÎÑ è îçîíà ñ ôîðìèðîâàíèåì íåóïîðÿäî÷åííîé (ïîðèñòîé è øåðîõîâàòîé) ñòðóêòóðûîñàæä¸ííîãî ñëîÿ â ñðàâíåíèè ñî ñëîÿìè äèîêñèäà êðåìíèÿ, ïîëó÷åííûìè ñèñïîëüçîâàíèåì êèñëîðîäà â êà÷åñòâå îêèñëèòåëÿ.

Ïðè ââåäåíèè â ñìåñü ÒÝÎÑ ñ îçîíîì è êèñëîðîäîì ýôèðîâ áîðíîé è ôîñôîðíîéêèñëîò çàêîíîìåðíîñòè ðàññìàòðèâàåìîãî ïðîöåññà ÕÎÃÔ ðàäèêàëüíî èçìåíÿþòñÿ.Ïðîöåññ óñêîðÿåòñÿ â íåñêîëüêî ðàç, íà ïðîôèëå ñêîðîñòè îñàæäåíèÿ âûäåëÿåòñÿîò÷¸òëèâûé ìàêñèìóì (ñì. ðèñ. 6 â ðàáîòå [4], êðèâàÿ 8). Ïðè ýòîì ýôôåêò «ïîâåðõíîñòíîé÷óâñòâèòåëüíîñòè» ðåàêöèè ïîëíîñòüþ èñ÷åçàåò, îñàæä¸ííûé ñëîé ñòàíîâèòñÿ ìåíååøåðîõîâàòûì è ìåíåå ïîðèñòûì (ñíèæàåòñÿ ñêîðîñòü ðàñòâîðåíèÿ è óìåíüøàåòñÿóñàäêà ñëîÿ ïîñëå òåðìîîáðàáîòêè). Çàêîíîìåðíîñòè ðîñòà ñëî¸â â ýòîì ñëó÷àå îáúÿñíåíûðàçâèòèåì âòîðîãî äâóõñòàäèéíîãî ìàðøðóòà ãîìîãåííîãî îáðàçîâàíèÿ ôîñôîð- èáîðñîäåðæàùèõ ïðîìåæóòî÷íûõ ïðîäóêòîâ ППХ è ППY è èõ ãåòåðîãåííîãî ïðåâðàùåíèÿñ îáðàçîâàíèåì îñàæäàåìîãî ñëîÿ ìàòåðèàëà. Åñëè îêèñëåíèå ÒÝÎÑ ïðè ýòèõòåìïåðàòóðàõ ïðîèñõîäèò òîëüêî îçîíîì, òî â ýòîì ñëó÷àå ðåàêöèè ýôèðîâ ìîãóò èäòèñ ó÷àñòèåì êèñëîðîäà. Ïî âòîðîìó ìàðøðóòó ãåòåðîãåííàÿ ñòàäèÿ ðàñõîäîâàíèÿ ППYëèìèòèðóåò ïðîöåññ ðîñòà ñëî¸â áîðîñèëèêàòíûõ ñò¸êîë. Íî äëÿ ñëî¸â ôîñôîðîñèëèêàòíûõñò¸êîë, âêëþ÷àÿ ÁÔÑÑ, ïðîöåññ ðîñòà ñëî¸â ëèìèòèðóåò ãîìîãåííàÿ ñòàäèÿ îáðàçîâàíèÿППХ, â êîòîðîé ïðèíèìàþò ó÷àñòèå ôîñôîðñîäåðæàùèå ðàäèêàëû (ïîêàçàí êàê ðàäèêàëR*). Ìàðøðóò (III) ïðåäïîëàãàåò, ÷òî ïðè îïðåäåë¸ííûõ êîíöåíòðàöèÿõ ýôèðîâ â ãàçîâîéñìåñè (íåîáõîäèìûõ äëÿ äîñòèæåíèÿ íóæíûõ êîíöåíòðàöèé áîðà è ôîñôîðà â ñëîÿõ)âîçìîæíî ôîðìèðîâàíèå ôîñôîð- è áîðñîäåðæàùèõ êëàñòåðîâ, âñòðàèâàþùèõñÿ â ðàñòóùèéñëîé. Òàêèì îáðàçîì, ïîâûøåííàÿ ïîðèñòîñòü ñ îáðàçîâàíèåì è âñòðàèâàíèåì êëàñòåðîâîáúÿñíÿåò ïðè÷èíû ïîâûøåííîé äåôåêòíîñòè ñëî¸â äàííîãî òèïà ÁÔÑÑ.

6. Классификация процессов ХОГФ кремнийсодержащих слоёвÂ ðàáîòå [3] áûëà ðàññìîòðåíà óïðîù¸ííàÿ êëàññèôèêàöèÿ ïðîöåññîâ îñàæäåíèÿ

òîíêèõ ñëî¸â íà äâå ãðóïïû ïðèìåíèòåëüíî ê òðóá÷àòûì ðåàêòîðàì íèçêîãî äàâëåíèÿ(ÐÍÄ) ñ êîàêñèëüíî ðàñïîëàãàåìûìè ïîäëîæêàìè. Ñîâîêóïíîñòü ðåçóëüòàòîâ êèíåòè÷åñêèõèññëåäîâàíèé, ïîëó÷åííûõ ñ ïðèìåíåíèåì îáîáù¸ííîé ìåòîäèêè àíàëèçà ïðîöåññîâ,äàëà âîçìîæíîñòü ïðåäëîæèòü áîëåå ïîëíóþ êëàññèôèêàöèþ ïðîöåññîâ ÕÎÃÔ (ñì.òàáë. 1 [5]). Â ýòó êëàññèôèêàöèþ âêëþ÷åíû âñå èçó÷åííûå ïðîöåññû ÕÎÃÔ òîíêèõêðåìíèéñîäåðæàùèõ ñëî¸â, èñïîëüçóåìûå â òåõíîëîãèè ìèêðîýëåêòðîíèêè íåçàâèñèìîîò òèïà èñïîëüçîâàííûõ ðåàêòîðîâ.

Ïî ñõîäñòâó ïðèçíàêîâ ïðîöåññû êëàññèôèöèðîâàíû â ñåìü ãðóïï (À-Å). Â ïåðâîìñòîëáöå òàáë. 1 ïåðå÷èñëåíû èññëåäîâàííûå ïàðàìåòðû ïðîöåññîâ è òîíêèõ ñëî¸â.Êëþ÷îì äëÿ ñðàâíåíèÿ ïðîöåññîâ â òàáë. 1 ÿâëÿåòñÿ âåëè÷èíà keff , êîòîðàÿ âîçðàñòàåòâ íàïðàâëåíèè îò ãðóïïû À ê ãðóïïå Å. Ê ãðóïïå À îòíåñ¸í ñàìûé ìåäëåííûé èçèçó÷åííûõ ïðîöåññîâ îñàæäåíèÿ – îêèñëåíèå ÒÝÎÑ ñìåñüþ îçîíà è êèñëîðîäà. Äàëåå,äâèãàÿñü îò ãðóïïû Á ê ãðóïïå Å, ìîæíî âèäåòü, ÷òî âåëè÷èíû keff â ïðîöåññàõ ÕÎÃÔñ ó÷àñòèåì äâóõ è áîëåå ðåàãåíòîâ âîçðàñòàþò, à íàèáîëüøèå çíà÷åíèÿ keff õàðàêòåðíû


äëÿ ïëàçìåííûõ ïðîöåññîâîñàæäåíèÿ (ÏÕÎ) – ãðóïïà Å.Åäèíñòâåííûì èñêëþ÷åíèåìÿâëÿþòñÿ ïðîöåññû ÕÎÃÔïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ(ãðóïïà Á), êîòîðûå îáíàðóæèëèâûñîêîå çíà÷åíèå âåëè÷èíû äëÿðåàêöèè ïèðîëèçà ñîáñòâåííîìîíîñèëàíà keff = 2,8 ñì/ñ, íîíèçêóþ keff = 0,37 ñì/ñ äëÿïðîöåññà ñîâìåñòíîãî ïèðîëèçàìîíîñèëàíà è ôîñôèíà; ïðèýòîì, îäíàêî, çàêîíîìåðíîñòèïîñëåäíåãî îäíîçíà÷íîñîîòâåòñòâóþò ãðóïïå Ä.

Â òàáë. 1 òàêæå ïðèâåäåíûäàííûå äëÿ ÐÍÄ îêîíôîðìíîñòè îñàæäåíèÿ íàðåëüåôå ÈÌÑ (ñì. íèæå),ïðåäïîëàãàåìûõ ìàðøðóòàõ èëèìèòèðóþùèõ ñòàäèÿõïðîöåññîâ ÕÎÃÔ. Ñîïîñòàâëÿÿñîâîêóïíîñòü èìåþùèõñÿ äàííûõî ñâîéñòâàõ ÕÎÃÔ ñëî¸â ñðåçóëüòàòàìè îáñëåäîâàíèÿïðîöåññîâ îñàæäåíèÿ ñïîìîùüþ îáîáù¸ííîé ìåòîäèêè[4] è êëàññèôèêàöèåé ïðîöåññîâÕÎÃÔ, â [20] áûë ñäåëàí âûâîäî âçàèìîñâÿçè keff ñ ôèçèêî-õèìè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè òîíêèõñëî¸â. Íà ðèñ. 5 ñòðåëêîéïîêàçàíû èçìåíåíèÿõàðàêòåðèñòèê ïðîöåññîâîñàæäåíèÿ è ñâîéñòâ ñëî¸â ïðè

Процесс ХОГФ по маршруту I (гетерогенная реакция)или процесс по маршруту II с лимитирующей

гетерогенной стадией

Îñîáåííîñòè ïðîöåññà:– íèçêèå k

eff è ñòåïåíè ïðåâðàùåíèÿ ðåàãåíòîâ;

– ÷óâñòâèòåëüíîñòü ê ïîâåðõíîñòè ïîäëîæêè;– îòëè÷íàÿ îäíîðîäíîñòü òîëùèíû è ñâîéñòâ;– îòñóòñòâèå ãàçîôàçíûõ âêëþ÷åíèé ìèêðî÷àñòèö.

Îñîáåííîñòè òîíêèõ ñëî¸â:– îòëè÷íàÿ êîíôîðìíîñòü îñàæäåíèÿ;– îòëè÷íîå çàïîëíåíèå çàçîðîâ ÈÌÑ;– íèçêàÿ ïëîòíîñòü ñëî¸â;– ñóùåñòâåííàÿ ïîðèñòîñòü ñëî¸â;– áîëüøàÿ óñàäêà ïîñëå òåðìîîáðàáîòîê.

Процесс ХОГФ по маршруту II с лимитирующейгомогенной стадией

Îñîáåííîñòè ïðîöåññà:– âûñîêèå k

eff è ñòåïåíè ïðåâðàùåíèÿ ðåàãåíòîâ;

– íå÷óâñòâèòåëüíîñòü ê ïîâåðõíîñòè ïîäëîæêè;– íåîäíîðîäíîñòü òîëùèíû è ñâîéñòâ;– ãàçîôàçíûå âêëþ÷åíèÿ ìèêðî÷àñòèö â ñëîè.

Îñîáåííîñòè òîíêèõ ñëî¸â:– íèçêàÿ êîíôîðìíîñòü îñàæäåíèÿ;– ïëîõîå çàïîëíåíèå çàçîðîâ ÈÌÑ, ïóñòîòû;– âûñîêàÿ ïëîòíîñòü ñëî¸â;– ìàëàÿ ïîðèñòîñòü;– ìàëàÿ óñàäêà ïîñëå òåðìîîáðàáîòîê.

Уве

личе

ние

k eff

Рис. 5Диаграмма взаимосвязи между эффективной константойскорости процессов ХОГФ со структурой и свойствами

оксидных слоёв

óâåëè÷åíèè keff ìåæäó äâóìÿ êðàéíèìè ñëó÷àÿìè ïðîòåêàíèÿ ïðîöåññîâ ÕÎÃÔ (ìàðøðóòI ñ ãåòåðîãåííûìè ðåàêöèÿìè è ïðîöåññ ïî ìàðøðóòó II ñ ãîìîãåííîé ëèìèòèðóþùåéñòàäèåé). Â öåëîì ïðèâåä¸ííûå äàííûå óêàçûâàþò íà òî, ÷òî â ïðîöåññàõ ñ áîëüøèìèâåëè÷èíàìè keff ôîðìèðóþòñÿ áîëåå óïîðÿäî÷åííûå ñëîè äèîêñèäà êðåìíèÿ è ñò¸êîë.

7. Корреляция кинетических данных процессов ХОГФ и закономерностей ростана ступенчатых рельефах ИМС7.1. Конформность роста слоёв на ступенчатых рельефах

Ïðîáëåìàòèêà îñàæäåíèÿ òîíêèõ ñëî¸â íà ðåëüåôíûõ ïîäëîæêàõ áûëà ðàññìîòðåíàâ ðàáîòå [1]. Âèä ïðîôèëåé îñàæä¸ííîãî ñëîÿ íà ñòóïåíüêàõ, íà êîòîðûõ òîëùèíû íàáîêîâîé ãðàíè (ds) îáû÷íî ìåíüøå, ÷åì íà âåðõíåé ïëîñêîé ïîâåðõíîñòè (dT),õàðàêòåðèçóþò òåðìèíîì «êîíôîðìíîñòü» è âûðàæàþò ÷åðåç îòíîøåíèå ds/dT , % (ñì.ðèñ. 3 â [1]). Äëÿ îáúÿñíåíèÿ ïðè÷èíû íåêîíôîðìíîñòè íà ñòóïåíüêå òðàäèöèîííî

Табл

ица

1

Кла

ссиф

икац

ия п

роце

ссов

оса

жде

ния

крем

нийс

одер

жащ

их с

лоёв

из

газо

вой

фазы



ïðèâëåêàåòñÿ ìîäåëü, ó÷èòûâàþùàÿ ðàçëè÷èå òàê íàçûâàåìîé «ïîâåðõíîñòíîé ìèãðàöèè,ÏÌ» (“surface migration”) ìîëåêóë îñàæäàåìîãî âåùåñòâà [21]. Íàïðèìåð, ìàêñèìàëüíàÿÏÌ ïðèïèñûâàåòñÿ ïðîöåññó îñàæäåíèÿ äèîêñèäà êðåìíèÿ ïóò¸ì ïèðîëèçà ÒÝÎÑ, äëÿêîòîðîãî ýêñïåðèìåíòàëüíî îïðåäåë¸ííàÿ êîíôîðìíîñòü îñàæäåíèÿ ïðèáëèæàåòñÿ ê100%. Ìèíèìàëüíîé ÏÌ ñ÷èòàåòñÿ äëÿ ïðîöåññà îêèñëåíèÿ ìîíîñèëàíà êèñëîðîäîì,äëÿ êîòîðîãî êîíôîðìíîñòü îñàæäåíèÿ îáû÷íî î÷åíü ïëîõà. Îäíàêî ýêñïåðèìåíòàëüíîóñòàíîâëåííûõ ÷èñëåííûõ çíà÷åíèé ÏÌ äëÿ ïðîöåññîâ ÕÎÃÔ íè â îäíîé èç èçâåñòíûõïóáëèêàöèé íå ñîîáùàëîñü. Â áîëåå ïîçäíåé ðàáîòå [22] áûëè ïðèâåäåíû îöåíî÷íûåâåëè÷èíû ÏÌ äëÿ íåêîòîðûõ ïðîöåññîâ îñàæäåíèÿ, âêëþ÷àþùèõ êàê õèìè÷åñêîåîñàæäåíèå, òàê è âàêóóìíîå íàïûëåíèå. Ýòè ðàñ÷¸òíûå çíà÷åíèÿ ïîäáèðàëè ïðèêîìïüþòåðíîì ìîäåëèðîâàíèè ïðîôèëåé òîëùèíû íà ñòóïåíüêå ðåëüåôà ïðè ïîèñêåóäîâëåòâîðèòåëüíîãî ñîîòâåòñòâèÿ ýêñïåðèìåíòó äëÿ èçâåñòíûõ ïðîöåññîâ ÕÎÃÔ.

Òðàäèöèîííî èññëåäîâàíèÿ è îáñóæäåíèå êîíôîðìíîñòè îñàæäåíèÿ òîíêèõ ñëî¸ââûïîëíÿëèñü áåçîòíîñèòåëüíî êèíåòè÷åñêèõ äàííûõ î ïðîöåññàõ ÕÎÃÔ, ÷òî íå ÿâëÿåòñÿêîððåêòíûì. Â ýòîé ñâÿçè íàìè â ñåðèè ïóáëèêàöèé [23-25] ñ ïîìîùüþ àíàëèçàïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ òåñòîâûõ ñòðóêòóð ÈÌÑ íà ñîâðåìåííûõ ðàñòðîâûõ ýëåêòðîííûõìèêðîñêîïàõ áûëî ïðîâåäåíî äåòàëüíîå îáîáùåíèå ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ èñðàâíåíèå çàêîíîìåðíîñòåé ðîñòà ñëî¸â íà ñòóïåí÷àòûõ ðåëüåôàõ ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìûäëÿ ðàçëè÷íûõ ïðîöåññîâ ÕÎÃÔ. Öåëüþ èññëåäîâàíèÿ áûë ïîèñê êîððåëÿöèè ïðîôèëåéòîëùèíû íà ñòóïåíüêàõ ñ êèíåòèêîé îñàæäåíèÿ òîíêèõ ñëî¸â èç ãàçîâîé ôàçû. Âðåçóëüòàòå ýêñïåðèìåíòîâ óñòàíîâëåíî, ÷òî êîíôîðìíîñòü îñàæäåíèÿ êðåìíèéñîäåðæàùèõñëî¸â ïðè ÕÎÃÔ íà ñòóïåí÷àòûõ ðåëüåôàõ îïðåäåë¸ííî êîððåëèðóåò ñ êèíåòè÷åñêèìèõàðàêòåðèñòèêàìè ïðîöåññîâ îñàæäåíèÿ. Ñîãëàñíî íàøèì ìåòîäè÷åñêèì ïîäõîäàì êèññëåäîâàíèÿì ïðîöåññîâ ÕÎÃÔ, íàèáîëåå ïðîñòûì è ýôôåêòèâíûì èíñòðóìåíòîì äëÿñðàâíåíèÿ ïðîöåññîâ ÿâëÿåòñÿ keff . Çàâèñèìîñòü ýêñïåðèìåíòàëüíî ïîëó÷åííûõ çíà÷åíèéêîíôîðìíîñòè, ñîîòíåñ¸ííàÿ ñ ýìïèðè÷åñêè íàéäåííûìè âåëè÷èíàìè keff äëÿñîîòâåòñòâóþùèõ ïðîöåññîâ ÕÎÃÔ, ïðèâåäåíà íà ðèñ. 6.

Êîëè÷åñòâåííî ïðèìåðíîå ñîîòíîøåíèå êîíôîðìíîñòè îñàæäåíèÿ ds/dT è keffîêàçàëîñü âîçìîæíûì âûðàçèòü ñëåäóþùèì îáðàçîì:

(1),

ãäå ðàçìåðíîñòè keff – ñì/ñ, à ds/dT – %. Îò ýòîé çàâèñèìîñòè â áîëüøóþ ñòîðîíóîòêëîíÿþòñÿ òîëüêî ïðîöåññû îñàæäåíèÿ ïèðîëèçà SiH4 è äèîêñèäà êðåìíèÿ, ïîëó÷åííîãîîêèñëåíèåì ÒÝÎÑ îçîíîì. Â ïîñëåäíåì ñëó÷àå ýòî îáúÿñíÿåòñÿ ñïåöèôè÷åñêèì “flow-like” ïðîôèëåì ñêîðîñòè îñàæäåíèÿ, êîòîðûé â òåðìèíàõ îïðåäåëåíèÿ êîíôîðìíîñòèïðîÿâëÿåò ïðèìåðíî 130%. Ìàêñèìàëüíûå çíà÷åíèÿ êîíôîðìíîñòè õàðàêòåðíû äëÿïðîöåññîâ àòîìíî-ñëîåâîãî îñàæäåíèÿ (ÀÑÎ), íèçêîñêîðîñòíûõ ïðîöåññîâ ïèðîëèçàÒÝÎÑ. Îñòàëüíûå èçó÷åííûå ïðîöåññû äàþò êîíôîðìíîñòü îñàæäåíèÿ ñóùåñòâåííîìåíåå 100%. Âûñîêîñêîðîñòíûå ïðîöåññû îñàæäåíèÿ ñëî¸â (ñ ïëàçìåííîé àêòèâàöèåéãàçîâîé ñìåñè ÏÕÎ, ñ ïëàçìîé âûñîêîé ïëîòíîñòè ÏÂÏ, áåç ðàñïûëåíèÿ îñàæäàåìîãîìàòåðèàëà èîíàìè àðãîíà) äàþò ÷ðåçâû÷àéíî íåêîíôîðìíûå ïîêðûòèÿ ñòóïåíåê âïëîòüäî ðàçðûâîâ îñàæäàåìîãî ìàòåðèàëà â íèæíèõ ÷àñòÿõ ñòóïåíåê. Óñêîðåíèå èëè çàìåäëåíèåõèìè÷åñêèõ ðåàêöèé (òî åñòü èçìåíåíèå keff) âëèÿåò íà êîíôîðìíîñòü ðîñòà ñëî¸â íàñòóïåíüêàõ ðåëüåôà, ïðèìåðíî ñîîòâåòñòâóÿ âûøåïðèâåä¸ííîé ôîðìóëå. Óõóäøåíèåêîíôîðìíîñòè ïîêðûòèÿ ñòóïåíåê ðåëüåôà ïðè óâåëè÷åíèè êîíöåíòðàöèèôîñôîðñîäåðæàùèõ ñîåäèíåíèé ïðè îñàæäåíèè ëåãèðîâàííûõ ôîñôîðîì ñòåêîë, à òàêæåïðè ïîâûøåíèè êîíöåíòðàöèé ðåàãåíòîâ, äàâëåíèÿ è òåìïåðàòóðû ìîæåò áûòü îáúÿñíåíî

51.04.45/ effTs kdd

1

10

100

1000

10000

1990 2000 2010 2020

Годы

H/G

2 , мкм

-1

1234

0

50

100

150

0.01 0.1 1 10keff , см/с

Конф

ормн

ость

, %

9

10 3

2 4

6

7 8

1

5

ñ ïîìîùüþ îáðàçîâàíèÿ ðàäèêàëîâ (ñì. âûøå).Ýòî ïîäðàçóìåâàåò óâåëè÷åíèå ðàçìåðîâîáðàçóþùèõñÿ â ãàçîâîé ôàçå ÷àñòèöêîíå÷íûõ ïðîäóêòîâ ðåàêöèè, êîòîðûåïðåèìóùåñòâåííî îñàæäàþòñÿ íà âåðõíèõïîâåðõíîñòÿõ ñòóïåíåê. Ïðè èíãèáèðîâàíèèîêèñëèòåëüíûõ ÐÖÏ ýôèðàìè áîðíîé êèñëîòûâ ãàçîâîé ôàçå ôîðìèðóþòñÿ èíûåïðîìåæóòî÷íûå ïðîäóêòû ðåàêöèé è,ñëåäîâàòåëüíî, èíûå êîíå÷íûå ïðîäóêòû ñìåíüøèìè ðàçìåðàìè; â ðåçóëüòàòå ÷åãîïðîèñõîäèò óëó÷øåíèå êîíôîðìíîñòèîñàæäåíèÿ ñëî¸â íà ñòóïåíüêàõ.

Â öåëîì, ïðîöåññû â äâóõ- è áîëååêîìïîíåíòíûõ ñèñòåìàõ (òî÷êè 1-8) äîñòàòî÷íîõîðîøî óêëàäûâàþòñÿ â çàâèñèìîñòü ðèñ. 6.

Рис. 6Зависимость конформности роста от keff для

различных процессов ХОГФ.1 – процессы АСО; 2 – РНД, диоксид кремния,

пиролиз ТЭОС; 3 – РНД, нитрид кремния,аммонолиз SiH2Cl2 и SiCl4; 4 – РАД, РНД, стёкла

из ТЭОС-O2; 5 – РНД, диоксид кремния,SiH4-N2O; 6 – РАД, РНД, стёкла из SiH4-O2;7 – процессы ПХО; 8 – процессы ПВП без

травления

7.2. Проблема заполнения зазоров приосаждении слоёв на ступенчатыхповерхностях

Çàçîðû ÈÌÑ äîëæíû çàïîëíÿòüñÿèçîëèðóþùèìè ìàòåðèàëàìè áåç ïóñòîò.

Çàçîðû ïðèíÿòî õàðàêòåðèçîâàòü âåëè÷èíîé òàê íàçûâàåìîé “Aspect Ratio” (AR = H/G)(ñì. îáîçíà÷åíèÿ íà ðèñ. 3 â [1]). Î÷åâèäíî, ÷òî êàæäûé ïðîöåññ ÕÎÃÔ èìååò ñâîèîãðàíè÷åíèÿ íà êà÷åñòâåííîå çàïîëíåíèå çàçîðîâ, ïðè ýòîì çàïîëíåíèå çàçîðîâîïðåäåë¸ííî äîëæíî êîððåëèðîâàòü ñ êîíôîðìíîñòüþ îñàæäåíèÿ ñëî¸â íà ñòóïåíüêàõðåëüåôà.

(2).Рис. 7Сравнение данных ITRS для требований к

заполнению структур “High Aspect Contact” (1) сданными по заполнению пустот для процессовХОГФ с наилучшей известной конформностью

и заполнением пустот: (2) – пиролиз ТЭОС;(3) – ПВП; (4) - модифицированный ПВП

Îäíîé èç ïðîáëåì ïðîâåäåíèÿàäåêâàòíîãî àíàëèçà çàêîíîìåðíîñòåéçàïîëíåíèÿ ïóñòîò áûëî îòñóòñòâèå ìåòîäèêèðàñ÷¸òîâ. Â íàøèõ ðàáîòàõ [23-26] áûëèýêñïåðèìåíòàëüíî ïðîàíàëèçèðîâàíûðàçëè÷íûå ôîðìû çàçîðîâ è íàéäåíûìåòîäè÷åñêè îáîñíîâàííûå îãðàíè÷åíèÿ íàçàïîëíåíèå ïóñòîò èñïîëüçóåìûìè âòåõíîëîãèè ÈÌÑ îñíîâíûìè ìåòîäàìè ÕÎÃÔ.Ýòè äàííûå äëÿ çàçîðîâ ñ áëèçêîé êïðÿìîóãîëüíîé ôîðìîé ìîãóò ðàçëè÷àòüñÿ âïðåäåëàõ äâóõ ïîðÿäêîâ âåëè÷èíû èñîîòíåñåíû ñ âåëè÷èíàìè keff ñëåäóþùèìîáðàçîì:

Çäåñü âåëè÷èíà H/G2, íàçâàííàÿ«ñëîæíîñòü ñòðóêòóðû», âûñòóïàåò â ðîëèèíñòðóìåíòà äëÿ îöåíêè, ñðàâíåíèÿ èïðîãíîçèðîâàíèÿ ýôôåêòèâíîñòè çàïîëíåíèÿçàçîðîâ â õîäå ÕÎÃÔ íà ñòóïåí÷àòûõ

47.12 03.3/ effkGH



ðåëüåôàõ ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû â óëüòðàáîëüøèõ ÈÌÑ. Èíòåðåñíî ñðàâíèòü ïîëó÷åííûåïðè àíàëèçå ïðîöåññîâ ÕÎÃÔ äàííûå ñ ïðîãíîçàìè International Technology Roadmapfor Semiconductors (ITRS) [27]. Íà ðèñ. 7 ïðèâåäåíû äàííûå ITRS ïî èçìåíåíèþòðåáîâàíèé ê çàïîëíåíèþ ïóñòîò â ñòðóêòóðàõ íàðàñòàþùåé âî âðåìåíè ñëîæíîñòè âñðàâíåíèè ñ ïîëó÷åííûìè ýêñïåðèìåíòàëüíûìè äàííûìè äëÿ ðàçëè÷íûõ ïðîöåññîâÕÎÃÔ. Ìîæíî âèäåòü, ÷òî èçâåñòíûå ïðîöåññû äàþò ñóùåñòâåííî ìåíüøèå âåëè÷èíûçàïîëíåíèÿ, ÷åì òîãî òðåáóåò ïðîãíîçíûé ãðàôèê ITRS. Ðèñ. 7 îáúÿñíÿåò, â ÷àñòíîñòè,èíòåíñèâíîå ðàçâèòèå ìåòîäà àòîìíî-ñëîåâîãî îñàæäåíèÿ (ÀÑÎ) â ïîñëåäíèå ãîäû,êîòîðûé õàðàêòåðèçóåòñÿ 100% êîíôîðìíîñòüþ è óæå ïîçâîëÿåò çàïîëíÿòü ñòðóêòóðûñî ñëîæíîñòüþ âûøå 200.

8. Выбор и модернизация оборудования и процессов ХОГФ8.1. Оценка и выбор оборудования и процессов

Â ñâÿçè ñ ïåðèîäè÷åñêîé íåîáõîäèìîñòüþ êîìïëåêòàöèè íàáîðà îáîðóäîâàíèÿ äëÿïðîèçâîäñòâà ñëåäóþùåãî ïîêîëåíèÿ ÈÌÑ âîçíèêàþò âîïðîñû ïðàâèëüíîñòè âûáîðàîáîðóäîâàíèÿ. Ïîñêîëüêó â ñòàòüå ðàññìàòðèâàþòñÿ ïðîåêòíî-òåõíîëîãè÷åñêèå íîðìûÈÌÑ â äèàïàçîíå 0,35-0,18 ìêì, òî àïðèîðè ïîäðàçóìåâàåòñÿ ðûíîê âòîðè÷íîãîîáîðóäîâàíèÿ äëÿ ïîäëîæåê äèàìåòðîì 200 ìì, ãäå èìååòñÿ äîâîëüíî øèðîêèé âûáîðâàðèàíòîâ. Ïðîöåññû ÕÎÃÔ äëÿ ëþáîãî òàêîãî îáîðóäîâàíèÿ äîñòàòî÷íî îòðàáîòàíû èâûáîð ïðè ïðî÷èõ ðàâíûõ óñëîâèÿõ äîëæåí ñîâåðøàòüñÿ èñõîäÿ èç òåõíè÷åñêèõïðåèìóùåñòâ ïðîöåññîâ, çàëîæåííûõ â îáîðóäîâàíèå, à òàêæå ïåðñïåêòèâ åãîèñïîëüçîâàíèÿ äëÿ ñëåäóþùèõ ïîêîëåíèé ÈÌÑ. Âûáîð îáîðóäîâàíèÿ ÕÎÃÔ îáû÷íîïðîèçâîäèòñÿ ïóò¸ì òàáëè÷íîãî ñðàâíåíèÿ òåõíèêî-ýêîíîìè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâîáîðóäîâàíèÿ è òåõíîëîãèè. Òàêèå òàáëèöû ñîñòàâëÿþòñÿ çàêàç÷èêàìè îáîðóäîâàíèÿíà áàçå èçâåñòíûõ õàðàêòåðèñòèê îáîðóäîâàíèÿ è òåõíîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññîâ,ïðåäñòàâëÿåìûõ ðàçíûìè ïîñòàâùèêàìè îáîðóäîâàíèÿ. Äàííûå ïîäîáíîãî ïðÿìîãîñðàâíåíèÿ íå ïðèíÿòî ïóáëèêîâàòü â ñèëó «÷óâñòâèòåëüíîñòè» ïðåäïðèÿòèé-ïîñòàâùèêîâîáîðóäîâàíèÿ ê ëþáûì ñðàâíèòåëüíûì è êðèòè÷åñêèì îöåíêàì. Â èòîãå àäåêâàòíîñòüñðàâíåíèÿ è ïðàâèëüíîñòü ïðèíÿòèÿ ðåøåíèÿ çàâèñÿò îò îòâåòñòâåííîñòè ïîñòàâùèêàçà ïðåäñòàâëåííóþ èíôîðìàöèþ, ïðàâèëüíîñòè âûáîðà çàêàç÷èêîì êðèòåðèåâ äëÿñðàâíåíèÿ, ãëóáèíû èíôîðìèðîâàííîñòè ñîñòàâèòåëÿ òàáëèöû. Ðàññìîòðåííûå â íàñòîÿùåéðàáîòå ïîäõîäû äàþò âîçìîæíîñòü ïðîâîäèòü ïîäîáíûå ñðàâíåíèÿ êîëè÷åñòâåííî ñïîìîùüþ îïèñàííûõ â ðàáîòå ìåòîäè÷åñêèõ ïîäõîäîâ è èíñòðóìåíòîâ ïðåæäå âñåãî ïîkeff , êîíôîðìíîñòè, çàïîëíåíèþ çàçîðîâ.8.2. Оценка возможности модернизации оборудования и процессов ХОГФ

Â ñèëó âûñîêîé ñòîèìîñòè ñîâðåìåííîãî îáîðóäîâàíèÿ â ïåðâóþ î÷åðåäü îáû÷íîîöåíèâàþòñÿ âîçìîæíîñòè ïðèìåíåíèÿ äëÿ ñëåäóþùåãî ïîêîëåíèÿ ÈÌÑ óæå èìåþùèõñÿíà ïðåäïðèÿòèè ïðîöåññîâ îñàæäåíèÿ. Ïðîâåä¸ì îöåíêó òåõíè÷åñêèõ âîçìîæíîñòåéïðîöåññîâ ÕÎÃÔ, èìåþùèõñÿ â îòå÷åñòâåííîì ïðîèçâîäñòâå ÈÌÑ ñ ïðîåêòíûìè íîðìàìèîêîëî 1 ìêì, äëÿ ðàçðàáîòêè ñóá-ïîëóìèêðîííûõ ÈÌÑ. Ïðèìåíèòåëüíî ê «ñòàðîé»òåõíîëîãèè ïðîöåññû ÕÎÃÔ áûëè ðåàëèçîâàíû â ïðîñòûõ, õîðîøî òåõíè÷åñêè îòðàáîòàííûõè ñóùåñòâåííî áîëåå äåø¸âûõ «ãðóïïîâûõ» òðóá÷àòûõ ÐÍÄ ñ «ãîðÿ÷èìè ñòåíêàìè».Òàêèì îáðàçîì, ïðåäïîëàãàåìàÿ îöåíêà âîçìîæíîñòåé «ñòàðîãî» îáîðóäîâàíèÿ ìîæåòðàññìàòðèâàòüñÿ ôàêòè÷åñêè êàê ïðîãíîç âîçìîæíîñòåé èñïîëüçîâàíèÿ ÐÍÄ íà ïîäëîæêàõáîëüøåãî ðàçìåðà. Àäåêâàòíîñòü ïîäîáíîãî ñðàâíåíèÿ îáîñíîâàíà îáîáùåíèåì áîëüøîãîêîëè÷åñòâà êèíåòè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé ðîñòà è ñâîéñòâ òîíêèõ ñëî¸â, ïðîâåä¸ííûõ âòå÷åíèå ïîñëåäíèõ äâàäöàòè ïÿòè ëåò, à òàêæå àïðîáàöèåé îñíîâíûõ âûâîäîâ íàïðàêòèêå. Êðîìå òîãî, êîñâåííûì ïîäòâåðæäåíèåì öåëåñîîáðàçíîñòè òàêîãî àíàëèçà


ÿâëÿåòñÿ «âîçâðàò» â ïîñëåäíèå ãîäû óñòàíîâîê ñ ðåàêòîðàìè íèçêîãî äàâëåíèÿ (ÐÍÄ)äëÿ íîâîãî èñïîëüçîâàíèÿ â ïðîìûøëåííîñòè äëÿ ðåàëèçàöèè ïðîöåññîâ àòîìíî-ñëîåâîãîîñàæäåíèÿ (ÀÑÎ). Äåéñòâèòåëüíî, ââèäó êðàéíå íèçêèõ ñêîðîñòåé îñàæäåíèÿ«èíäèâèäóàëüíûå» ðåàêòîðû, ïîíà÷àëó àêòèâíî èñïîëüçóåìûå äëÿ ÀÑÎ, ñòàëè çàìåíÿòüñÿíà çíà÷èòåëüíî áîëåå ïðîèçâîäèòåëüíûå ÐÍÄ, íàçûâàåìûå “Batch” ðåàêòîðàìè [28].

Ïðîìûøëåííîå îáîðóäîâàíèå äëÿ ÕÎÃÔ âåäóùèõ çàðóáåæíûõ ïðåäïðèÿòèéïðåäíàçíà÷åíî äëÿ ìàññîâîãî ïðîèçâîäñòâà è êðóãëîñóòî÷íîé ðàáîòû. Ïðèìåíèòåëüíî êÐÍÄ ýòî îçíà÷àåò èñïîëüçîâàíèå ìàêñèìàëüíîé ïðîèçâîäèòåëüíîñòè îêîëî 150 ïîäëîæåêçà ïðîöåññ. Îäíàêî â ñëó÷àå îòíîñèòåëüíî íåáîëüøèõ çàïóñêîâ ïîäëîæåê ðàçîâàÿçàãðóçêà ïðîöåññîâ â ÐÍÄ ìîæåò áûòü óìåíüøåíà â íåñêîëüêî ðàç, ÷òî ñóùåñòâåííîóïðîùàåò ðàáîòó ïî îïòèìèçàöèè ïðîöåññîâ íà ïîäëîæêàõ áîëüøåãî ðàçìåðà. Òàêèìîáðàçîì, îöåíêà ïðèìåíèìîñòè ÐÍÄ ñïðàâåäëèâà ïðè äîïóùåíèè, ÷òî èõïðîèçâîäèòåëüíîñòü äëÿ ðÿäà ïðîöåññîâ ìîæåò áûòü ñîçíàòåëüíî óìåíüøåíà.

Àíàëèç ïðîöåññîâ ÕÎÃÔ, ïðîâåä¸ííûé íàìè â ðàáîòàõ [3,4] è â íàñòîÿùåé ðàáîòå,óêàçûâàåò íà òî, ÷òî ïðîöåññû, îõàðàêòåðèçîâàííûå êàê ãåòåðîãåííûå èëè ñ ëèìèòèðóþùåéãåòåðîãåííîé ñòàäèåé, ïðàêòè÷åñêè íå òðåáóþò êîððåêòèðîâêè ïðè óâåëè÷åíèè ðàçìåðîâïîäëîæåê è ðàçìåðîâ ÐÍÄ. Òàêèì îáðàçîì, îòíîñèòåëüíî âûñîêîòåìïåðàòóðíûå ïðîöåññûîñàæäåíèÿ ñëî¸â â ÐÍÄ ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ (ïèðîëèç ìîíîñèëàíà), íèòðèäàêðåìíèÿ (àììîíîëèç äèõëîðñèëàíà) è äèîêñèäà êðåìíèÿ (ïèðîëèç òåòðàýòîêñèñèëàíà)ìîãóò èñïîëüçîâàòüñÿ áåç ñóùåñòâåííîé äîðàáîòêè äëÿ ñîçäàíèÿ èçîëèðóþùèõ êàíàâîêâ êðåìíèè, èçîëèðóþùèõ ñëî¸â, äëÿ ñîçäàíèÿ îáëàñòåé «ñïåéñåð», äëÿ ñîçäàíèÿ áàðüåðíûõñëî¸â, ìàòåðèàëà çàòâîðà. Êîððåêòèðîâêà ýòèõ ïðîöåññîâ äëÿ óëó÷øåíèÿ îäíîðîäíîñòèòîëùèíû íà ïîäëîæêàõ è óëó÷øåíèÿ êîíôîðìíîñòè îñàæäåíèÿ íà ðåëüåôå ìîæåòïðîèçâîäèòüñÿ ïóò¸ì ñíèæåíèÿ äàâëåíèÿ è òåìïåðàòóðû. Î÷åíü âàæíûì òàêæå ÿâëÿåòñÿòîò ôàêò, ÷òî ìíîãèå ïðèíöèïèàëüíî âàæíûå òðåáîâàíèÿ ê ôèçèêî-õèìè÷åñêèì ñâîéñòâàìòîíêîñëîéíûõ êðåìíèéñîäåðæàùèõ ìàòåðèàëîâ ñîõðàíÿþòñÿ ïðàêòè÷åñêè èäåíòè÷íûìèâ òå÷åíèå ïîñëåäíèõ 25 ëåò.

Òàêèì îáðàçîì, ïðåæäå âñåãî ïðèìåíèìîñòü ÐÍÄ íåîáõîäèìî îöåíèâàòü äëÿîñàæäåíèÿ íèçêîòåìïåðàòóðíûõ îêñèäíûõ ñëî¸â (äèîêñèä êðåìíèÿ, ÔÑÑ, ÁÔÑÑ), àòàêæå ïðîöåññà ÏÕÎ íèòðèäà êðåìíèÿ äëÿ ïàññèâàöèè ÈÌÑ. Äëÿ ïîëó÷åíèÿïðåäìåòàëëè÷åñêèõ äèýëåêòðèêîâ (÷àùå âñåãî ýòî ñëîé ÁÔÑÑ) ìîãóò èñïîëüçîâàòüñÿôàêòè÷åñêè ëþáûå èìåþùèåñÿ èçâåñòíûå ïðîöåññû ÕÎÃÔ, ïîñêîëüêó ÁÔÑÑ ïîñëåïðîöåññà îñàæäåíèÿ òðåáóåò âûñîêîòåìïåðàòóðíîãî îïëàâëåíèÿ. Óëó÷øåíèå êîíôîðìíîñòèîñàæäåíèÿ, çàïîëíåíèÿ ïóñòîò è ïëàíàðèçàöèÿ ìîãóò áûòü äîñòèãíóòû ñíèæåíèåìýôôåêòèâíîé êîíñòàíòû ñêîðîñòè îñàæäåíèÿ ÁÔÑÑ, îïòèìèçàöèåé ñîñòàâà ñëîÿ èîïòèìèçàöèåé ïðîöåññà åãî îïëàâëåíèÿ, ÷òî ïîäðîáíî ðàññìîòðåíî â ñåðèè íàøèõðàáîò [29-32].

Îòíîñèòåëüíî íèçêîòåìïåðàòóðíûõ èçîëèðóþùèõ ñëî¸â, èñïîëüçóåìûõ êàêäèýëåêòðèêè â ñèñòåìå ìíîãîñëîéíîé àëþìèíèåâîé ìåòàëëèçàöèè, à òàêæå ïàññèâèðóþùèõñëî¸â ìîæíî çàìåòèòü ñëåäóþùåå. Â òåõíîëîãèè ñóá-ïîëóìèêðîííûõ ÈÌÑ ýòè ñëîèîáû÷íî ïîëó÷àþò îñàæäåíèåì ñ ó÷àñòèåì ïëàçìû â «èíäèâèäóàëüíûõ» ðåàêòîðàõ: ÏÕÎèëè â ïëàçìå âûñîêîé ïëîòíîñòè (ÏÂÏ). Ïðèìåíåíèå ýòèõ ìåòîäîâ, â îñîáåííîñòèïîñëåäíåãî (ñëîæíîãî, äîðîãîñòîÿùåãî è èñïîëüçóþùåãî 100% ìîíîñèëàí è ôîñôèí),äîëæíî áûòü îäíîçíà÷íî òåõíè÷åñêè îáîñíîâàíî. Êðîìå òîãî, íóæíî èìåòü â âèäóïðîáëåìû âîçäåéñòâèÿ ïëàçìû íà ïðèáîðû (ñì. ïðèìåð äëÿ ÏÕÎ â [4]). Ìû ïîëàãàåì,÷òî ïðè îòñóòñòâèè íåîáõîäèìîñòè ìàññîâîãî êðóãëîñóòî÷íîãî ïðîèçâîäñòâà äëÿ ÏÕÎìîãóò áûòü èñïîëüçîâàíû òðóá÷àòûå ÐÍÄ. Ñóòü òàêîãî ïðåäïîëîæåíèÿ áàçèðóåòñÿ íà


êîíñòðóêöèè ïëàçìåííîãî ðåàêòîðà ñ «ãîðÿ÷èìè» ñòåíêàìè (ñì. ðèñ. 2å â [2]). Îíàïîäðàçóìåâàåò ïðèìåíåíèå ñèñòåìû ïëîñêèõ óäëèí¸ííûõ ýëåêòðîäîâ â îáû÷íûõöèëèíäðè÷åñêèõ ýëåêòðîïå÷àõ ñ ÐÍÄ è èñïîëüçîâàëàñü äëÿ ïîëó÷åíèÿ íèçêîòåìïåðàòóðíûõñëî¸â äèîêñèäà êðåìíèÿ, ñò¸êîë, êðåìíèÿ, ñèëèöèäîâ ìåòàëëîâ è ìíîãîñëîéíûõ ïîêðûòèé[33,34]. Àëüòåðíàòèâíûì âàðèàíòîì íèçêîòåìïåðàòóðíûõ îêñèäîâ ìîæåò áûòüèñïîëüçîâàíèå ïðîöåññà îêèñëåíèÿ ÒÝÎÑ ñìåñüþ îçîíà è êèñëîðîäà, äàþùåãî óíèêàëüíûéñãëàæåííûé ïðîôèëü îñàæä¸ííîãî ñëîÿ (òî åñòü îòëè÷íóþ êîíôîðìíîñòü îñàæäåíèÿ) è,ñëåäîâàòåëüíî, õîðîøåå çàïîëíåíèå çàçîðîâ. Íà íàø âçãëÿä, ðåàëèçàöèÿ òàêîãî ïðîöåññàâ òðóá÷àòûõ èçîòåðìè÷åñêèõ ÐÍÄ âïîëíå âîçìîæíà. Â ñëó÷àå íåîáõîäèìîñòè ïðèìåíåíèÿèçîëèðóþùèõ ìàòåðèàëîâ ñ íåñêîëüêî ìåíüøåé, ÷åì ó äèîêñèäà êðåìíèÿ, äèýëåêòðè÷åñêîéïîñòîÿííîé èìååòñÿ âîçìîæíîñòü âûáîðà íåñêîëüêèõ âàðèàíòîâ ïðîöåññîâ ÕÎÃÔ, ëèáîòåðìè÷åñêè, ëèáî ïëàçìà-àêòèâèðîâàííûõ.

Ñóììèðóÿ ñêàçàííîå âûøå, ìîæíî çàêëþ÷èòü, ÷òî ñ òåõíè÷åñêîé òî÷êè çðåíèÿèñïîëüçîâàíèå èìåþùèõñÿ â íàñòîÿùåå âðåìÿ òåõíîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññîâ ÕÎÃÔ ïîñëåñîîòâåòñòâóþùåé îïòèìèçàöèè âîçìîæíî è äëÿ ðàçðàáîòêè ñóá-÷åòâåðòüìèêðîííûõ ÈÌÑ.Çäåñü íåîáõîäèìî ïîä÷åðêíóòü, ÷òî â ýòîì ñëó÷àå î÷åíü âàæíûì ÿâëÿåòñÿ îñóùåñòâëåíèåñòàòèñòè÷åñêîãî êîíòðîëÿ ñâîéñòâ ñëî¸â è èõ ìàêðîäåôåêòíîñòè. Äëÿ ýòîãî íà êàæäîìïðåäïðèÿòèè àáñîëþòíî íåîáõîäèìûì ïðåäñòàâëÿåòñÿ êîìïëåêò ñîâðåìåííûõàíàëèòè÷åñêèõ ïðèáîðîâ äëÿ êîíòðîëÿ ïàðàìåòðîâ òîíêèõ ñëî¸â.

ЗаключениеÂ ðàáîòå ñóììèðîâàíû è àäàïòèðîâàíû äëÿ òåõíîëîãîâ ìèêðîýëåêòðîíèêè ðåçóëüòàòû

ìíîãîëåòíèõ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé çàêîíîìåðíîñòåé ðîñòà òîíêèõêðåìíèéñîäåðæàùèõ ñëî¸â èç ãàçîâîé ôàçû. Ïîêàçàíî, ÷òî «ýôôåêòèâíàÿ ñêîðîñòüïðîöåññà ÕÎÃÔ, keff» ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ â êà÷åñòâå êîëè÷åñòâåííîãî ïàðàìåòðàïðîöåññîâ. Îíà ìîæåò õàðàêòåðèçîâàòü ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ïðîöåññîâ ÕÎÃÔ, à òàêæåèñïîëüçîâàòüñÿ äëÿ îöåíîê êîíôîðìíîñòè îñàæäåíèÿ ñëî¸â íà ñòóïåí÷àòûõ ðåëüåôàõÈÌÑ è çàïîëíåíèÿ ñâåðõìàëûõ çàçîðîâ ÈÌÑ ïðè ÕÎÃÔ.

Ïîëó÷åííûå ñ ïîìîùüþ îòðàáîòàííûõ ìåòîäîëîãè÷åñêèõ ïîäõîäîâ êîëè÷åñòâåííûåäàííûå î ïðîöåññàõ ÕÎÃÔ â ñîâîêóïíîñòè ñ ïðîâåä¸ííûì òåîðåòè÷åñêèì àíàëèçîìäàëè âîçìîæíîñòü ñôîðìóëèðîâàòü ïðîñòûå ñõåìû ðîñòà ñëî¸â è ïðîâåñòè êëàññèôèêàöèþïðîöåññîâ ÕÎÃÔ. Â èòîãå îêàçàëîñü âîçìîæíûì óñòàíîâèòü êîððåëÿöèè çàêîíîìåðíîñòåéîñàæäåíèÿ è ñâîéñòâ êðåìíèéñîäåðæàùèõ ñëî¸â, ïðèìåíÿåìûõ ïðè èçãîòîâëåíèèèíòåãðàëüíûõ ìèêðîñõåì (ÈÌÑ) ñ òåõíîëîãè÷åñêèìè íîðìàìè 0,35-0,18 ìêì è àëþìèíèåâîéñèñòåìîé êîììóòàöèè. Íàêîïëåííûé îïûò è ïîíèìàíèå ïðîöåññîâ ÕÎÃÔ äàþò îñíîâàíèÿäëÿ àäåêâàòíîé îöåíêè è ñðàâíåíèÿ àïïàðàòóðû è ïðîöåññîâ ÕÎÃÔ, â òîì ÷èñëå äëÿîáîñíîâàííîãî èñïîëüçîâàíèÿ ýôôåêòèâíûõ è çíà÷èòåëüíî áîëåå äåø¸âûõ àëüòåðíàòèâíûõàïïàðàòóðíûõ íàïðàâëåíèé ÕÎÃÔ ñëî¸â.

Ïðè èñïîëüçîâàíèè ëþáîé àïïàðàòóðû è ìåòîäîâ îñàæäåíèÿ òîíêèõ ñëî¸â âàæíåéøèìàñïåêòîì ñóáìèêðîííîé òåõíîëîãèè ÕÎÃÔ ÿâëÿåòñÿ ñòàòèñòè÷åñêèé êîíòðîëü ïàðàìåòðîâïðîöåññîâ è ñëî¸â. Ñîâðåìåííûå àíàëèòè÷åñêèå ïðèáîðû, ñïåöèàëüíî îðèåíòèðîâàííûåäëÿ ðàáîòû òåõíîëîãîâ-ïðîèçâîäñòâåííèêîâ, â ñîâîêóïíîñòè ñ íàäëåæàùåé ñèñòåìîéêîíòðîëÿ âîñïðîèçâîäèìîñòè ïàðàìåòðîâ òåõíîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññîâ ñòàòèñòè÷åñêèìèìåòîäàìè äàþò âîçìîæíîñòü ïîääåðæàíèÿ òåõíîëîãèè òîíêîñëîéíûõ ìàòåðèàëîâ êîíòðîëÿíà íåîáõîäèìîì òåõíîëîãè÷åñêîì óðîâíå.

Литература1. Васильев В.Ю. Применение методов химического осаждения тонких слоёв из газовой фазы для

микросхем с технологическими нормами 0,35-0,18 мкм. Часть 1. Основные тенденции развитии методов


// Электронная техника. Серия 2. Полупроводниковые приборы. – 2010. – Вып. 1(224). – С. 67-82.2. Васильев В.Ю. Применение методов химического осаждения тонких слоёв из газовой фазы для

микросхем с технологическими нормами 0,35- 0,18 мкм. Часть 2. Аппаратура и методология осаждения слоёв// Электронная техника. Серия 2. Полупроводниковые приборы. – 2011. – Вып. 1(226). – С. 51-66.

3. Васильев В.Ю. Применение методов химического осаждения тонких слоёв из газовой фазы длямикросхем с технологическими нормами 0,35- 0,18 мкм. Часть 3. Закономерности роста слоёв в промышленныхреакторах // Электронная техника. Серия 2. Полупроводниковые приборы. – 2011. – Вып. 2(227). – С. 24-36.

4. Васильев В.Ю. Применение методов химического осаждения тонких слоёв из газовой фазы длямикросхем с технологическими нормами 0,35-0,18 мкм. Часть 4. Обобщённая методология анализазакономерностей роста тонких слоёв // Электронная техника. Серия 2. Полупроводниковые приборы. – 2012.– Вып. 1(228). – С. 3-18.

5. Васильев В.Ю. Процессы химического осаждения из газовой фазы и свойства фосфор- иборсиликатных стеклообразных слоев // Диссертация на соискание ученой степени доктора химических наук.– Новосибирск. – 2002.

6. Васильев В.Ю., Репинский С.М. Осаждение диэлектрических слоёв из газовой фазы // Успехи химии.– 2005. – Т. 74. – №5. – С. 452-483.

7. Васильев В.Ю., Марошина С.М. Исследование взаимодействия дихлорсилана и аммиака в проточномреакторе низкого давления // Изв. АН СССР. Неорган. Материалы. – 1989. – Т. 25. – №4. – С. 600-604.

8. Репинский С.М. Химическая кинетика роста слоёв диэлектриков // В кн: Современные проблемыфизической химии поверхности полупроводников / Под ред. Ржанова А.В. – Новосибирск.: Наука. – 1988. –С. 90-152.

9. Эммануэль Н.М., Кнорре Д.Г. Курс химической кинетики // М.: Высшая школа. – 1984. – С. 243-256.10. Нитрид кремния в электронике // Под. ред. А.В. Ржанова. – Новосибирск.: Наука. – 1982. – C. 8-54.

– Англоязычная версия книги: Silicon Nitride in Electronics.: 1988.: Elsevier. 263 C.11. Азатян В.В., Васильева Л.Л., Ненашева Л.А., Нестерова С.Н. Роль разветвлённо-цепного механизма

окисления силана в процессе образования слоёв диоксида кремния // Кинетика и катализ. – 1987. – Т. 28. – №5.– С. 1068-1072.

12. Васильева Л.Л., Нестерова С.Н. Закономерности роста слоёв диоксида кремния при окислениимоносилана закисью азота // Кин. и катализ. – 1984. – Т. 25. – №5. – С. 1064-1068.

13. Fujino K., Nishimoto Y., Tokumasu N., and Maeda K. Doped Silicon Oxide Deposition by AtmosphericPressure and Low Temperature Chemical Vapor Deposition Using Tetraethoxysilane and Ozone. // J. Electrochem.Soc. – 1991. – V. 138. – №10. – Р. 3019-3024.

14. Robles S., Russel K., Galiano M., Kithcart V., and Nguen B.C. Gap Fill and Film Reflow Capability ofSubatmospheric Chemical Vapor Deposited Borophosphosilicate Glass. // J. Electrochem. Soc. – 1996. – V. 143. –№4. – Р. 1414-1421.

15. Lu W., Vassiliev V.Y., Zheng J.-Z., and Chan L. Comparison of Sub-Atmospheric BPSG Films with PlasmaEnhanced BPSG Films. // Proc. of 3rd Intern. Dielectric for ULSI Multilevel Interconnection Conf. (DUMIC). SantaClara. USA. – 1997. – Р. 219-222.

16. Vassiliev V.Y. (Invited lecture). Modern BPSG Film Technology. // Visual booklet of tutorial course on the4th Intern. Dielectric for ULSI Multilevel Interconnection Conf. (DUMIC). Santa Clara. USA. – 1998. – Р. 111-192.

17. Vassiliev V.Y., Zheng J.Z., Tang S.K., Lu W., Hua J., and Lin Y.S. Growth Kinetics and Deposition-RelatedProperties of Subatmospheric-Pressure Chemically Vapor Deposited Borophosphosilicate Glass Films. // J. Electrochem.Soc. – 1999. – V. 146. – №8. – Р. 3039-3051.

18. Vassiliev V.Y. Evolution of Borophosphosilicate Glass Film Defects // J. on Dielectrics for ULSI MultilevelInterconnection. – 1999. – V. 1. – №1. – P. 15-28.

19. Васильев В.Ю. О природе дефектов и механизме их формирования в тонких слояхборофосфоросиликатного стекла, получаемых осаждением из газовой фазы в процессе получения интегральныхмикросхем // Физика и химия стекла. – 2000. – Т. 26. – №1. – С. 130-145.

20. V.Vassiliev. Relationships Between Gas-Phase Film Deposition, Properties and Structures of Thin SiO2and BPSG Films. // J. Electrochem. Soc. – 2003. – V. 150. – №12. – Р. F211-F213.

21. Адамс А.К. Осаждение диэлектрических плёнок и поликристаллического кремния // ТехнологияСБИС / Под ред. С.Зи – М.: Мир. – 1986. – Кн. 1. – С. 125-173.


22. Ting C.H. Inorganic Dielectrics. // In “Handbook of Multilevel Metallization for Integrated Circuits”/ S.R.Wilson, C.J.Tracy and J.L.Freeman, eds. – 1993. – Noyes Publications. – P. 202-273.

23. Васильев В.Ю. Тенденции развития технологии и аппаратуры химического осаждения тонкихдиэлектрических слоёв на основе диоксида кремния в микроэлектронике. Часть 2. Заполнение узких зазоровосаждённым материалом // Микроэлектроника. – 1999. – Т. 28. – №3. – C. 183-192.

24. Vassiliev V.Y., Sudijono J.L., and Cuthbertson A. Trends in Void-Free Pre-Metal CVD Dielectrics // SolidState Technol. – 2001. – Vol. 44. – №3. – P. 129-136.

25. Васильев В.Ю. Заполнение ультрамалых зазоров в интегральных микросхемах осаждёнными изгазовой фазы тонкими диэлектрическими материалами на основе диоксида кремния // Микроэлектроника. –2002. – Т. 31. – №4. – С. 263-273.

26. Vasilyev V. Yu., Chung S.-H., Song Y.W.. Quantifying ALD technology for High Aspect Ratio Structures.// Solid State Technol. – 2007. – V. 50. – №8. – P. 53,54,56.

27. The International Technology Roadmap for Semiconductors: www.itrs.com.28. Granneman E., Fischer P., Pierreux D., Terhorst H., Zagwijn P. Batch ALD: Characteristics, comparison

with single wafer ALD, and examples // Surface & Coatings Technology. – 2007. – Vol. 201. – №№22-23. – P. 9003-9008.

29. Васильев В.Ю. Тонкие слои борофосфоросиликатного стекла в технологии кремниевоймикроэлектроники. Часть 1. Осаждение из газовой фазы и свойства слоёв стекла // Микроэлектроника. – 2004.– Т. 33. – №4. – С. 290-307.

30. Васильев В.Ю. Тонкие слои борофосфоросиликатного стекла в технологии кремниевоймикроэлектроники. Часть 2. Строение стёкол и их применение в технологии // Микроэлектроника. – 2005. –Т. 34. – №2. – С. 83-97.

31. В.Ю. Васильев. Процессы релаксации тонких слоёв борофосфоросиликатных стёкол при термическиактивированном вязком течении на ступенчатом рельефе интегральных микросхем. Часть 1. Обобщениерезультатов исследований для изотермических и импульсных режимов нагрева слоёв стекол //Микроэлектроника. – 2003. – Т. 32. – №3. – С. З213-226.

32. В.Ю. Васильев. Процессы релаксации тонких слоёв борофосфоросиликатных стёкол при термическиактивированном вязком течении на ступенчатом рельефе интегральных микросхем. Часть 2. Обобщённыепараметры для характеристики процессов оплавления в ультра-больших интегральных микросхемах //Микроэлектроника. – 2003. – Т. 32. – №4. – С. 267-277.

33. Шепелев С.Н., Васильев В.Ю., Попов В.П. Плазмохимическое осаждение тонких слоёв в реакторахпониженного давления // Обзоры по электронной технике. Ч. 1. Сер. 2. Вып. 7. – М.: ЦНИИ “Электроника”. –1986. – С. 1-53.

34. Шепелев С.Н., Васильев В.Ю., Попов В.П. Плазмохимическое осаждение тонких слоёв в реакторахпониженного давления // Обзоры по электронной технике. Ч. 2. Сер. 2. Вып. 7. – М.: ЦНИИ “Электроника”. –1988. – С. 1-62.


Расчётная оценка профиля распределения радиационных дефектов в кремниипри его облучении -частицами радионуклидных источников

УДК 621.315.592.1:539.3

Аврасин Э. Т., Вологдин Э. Н., Синкевич В. Ф.

ВведениеÏðè ïðîõîæäåíèè -÷àñòèö ÷åðåç âåùåñòâî ïîòåðÿ ýíåðãèè ÷àñòèöàìè â íàèáîëüøåé

ñòåïåíè îïðåäåëÿåòñÿ ñëåäóþùèìè ïðîöåññàìè:– âçàèìîäåéñòâèåì ñî ñâÿçàííûìè ýëåêòðîíàìè òîðìîçÿùåé ñðåäû, ïðè êîòîðîì

òåðÿåìàÿ ÷àñòèöåé ýíåðãèÿ ðàñõîäóåòñÿ íà âîçáóæäåíèå èëè èîíèçàöèþ àòîìîâ èìîëåêóë (èîíèçàöèîííûå ïîòåðè);

– óïðóãèì âçàèìîäåéñòâèåì ñ ÿäðàìè (àòîìàìè), ïðè êîòîðîì ÷àñòü êèíåòè÷åñêîéýíåðãèè ÷àñòèö ïåðåäà¸òñÿ àòîìàì îòäà÷è (óïðóãèå ïîòåðè).

Â ðåçóëüòàòå óïðóãîãî âçàèìîäåéñòâèÿ -÷àñòèö ñ ìàòåðèàëîì ìèøåíè âîçíèêàþòñòðóêòóðíûå äåôåêòû.

Óïðóãèå ïîòåðè ýíåðãèè òÿæ¸ëûõ çàðÿæåííûõ ÷àñòèö ðàñòóò ñ óìåíüøåíèåì èõýíåðãèè. Ýíåðãèÿ -÷àñòèö Е, ïðè êîòîðîé èîíèçàöèîííûå è óïðóãèå ïîòåðè ýíåðãèèñòàíîâÿòñÿ ðàâíûìè äðóã äðóãó, íàçûâàåòñÿ ïîðîãîâîé ýíåðãèåé èîíèçàöèè Еi è âïîëóïðîâîäíèêàõ îïèñûâàåòñÿ ôîðìóëîé [1]:

Рассчитан профиль распределения радиационных дефектов в кремнии, облучённом -частицамирадионуклидных источников при произвольном соотношении между толщиной слоя изотопа ипробегом -частиц в нём для случаев коллимированного и неколлимированного облучения. Показано,что приведённые расчётные соотношения дают возможность выбрать оптимальные вариантырасположения облучаемого объекта относительно источника -излучения при разработкеметодик имитации воздействия на полупроводниковые приборы нейтронного излучения с помощьюрадионуклидных источников -излучения.

Eem

MiЕ

81 (1).

Çäåñü М – ìàññà -÷àñòèöû; mе – ìàññà ýëåêòðîíà; E – øèðèíà çàïðåù¸ííîé çîíûïîëóïðîâîäíèêà.

Ïðè Е < Еi ïðàêòè÷åñêè âñå ïîòåðè ýíåðãèè -÷àñòèö ñâÿçàíû ñäåôåêòîîáðàçîâàíèåì. Ó÷èòûâàÿ, ÷òî âåëè÷èíà Еi äëÿ êðåìíèÿ ~ 1 êýÂ, îñíîâíîåäåôåêòîîáðàçîâàíèå çà ñ÷¸ò -÷àñòèö ïðîèñõîäèò â êîíöå ïðîáåãà, è êîëè÷åñòâîðàäèàöèîííûõ äåôåêòîâ îò îäíîé -÷àñòèöû ïðîïîðöèîíàëüíî îòíîøåíèþ Еi /Еd , ãäå Еd– ïîðîãîâàÿ ýíåðãèÿ ñìåùåíèÿ àòîìà èç óçëà êðèñòàëëè÷åñêîé ðåø¸òêè.

Â îáùåì ñëó÷àå îñòàíîâêà áûñòðîé íàëåòàþùåé ÷àñòèöû ñâÿçàíà ñ ïðîöåññàìèìíîãîêðàòíîãî ðàññåÿíèÿ. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî îäíà è òà æå ÷àñòèöà ñ îäèíàêîâîéíà÷àëüíîé ýíåðãèåé áóäåò äâèãàòüñÿ ïî ðàçëè÷íûì òðàåêòîðèÿì. Ïîýòîìó âåëè÷èíàïðîáåãà áóäåò îáëàäàòü ðàñïðåäåëåíèåì îòíîñèòåëüíî ñîîòâåòñòâóþùèõ ñðåäíèõ çíà÷åíèé(ðàçáðîñ ïðîáåãà). Òèïè÷íûå ðàñïðåäåëåíèÿ ïðîáåãà W(H) îáû÷íî îïèñûâàþò ïðèïîìîùè ðàñïðåäåëåíèÿ Ãàóññà [2], [3]:

(2).

Çäåñü l – ìåðà ðàçáðîñà ïðîáåãîâ; НГР – ãëóáèíà ïðîíèêíîâåíèÿ -÷àñòèö â ìèøåíü;

2

2

2/1 2)(exp

21)(

lHH

lHW ГР


Н – êîîðäèíàòà, îòñ÷èòûâàåìàÿ îò ïîâåðõíîñòè ìèøåíè.Èñõîäÿ èç ïðåäïîëîæåíèÿ, ÷òî äåôåêòîîáðàçîâàíèå ïðîèñõîäèò ãëàâíûì îáðàçîì

â êîíöå ïðîáåãà -÷àñòèö, ìîæíî ïîëàãàòü, ÷òî êîíöåíòðàöèÿ ðàäèàöèîííûõ äåôåêòîâ,ñîçäàâàåìûõ â åäèíèöó âðåìåíè Nt, äîëæíà áûòü ïðîïîðöèîíàëüíà d/dH:

dHd

tN (3).

Çäåñü – ïëîòíîñòü ïîòîêà -÷àñòèö â îáëó÷àåìîì ìàòåðèàëå; – êîýôôèöèåíòïðîïîðöèîíàëüíîñòè.

Ñðåäè ðàçíîîáðàçíûõ òåõíè÷åñêèõ çàäà÷, êîòîðûå ìîãóò áûòü ðåøåíû ñ ïîìîùüþèñòî÷íèêîâ -÷àñòèö, ñëåäóåò îòìåòèòü èìèòàöèþ âîçäåéñòâèÿ íåéòðîíîâ íàïîëóïðîâîäíèêîâûå ïðèáîðû, êîòîðàÿ ïðåäïîëàãàåò ïîèñê ñîîòíîøåíèÿ ìåæäó ôëþåíñàìè-÷àñòèö è íåéòðîíîâ, äàþùèõ îäèíàêîâîå èçìåíåíèå ïàðàìåòðîâ èññëåäóåìûõ ïðèáîðîâ.Ïðèíèìàÿ âî âíèìàíèå ñïåöèôèêó âçàèìîäåéñòâèÿ íåéòðîíîâ ñ ïîëóïðîâîäíèêîâûìèìàòåðèàëàìè, ìîæíî óòâåðæäàòü, ÷òî èìèòàöèþ âîçäåéñòâèÿ íåéòðîíîâ íàïîëóïðîâîäíèêîâûå ïðèáîðû ñ ïîìîùüþ èñòî÷íèêîâ -÷àñòèö ìîæíî îñóùåñòâèòü, åñëèðåàëèçîâàòü ðåæèìû, ïðè êîòîðûõ îáðàçóåòñÿ áëèçêîå ê ðàâíîìåðíîìó ðàñïðåäåëåíèåðàäèàöèîííûõ äåôåêòîâ, âîçíèêàþùèõ â ðåçóëüòàòå âçàèìîäåéñòâèÿ -÷àñòèö ñ ìèøåíüþ.

Ðàñïðåäåëåíèå ðàäèàöèîííûõ äåôåêòîâ çà ñ÷¸ò -îáëó÷åíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ âèäîìôóíêöèè (Н). Äëÿ ðàäèîíóêëèäíûõ èñòî÷íèêîâ õàðàêòåð ôóíêöèè (Н) çàâèñèò îòòîëùèíû ñëîÿ, ñîäåðæàùåãî -èçîòîï, è îò âèäà èñòî÷íèêà (êîëëèìèðîâàííûé èëèíåêîëëèìèðîâàííûé). Â ðàáîòå [4] ðàññìîòðåí îäèí èç ÷àñòíûõ ñëó÷àåâ ðàñ÷¸òàïðîñòðàíñòâåííîãî ðàñïðåäåëåíèÿ ðàäèàöèîííûõ äåôåêòîâ â ñòðóêòóðàõ ïîëóïðîâîäíèêîâûõïðèáîðîâ ïðè èõ îáëó÷åíèè -÷àñòèöàìè ðàäèîíóêëèäíûõ èñòî÷íèêîâ – ñëó÷àé, êîãäàòîëùèíà ñëîÿ, ñîäåðæàùåãî -èçîòîï, ìíîãî ìåíüøå ïðîáåãà -÷àñòèö â ìàòåðèàëåñëîÿ. Â äàííîé ðàáîòå ðàñ÷¸òû ïðîâîäÿòñÿ äëÿ îáùåãî ñëó÷àÿ, êîãäà òîëùèíà ñëîÿ,ñîäåðæàùåãî -èçîòîï, ïðîèçâîëüíàÿ.1. Расчёт профиля распределения радиационных дефектов при облучении изнеколлимированных радионуклидных источников -частиц

Ðàäèîíóêëèäíûé èñòî÷íèêïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ïîäëîæêó, íàïîâåðõíîñòü êîòîðîé íàíåñ¸í ñëîéìàòåðèàëà, ñîäåðæàùåãî -èçîòîï. Ñâåðõóèñòî÷íèê çàùèù¸í ïîêðûòèåì, êîòîðîå âîáùåì ñëó÷àå ìîæåò ñîñòîÿòü èçíåñêîëüêèõ ñëî¸â.1.1. Толщина слоя, содержащего -изотопН1 , превышает пробег -частиц вматериале слоя

Ñõåìàòè÷åñêè ðàñïîëîæåíèå-èñòî÷íèêà è ìèøåíè ïîêàçàíî íàðèñ. 1.

Ïëîòíîñòü ïîòîêà -÷àñòèö â

Рис. 1Схематичное расположение мишени относительно-источника при неколлимированном облучении

ïðîèçâîëüíîé òî÷êå А1 ìèøåíè (ðèñ. 1), èñõîäÿ èç ãåîìåòðè÷åñêèõ ñîîáðàæåíèé,ìîæíî ðàññ÷èòàòü ïî ôîðìóëå:

max

43

3

2

2max

1

0

max2 coslncos1

2cos)(

4sin2max

lH

lH

lHldAdhr

rrdA u

u(4).


Çäåñü А – àêòèâíîñòü ìàòåðèàëà, ñîäåðæàùåãî -èçîòîï, îòíåñ¸ííàÿ ê 1 ã èçîòîïà; du– ïëîòíîñòü èçîòîïà â ìàòåðèàëå èñòî÷íèêà; r – ðàññòîÿíèå îò òî÷êè А1 ìèøåíè äîïðîèçâîëüíîé òî÷êè ñëîÿ, ñîäåðæàùåãî -èçîòîï; – óãîë ìåæäó íàïðàâëåíèåì äâèæåíèÿ-÷àñòèö è íîðìàëüþ ê ïîâåðõíîñòè ìèøåíè; max – íàèáîëüøèé óãîë, â ïðåäåëàõêîòîðîãî -÷àñòèöû äîñòèãàþò ìèøåíè; hmax() – òîëùèíà ñëîÿ, ñîäåðæàùåãî -èçîòîï,ïðîáåã èç ãðàíè÷íîé ïîâåðõíîñòè êîòîðîãî äî òî÷êè А1 ðàâåí r; l1 , l2 , l3 , l4 – ñðåäíèéïðîáåã -÷àñòèö èñïîëüçóåìîãî èçîòîïà â ñëîå, ñîäåðæàùåì -èçîòîï, çàùèòíîì ïîêðûòèè,âîçäóõå è ìàòåðèàëå ìèøåíè ñîîòâåòñòâåííî; Н2 , Н3 – òîëùèíà çàùèòíîãî ïîêðûòèÿ èñëîÿ âîçäóõà ñîîòâåòñòâåííî.

Ïðè âûâîäå ñîîòíîøåíèÿ (4) èñïîëüçîâàëàñü ôîðìóëà äëÿ ïðîáåãà -÷àñòèö â÷åòûð¸õñëîéíîì ìàòåðèàëå, ïîëó÷åííàÿ â ðàáîòå [4]:

(5).

Âåëè÷èíó cosmax íàõîäèì èç ôîðìóëû (5), ïîëàãàÿ hmax(max) = 0, ïîñëå ÷åãîïîëó÷àåì:

(6).

Èñïîëüçóÿ ôîðìóëû (3) è (6), íàõîäèì:

(7).

Åñòåñòâåííî, ÷òî ïðè .

1.2. Толщина слоя, содержащего -изотоп Н1 , не превышает пробег в материале слояÏðè âûâîäå ôîðìóëû äëÿ îïðåäåëåíèÿ êîíöåíòðàöèè ðàäèàöèîííûõ äåôåêòîâ,

ñîçäàâàåìûõ â åäèíèöó âðåìåíè ñëîåì òîëùèíîé Н1 (Н1 < l1), èñïîëüçóåì ôîðìóëó (7),â êîòîðîé Nt(H) ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñóïåðïîçèöèþ äâóõ âåëè÷èí: N1

t(H) äëÿ ñëîÿ,âåðõíÿÿ ãðàíèöà êîòîðîãî ñîâïàäàåò ñ íèæíåé ïîâåðõíîñòüþ ïîêðûòèÿ (âåëè÷èíà N1

tïîëîæèòåëüíàÿ), è N11

t äëÿ ñëîÿ, âåðõíÿÿ ãðàíèöà êîòîðîãî íàõîäèòñÿ íà ðàññòîÿíèè Н1îò íèæíåé ïîâåðõíîñòè ïîêðûòèÿ (âåëè÷èíà N11

t îòðèöàòåëüíàÿ):

(8);

(9).

Ïî àíàëîãèè ñ âàðèàíòîì, ðàññìîòðåííûì â ïîäðàçäåëå 1.1, ïðè

.

1cos

1)(

43

3

2

2

1

max

lH

lH

lH

lh

43

3

2

2

43

3

2

2

43

3

2

21 ln12 l

HlH

lH

lH

lH

lH

lH

lH

lHldA u

1ln2

43

3

2

21

43

3

2

2

4

1

lH

lH

lHпри

lH

lH

lH

lldA(H)N u

t

143

3

2

2 lH

lH

lH 0 (H)Nt

3

3

2

2

43

3

2

2

1

11

43

3

2

2

4

1

43

3

2

2

1

1

43

3

2

2

43

3

2

2

1

1

4

1

11ln2

1ln2

)(

lH

lH

lH

lH

lH

lHпри

lH

lH

lH

lldA

lH

lH

lH

lHпри

lH

lH

lH

lH

lH

lH

lH

lldA

HN

u

u

t

143

3

2

2 lH

lH

lH

0 (H)Nt


2. Расчёт профиля распределения радиационных дефектов при облучении изколлимированных источников -частиц

Ñõåìàòè÷åñêè ðàñïîëîæåíèå-èñòî÷íèêà è ìèøåíè ïðèêîëëèìèðîâàííîì îáëó÷åíèè ïîêàçàíî íàðèñ. 2.2.1. Толщина слоя, содержащего -изотоп,превышает пробег -частиц в материалеслоя

Äëÿ êîëëèìèðîâàííûõ èñòî÷íèêîâñëåäóåò îïðåäåëèòü âåëè÷èíó Нк

1 –êîîðäèíàòó ïëîñêîñòè, ðàçäåëÿþùåéìèøåíü íà äâå îáëàñòè, â îäíîé èçêîòîðûõ ïðè H > Нк

1 ôóíêöèÿ Nt(H)ñîâïàäàåò ñ ñîîòâåòñòâóþùåé ôóíêöèåéäëÿ íåêîëëèìèðîâàííîãî èñòî÷íèêà (7).Âåëè÷èíà Нк

1 îïðåäåëÿåòñÿ ôîðìóëîé:

Рис. 2Схематичное расположение мишени относительно-источника при коллимированном облучении

–

(10).

Çäåñü R – ðàäèóñ êîëëèìàòîðà.Èç ôîðìóë (3), (4) è (10) ïîëó÷èì:

(11);

(12).

Ïðè .

Âèäíî, ÷òî äëÿ ðàññìàòðèâàåìîãî ñëó÷àÿ ðàñïðåäåëåíèå ðàäèàöèîííûõ äåôåêòîââ ìèøåíè äî ãëóáèíû Нк

1 íå çàâèñèò îò êîîðäèíàòû.2.2. Толщина слоя, содержащего -изотоп Н1 , не превышает пробег -частиц вматериале слоя

Äëÿ ñëîÿ, íèæíÿÿ ãðàíèöà êîòîðîãî ñîâïàäàåò ñ ïîâåðõíîñòüþ ïîäëîæêè, ôîðìóëà(10) çàïèøåòñÿ ñëåäóþùèì îáðàçîì:

(13).

23

24

1

3

3

2

2

1

1

HRl

HlH

lH k

3

3

2

24

11

43

3

2

2

4

1

11

4

1

3

3

2

2

4

1

1ln2

0ln2

)(

lH

lHlHHпри

lH

lH

lH

lldA

HHприlH

lH

lH

lldA

HN

ku

kku

t

3

3

2

24 1

lH

lH

lH 0 (H)Nt

23

24

11

3

3

2

2

1

1

1

1

HRl

HlH

lH

lH k

Çäåñü Нк11 – êîîðäèíàòà ïëîñêîñòè, ðàçäåëÿþùåé ìèøåíü íà äâå îáëàñòè, â îäíîé èç

êîòîðûõ ïðè H < Нк11 äåôåêòîîáðàçîâàíèå îòñóòñòâóåò, òî åñòü Nt(H) = 0.


Èç ñîïîñòàâëåíèÿ ôîðìóë (10) è (13) ïîëó÷èì:

(14).

Èç ôîðìóë (4), (10), (13) è ñîîòíîøåíèÿ (14) íàõîäèì:

;

;

(15)

(16)

(17).

Ïðè .

Äëÿ ýòîãî ñëó÷àÿ òàêæå èìååòñÿ ó÷àñòîê ìèøåíè ñ ðàâíîìåðíûì ðàñïðåäåëåíèåìðàäèàöèîííûõ äåôåêòîâ â ñîîòâåòñòâèè ñ ôîðìóëîé (16).

Ïðîâåä¸ì ñðàâíåíèå íåêîòîðûõ ðåçóëüòàòîâ ðàñ÷¸òà ïî ôîðìóëàì ñýêñïåðèìåíòàëüíûìè äàííûìè.

Â ðàáîòå [5] ïðèâåäåíû äàííûå ïî ðàñïðåäåëåíèþ êîíöåíòðàöèè îñíîâíûõ íîñèòåëåé

1,02503030

ЭКЭСКЭФ

-îáëó÷åíèè ñ âîçäóøíûì ïðîìåæóòêîì 18 ìì ìåæäó èñòî÷íèêîì è ìèøåíüþ äëÿðàäèîíóêëèäíîãî èñòî÷íèêà ñ òîëùèíîé ñëîÿ -èçîòîïà ìíîãî ìåíüøå ïðîáåãà â í¸ì-÷àñòèö.

Ïðèâåä¸ííûå äàííûå ïîêàçàíû íà ðèñ. 3.Áóäåì ñ÷èòàòü, ÷òî èçìåíåíèå êîíöåíòðàöèè îñíîâíûõ íîñèòåëåé ïðè

-îáëó÷åíèè îáóñëîâëåíî çàõâàòîì èõ íà äèâàêàíñèè, îáðàçîâàííûå â êîíöå ïðîáåãîâ-÷àñòèö, ÷òî äëÿ òàêîãî îòíîñèòåëüíî âûñîêîîìíîãî ìàòåðèàëà ( = 30 Îì.ñì) âïîëíåîáîñíîâàíî. Ó÷èòûâàÿ, ÷òî âåðõíèé óðîâåíü äèâàêàíñèè (EC – 0,23 ýÂ) â òàêîìâûñîêîîìíîì ìàòåðèàëå áóäåò ñâîáîäåí îò ýëåêòðîíîâ, çàõâàò îñíîâíûõ íîñèòåëåéáóäåò ïðîèñõîäèòü íà ñðåäíèé óðîâåíü äèâàêàíñèè (EC – 0,39 ýÂ). Ïðè÷¸ì åãî çàïîëíåíèåäîëæíî ìåíÿòüñÿ ñ êîîðäèíàòîé â ñîîòâåòñòâèè ñ ïðîñòðàíñòâåííûì èçìåíåíèåìïîëîæåíèÿ óðîâíÿ Ôåðìè.

Îòíîñèòåëüíîå èçìåíåíèå êîíöåíòðàöèè äèâàêàíñèé îò ïîâåðõíîñòè êðåìíèÿ âãëóáü ìèøåíè ЭКСП.(х) ìîæíî íàéòè ñ ïîìîùüþ ñëåäóþùåãî ñîîòíîøåíèÿ:

â êðåìíèåâûõ ýïèòàêñèàëüíûõ ñòðóêòóðàõ ïðè íåêîëëèìèðîâàííîì

4

1

4

11

1

1

lH

lH

lH kk

3

3

2

24

11

43

3

2

2

4

1

1

3

3

2

2

1

14

1

4

1

3

3

2

2

4

1

3

3

2

2

1

14

11

4

1

3

3

2

2

43

3

2

2

1

1

4

1

1ln2

1ln2

1,ln2

)(

lH

lHlHHпри

lH

lH

lH

lldA

HHlH

lH

lHlпри

lH

lH

lH

lldA

lH

lH

lHlHHпри

lH

lH

lH

lH

lH

lH

lH

lldA

HN

ku

kku

kk

u

t

3

3

2

24 1

lH

lHlH 0 (H)Nt

01

1

0 21

21

0

0.

Ф

DV

Ф

DV

Ф

ФЭКСП

nn

xnn

nnxnn

x

(18).


Çäåñü n0 – èñõîäíàÿ êîíöåíòðàöèÿ â ýïèòàêñèàëüíîé ïë¸íêå äî îáëó÷åíèÿ(1,4.1014 ñì-3); nФ(х) – ïðèâåä¸ííàÿ íà ðèñ. 3 çàâèñèìîñòü; nФ(0) – êîíöåíòðàöèÿ îñíîâíûõíîñèòåëåé íà ðèñ. 3 ïðè x = 0; n1DV-2 – êîíöåíòðàöèÿ îñíîâíûõ íîñèòåëåé â êðåìíèèn-òèïà, êîãäà óðîâåíü Ôåðìè ñîâïàäàåò ñî ñðåäíèì óðîâíåì äèâàêàíñèè (1,2.1013 ñì-3

ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå).Óêàçàííûé âàðèàíò èñïîëüçîâàíèÿ -îáëó÷åíèÿ îòíîñèòñÿ ê ñëó÷àþ,

ðàññìàòðèâàåìîìó â ðàçäåëå 1.2.Èç ôîðìóë (8) è (9) ñëåäóåò, ÷òî ïðîèçâîäíàÿ ôóíêöèÿ Nt(H) ïðåòåðïåâàåò ðàçðûâ

â òî÷êå

3

3

2

2

1

14 1

lH

lH

lHlH ИЗ , ÷òî äîëæíî ñîîòâåòñòâîâàòü èçëîìó ôóíêöèè Nt(H).

Èñïîëüçóÿ ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå ðèñ. 3, ìîæíî íàéòè ýòó òî÷êó, à òàêæå îïðåäåëèòüãðàíè÷íóþ òî÷êó HГР, ñîîòâåòñòâóþùóþ ñðåäíåìó çíà÷åíèþ êîíöîâ ïðîáåãà -÷àñòèö âìèøåíè.

Рис. 3Распределение концентрации основных носителей по глубине в

структуре1,0250

3030

ЭКЭС

КЭФ при -облучении с воздушным зазоромм

18 мм (Ф = 1,05.1011 /см2)

Íà îñíîâàíèè ôîðìóëû (9)ñîñòàâëÿåì ñèñòåìó óðàâíåíèé:

(19).

Ïî ýêñïåðèìåíòàëüíûìçíà÷åíèÿì HИЗ è HГР èç óðàâíåíèé(19) ìîæíî íàéòè íåèçâåñòíûåïàðàìåòðû èñòî÷íèêà:

441

1

lH

lH

lH ИЗГР

43

3

2

2 1l

HlH

lH ГР

(20),

(21).

Âåëè÷èíà H3 çàäà¸òñÿ óñëîâèÿìè ýêñïåðèìåíòà, âåëè÷èíû l3, l4 íàõîäèì èçñïðàâî÷íèêà [6], ñ÷èòàÿ, ÷òî ìàêñèìàëüíàÿ ýíåðãèÿ -÷àñòèö ñîîòâåòñòâóåò ðåàêöèè-ðàñïàäà èçîòîïà ïëóòîíèé-238.

Çíà÷åíèÿ âåëè÷èí l3 è l4 òàêîâû: l3 = 0,41 ñì; l4 = 31,4 ìêì. Èñïîëüçóÿýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå, ïðèâåä¸ííûå íà ðèñ. 3, îïðåäåëÿåì âåëè÷èíû HИЗ è HГР :

HИЗ = 14,4 ìêì, HГР = 17,2 ìêì. Ïî ôîðìóëàì (20) è (21) íàõîäèì 09,01

1 lH è

01,02

2 lH . Ïîäñòàâëÿÿ íàéäåííûå çíà÷åíèÿ âåëè÷èí

1

1

lH

è 2

2

lH â ôîðìóëû (8) è (9),

ðàññ÷èòûâàåì îòíîñèòåëüíîå ðàñïðåäåëåíèå ðàäèàöèîííûõ äåôåêòîâ îò ïîâåðõíîñòè â

ãëóáü îáðàçöà 0t

t

NHN

.

3

3

2

2

4

3

3

2

2

1

1

4

1

1

lH

lH

lH

lH

lH

lH

lH

ГР

ИЗ


Ðåçóëüòàòû ðàñ÷¸òà ïðèâåäåíû íà ðèñ. 4, íà êîòîðîì ïî îñè àáñöèññ îòëîæåíà

îòíîñèòåëüíàÿ ãëóáèíà

4lH .

Рис. 4Профиль распределения радиационных дефектов поглубине пластины кремния, введённых -частицами

радионуклидного источника, расположенного на расстоянии18 мм от мишени (сплошная кривая – расчёт для

неколлимированного облучения при толщине слоя изотопа,меньшей длины пробега в нем -частиц; отдельные точки –

результат обработки экспериментальных данных рис. 3)

Íà ýòîì æå ðèñóíêå ïîêàçàíûòî÷êè, ïîëó÷åííûå â ðåçóëüòàòåîáðàáîòêè ýêñïåðèìåíòàëüíûõäàííûõ ðèñ. 3 ïî ôîðìóëå (18).

Çàìåòíî íåêîòîðîåðàñõîæäåíèå ðåçóëüòàòîâ ðàñ÷¸òà èýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ äëÿñðåäíåé ÷àñòè êðèâîé. Ýòî ìîæíîîáúÿñíèòü òåì, ÷òî òåîðåòè÷åñêèéðàñ÷¸ò íå ó÷èòûâàë îáðàçîâàíèåäåôåêòîâ íà ó÷àñòêàõ òðàåêòîðèè-÷àñòèö âäàëè îò êîíöà ïðîáåãàçà ñ÷¸ò êóëîíîâñêîãîâçàèìîäåéñòâèÿ -÷àñòèö ñ ÿäðàìèàòîìîâ êðåìíèÿ. Íà ñàìîì äåëåòàêèå äåôåêòû âîçíèêàþò. Â÷àñòíîñòè, â êðåìíèè n-òèïà ýòèìèäåôåêòàìè ìîãóò áûòü Е-öåíòðû,êîòîðûå äàæå â âûñîêîîìíîì

ìàòåðèàëå ñïîñîáíû ïðèâåñòè ê óìåíüøåíèþ êîíöåíòðàöèè îñíîâíûõ íîñèòåëåé.Ñîâïàäåíèå ðàñ÷¸òíûõ è ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ðåçóëüòàòîâ äëÿ áîëüøèõ ãëóáèí î÷åíüõîðîøåå, òàê êàê äåôåêòîîáðàçîâàíèå òàì èä¸ò òîëüêî çà ñ÷¸ò ïåðåäà÷è ýíåðãèè âêîíöå ïðîáåãà -÷àñòèö, âûõîäÿùèõ ïîä óãëàìè, áëèçêèìè ê 90° ê ïîâåðõíîñòè èñòî÷íèêà.

ЗаключениеÂ ðåçóëüòàòå ïðîâåä¸ííûõ ðàñ÷¸òîâ ïîëó÷åíû ñîîòíîøåíèÿ, ïîçâîëÿþùèå îöåíèòü

ïðîôèëü ðàñïðåäåëåíèÿ ðàäèàöèîííûõ äåôåêòîâ â ìàòåðèàëå ìèøåíè äëÿ ðàçëè÷íûõâàðèàíòîâ ðàñïîëîæåíèÿ ìèøåíè îòíîñèòåëüíî ðàäèîíóêëèäíîãî èñòî÷íèêà -èçëó÷åíèÿ.

Èñïîëüçîâàíèå ïîëó÷åííûõ ðàñ÷¸òíûõ ñîîòíîøåíèé â ñîâîêóïíîñòè ñýêñïåðèìåíòàëüíûìè äàííûìè ïî èçìåíåíèþ îñíîâíûõ ýëåêòðîôèçè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâêðåìíèÿ ïî ãëóáèíå îò îáëó÷àåìîé ïîâåðõíîñòè ïîçâîëÿåò â ðÿäå ñëó÷àåâ îïðåäåëèòüíåèçâåñòíûå ïàðàìåòðû èñòî÷íèêà -èçëó÷åíèÿ, òàêèå êàê îòíîñèòåëüíûå òîëùèíûèçîòîïíîãî ñëîÿ è çàùèòíîãî ïîêðûòèÿ.

Ïðèâåä¸ííûå ðàñ÷¸òíûå ñîîòíîøåíèÿ äàþò âîçìîæíîñòü âûáðàòü îïòèìàëüíûåâàðèàíòû ðàñïîëîæåíèÿ îáëó÷àåìîãî îáúåêòà îòíîñèòåëüíî èñòî÷íèêà -èçëó÷åíèÿ ïðèðàçðàáîòêå ìåòîäèê èìèòàöèè âîçäåéñòâèÿ íà ïîëóïðîâîäíèêîâûå ïðèáîðû íåéòðîííîãîèçëó÷åíèÿ ñ ïîìîùüþ ðàäèîíóêëèäíûõ èñòî÷íèêîâ -èçëó÷åíèÿ.

Литература1. Seitz F. The Disordering of Solids by the Action of Fast Massive Particles // Dise. Faraday Soc. – 5. – 1949.

– P. 271-282.2. Schiott H.E. Range-energy relation for low-energy ions // Mat.- fys. medd. Kgl. danske vid. selskab. – 1966.

– V. 35. – № 9. – P. 20.3. Мейер Дж., Эриксен Л., Дэвис Дж. Ионное легирование полупроводников // Пер. с англ. – М.: Мир. –

1973.

4. Э. Т. Аврасин, Э. Н. Вологдин. Расчёт пространственного распределения радиационнх дефектов вструктурах полупроводниковых приборов при их облучении -частицами радионуклидных источников //Твердотельная электроника. Сложные функциональные блоки РЭА. – Материалы IX научно-техническойконференции 01-03 декабря 2010 г.

5. Аврасин Э. Т., Вологдин Э. Н., Гантман И. Я., Сидоров Д. В., Смирнов Д. С. Исследованиепространственного распределения концентрации основных носителей в кремнии, облучённом -частицамирадионуклидных источников // Электронная техника. Серия 2. Полупроводниковые приборы. – 2010. –Вып. 1(224). – С. 58-63.

6. О. Ф. Немец, Ю. В. Гофман / Справочник по ядерной физике. – Киев: «Наукова Думка». – 1995.



Постоянный ток 100 А Прямое падение напряжения 2Д715А 1,1В

2Д715Б 1,25В Время обратного восстановления 2Д715А 25нс

2Д715Б 25нс Наработка диодов и диодных сборок в предельно допустимом режиме при температуре перехода 150°C 50 000 ч в пределах срока службы Тсл = 25лет.

Диоды и диодные сборки выполнены в герметичных металлокерамических корпусах. Предназначены для применения в высокоэкономичных, малогабаритных и унифицированных модулях электропитания, в высокоэффективных силовых преобразовательных устройствах.

Наименование параметра, условное обозначение, единица измерения,

режим измерения

Типовое значение

пар-ра

Температура корпуса, С

Импульсное прямое напряжение диода и каждого диода диодной сборки, В:

(Iпр.и = 100 А) 2Д715А, 2Д715АС 2Д715Б, 2Д715БС

1,30 1,35

25 10 25 10

Импульсный обратный ток диода и каждого диода диодной сборки, мА:

2Д715А, 2Д715АС (Uобр.и = 100 В)

2Д715Б, 2Д715БС (Uобр.и = 600 В)

5 5

25 10

25 10

Время обратного восстановления диода и каждого диода диодной сборки, нс

(di/dt = 200А/мкс, Uобр.и = 30 В, Iпр.и = 1 А) 2Д715А, 2Д715Б, 2Д715АС, 2Д715БС

36

25 10


Оптимизация мощных СВЧ генераторов, стабилизированныхдиэлектрическими резонаторами, по критерию максимума стабильностичастоты и фазы

УДК 621.373.5:621.382.3

Глыбин А. А., Колковский Ю. В., Карацуба А. П.

ВведениеÑòàáèëüíîñòü ÷àñòîòû è ôàçû ãåíåðèðóåìûõ ñèãíàëîâ îïðåäåëÿåò îñíîâíûå

õàðàêòåðèñòèêè ðàäèîëîêàöèîííûõ è ñâÿçíûõ ñèñòåì [1,2] òàêèå êàê:– äàëüíîñòü îáíàðóæåíèÿ öåëåé;– ðàçðåøåíèå öåëåé ïî äàëüíîñòè;– ïîäàâëåíèå ìåøàþùèõ îòðàæåíèé îò ìåñòíûõ ïðåäìåòîâ è ìåäëåííî äâèæóùèõñÿ

îáúåêòîâ;– ïîìåõîçàùèù¸ííîñòü è ñêðûòíîñòü ïåðåäà÷è ñèãíàëîâ ðàäèîëîêàöèè è ñâÿçè.Ñóùåñòâåííûå ñëîæíîñòè ïðè ôîðìèðîâàíèè ñèãíàëîâ ñ âûñîêîé ñòàáèëüíîñòüþ

÷àñòîòû è ôàçû âîçíèêàþò íå òîëüêî ïðè ãåíåðàöèè ýòèõ ñèãíàëîâ, íî è ïðè èõóñèëåíèè äî çàäàííûõ çíà÷åíèé ìîùíîñòè. Ýòà çàäà÷à íàèáîëåå àêòóàëüíà ïðè ñîçäàíèèìîùíûõ òâåðäîòåëüíûõ ÑÂ× ïåðåäàò÷èêîâ, ïîñêîëüêó íåëèíåéíûå èñêàæåíèÿ âòâåðäîòåëüíûõ ÑÂ× ïðèáîðàõ ñóùåñòâåííî áîëüøå, ÷åì â ýëåêòðîâàêóóìíûõ ÑÂ×ïðèáîðàõ.

Рассмотрены факторы, определяющие стабильность частоты и фазы мощных СВЧ генераторов.Показано, что применение GaN СВЧ транзистора в мощном СВЧ генераторе, стабилизированномдиэлектрическим резонатором, позволяет снизить уровень спектральной плотности фазовогошума (СПФШ) на 10 дБ. Разработаны методики конструирования СВЧ твердотельныхпередатчиков сигналов с высокой стабильностью частоты и фазы, устойчивых к внешним ивнутренним климатическим, механическим и электромагнитным воздействиям.

Принципы создания мощных твердотельных СВЧ передатчиков с высокойстабильностью частоты и фазы

Çàäà÷à ïîñòðîåíèÿ ìîùíûõ òâåðäîòåëüíûõ ÑÂ× ïåðåäàò÷èêîâ ñ âûñîêîéñòàáèëüíîñòüþ ÷àñòîòû è ôàçû äîëæíà ðåøàòüñÿ íå òîëüêî ïî êðèòåðèþ âûñîêîãîêà÷åñòâà ôîðìèðóåìûõ ñèãíàëîâ, íî è ñ ó÷¸òîì òðåáîâàíèé ïî ìèíèìèçàöèè ìàññî-ãàáàðèòíûõ õàðàêòåðèñòèê àïïàðàòóðû ïðè îáåñïå÷åíèè óñòîé÷èâîñòè ê âíåøíèìäåñòàáèëèçèðóþùèì ôàêòîðàì [3-5].

Çàâèñèìîñòü óðîâíÿ ÑÏÔØ ñèãíàëà ÑÂ× ãåíåðàòîðà S(fm) îò ïàðàìåòðîâýêâèâàëåíòíîé ñõåìû ÑÂ× ãåíåðàòîðà îïèñûâàåòñÿ èçâåñòíîé ôîðìóëîé [1]:

(1),

ãäå QН – âåëè÷èíà íàãðóæåííîé äîáðîòíîñòè ðåçîíàòîðà; KР – êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿÑÂ× òðàíçèñòîðà àâòîãåíåðàòîðà, êîìïåíñèðóþùèé ïîòåðè â ðåçîíàòîðå; SТР(fm) –ñïåêòðàëüíàÿ ïëîòíîñòü íèçêî÷àñòîòíîãî øóìà àêòèâíîãî ýëåìåíòà.

Ìîäåëèðîâàíèå ïàðàìåòðîâ ÑÂ× òðàíçèñòîðà â ìîùíîì ÑÂ× ãåíåðàòîðå ïîêðèòåðèþ ìèíèìóìà ñïåêòðàëüíîé ïëîòíîñòè øóìà ÑÂ× ãåíåðàòîðà ïðîâåäåíî âàðèàöèåéïàðàìåòðîâ ýêâèâàëåíòíîé ñõåìû íàãðóæåííîãî ðåçîíàòîðà [3] (ðèñ. 1) â âèäåïîñëåäîâàòåëüíîãî êîíòóðà ñ ðåçîíàíñíîé ÷àñòîòîé fр , ýêâèâàëåíòíîé èíäóêòèâíîñòüþ

mTPpmH

pm fSK

fQf

fS

2


Lр , ¸ìêîñòüþ Ср è ñîïðîòèâëåíèåì Rр. Êðîìå òîãî, ýêâèâàëåíòíàÿ ñõåìà ó÷èòûâàåòñòàòè÷åñêóþ ¸ìêîñòü ðåçîíàòîðà С0 , èìïåäàíñ ÑÂ× òðàíçèñòîðà Lтр , Стр è Rтр èñîãëàñóþùåå óñòðîéñòâî, ïðåäñòàâëÿþùåå ñîáîé Ã-îáðàçíûé òðàíñôîðìàòîð èìïåäàíñîâ,ñîñòîÿùèé èç èíäóêòèâíîñòè L1, ¸ìêîñòè С1 è àêòèâíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ R1.

C0 Kp, дБ fp

L1 R1

Lтр

Rтр

Uтр

C1

Cтр CрRр Lр

fa

-5

-10

-15

-20

-30

-25

-400 -200 4002000

fm, кГц

Рис. 1Эквивалентная схема нагруженного резонатора и его амплитудно-частотная характеристика в СВЧ

генераторе с цепями согласования:а) эквивалентная схема резонатора; б) амплитудно-частотная характеристика диэлектрического резонатора

а) б)

–

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1 10 100 1000

1

2

3

Rр / Rтр

QH / Q

Рис. 2Зависимости величины отношения нагруженной и ненагруженной добротности резонатора QH/Q от

отношения активных составляющих импеданса резонатора и транзистора Rр/Rтр при различных значенияхдобротности цепей согласования Qс: Qс = 3 (1); Qс = 30 (2) и Qс = 300 (3)

Àíàëèç ïîêàçàë, ÷òî ìèíèìèçàöèÿ óðîâíÿ ÑÏÔØ îãðàíè÷åíà óñëîâèåì âîçíèêíîâåíèÿàâòîêîëåáàíèé ÑÂ× ãåíåðàòîðà Kp

. cos() > 1, ãäå Kp – ñóììàðíûé êîýôôèöèåíòïåðåäà÷è ðàçîìêíóòîé ïåòëè ãåíåðàòîðà, – ñóììàðíûé ôàçîâûé ñäâèã â ðàçîìêíóòîéïåòëå ãåíåðàòîðà, è óñëîâèåì óñòîé÷èâîé ðàáîòû â äèàïàçîíå ðàáî÷èõ òåìïåðàòóð Tïðè âûïîëíåíèè ñîîòíîøåíèÿ (fa – fp) = LpC0)-1 << T T, ãäå T – òåìïåðàòóðíàÿíåñòàáèëüíîñòü ÷àñòîòû.

Îáà ýòè óñëîâèÿ ñâÿçûâàþò äîñòèæèìûå çíà÷åíèÿ íàãðóæåííîé äîáðîòíîñòèðåçîíàòîðà QН ñ èìïåäàíñîì ÑÂ× òðàíçèñòîðà è ïàðàìåòðàìè ýêâèâàëåíòíîé ñõåìûäèýëåêòðè÷åñêîãî ðåçîíàòîðà è ñõåì ñîãëàñîâàíèÿ.

Ïðîâåä¸í ðàñ÷¸ò äîñòèæèìûõ çíà÷åíèé îòíîøåíèÿ íàãðóæåííîé äîáðîòíîñòèäèýëåêòðè÷åñêîãî ðåçîíàòîðà ê íåíàãðóæåííîé äîáðîòíîñòè Q â çàâèñèìîñòè îò îòíîøåíèÿàêòèâíûõ ñîñòàâëÿþùèõ èìïåäàíñà òðàíçèñòîðà è ðåçîíàòîðà äëÿ ðàçëè÷íûõ çíà÷åíèéäîáðîòíîñòè öåïåé ñîãëàñîâàíèÿ (ðèñ. 2).


Ïîëó÷åííûå ðåçóëüòàòû ïîêàçûâàþò, ÷òî ÷åì âûøå àêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå ÑÂ×òðàíçèñòîðà, òåì ìåíüøå âåëè÷èíà âíîñèìîãî â êîíòóð äèýëåêòðè÷åñêîãî ðåçîíàòîðàñîïðîòèâëåíèÿ ïîòåðü è ñîîòâåòñòâåííî áîëüøå âåëè÷èíà íàãðóæåííîé äîáðîòíîñòèðåçîíàòîðà ïðè îäèíàêîâîé âåëè÷èíå ñâÿçè ðåçîíàòîðà ñ ÑÂ× òðàíçèñòîðîì, âûøåäîñòèæèìîå çíà÷åíèå íàãðóæåííîé äîáðîòíîñòè ðåçîíàòîðà ïðè îäèíàêîâîé âåëè÷èíåñâÿçè ðåçîíàòîðà ñ ÑÂ× òðàíçèñòîðîì.

Íà îñíîâàíèè àíàëèçà è ìîäåëèðîâàíèÿ ïðîâåä¸í âûáîð òèïà ÑÂ× òðàíçèñòîðàïî êðèòåðèþ ìèíèìóìà ñïåêòðàëüíîé ïëîòíîñòè øóìà ÑÂ× ãåíåðàòîðà, ñòàáèëèçèðîâàííîãîäèýëåêòðè÷åñêèì ðåçîíàòîðîì.

Ñðàâíåíèå ðàñ÷¸òíûõ çíà÷åíèé àêòèâíîé ñîñòàâëÿþùåé ïîñëåäîâàòåëüíîãîèìïåäàíñà ÑÂ× òðàíçèñòîðà [6] rтр, âíîñèìîãî â êîíòóð äèýëåêòðè÷åñêîãî ðåçîíàòîðà,äëÿ GaN è GaAs òðàíçèñòîðîâ (ðèñ. 3) ïîêàçûâàåò, ÷òî âåëè÷èíà âíîñèìîãî â êîíòóðäèýëåêòðè÷åñêîãî ðåçîíàòîðà ñîïðîòèâëåíèÿ ïîòåðü GaN ÑÂ× òðàíçèñòîðà ïî÷òè íàïîðÿäîê ìåíüøå, ÷åì ó GaAs ÑÂ× òðàíçèñòîðà.

Рис. 3Сравнение расчётных значений последовательного

импеданса GaAs и GaN СВЧ транзисторов вдиапазоне частот 0,1-10 ГГц:

1 – импеданс GaAs, 2 – импеданс GaN

Ýòî ïðèâîäèò ê áîëüøåé âåëè÷èíåíàãðóæåííîé äîáðîòíîñòè ïðè îäèíàêîâîéâåëè÷èíå ñâÿçè ðåçîíàòîðà ñ ÑÂ×òðàíçèñòîðîì è â ñîîòâåòñòâèè ñ (1)ìåíüøåé âåëè÷èíå ÑÏÔØ.

Óðîâåíü ÑÏÔØ ÑÂ× ãåíåðàòîðàñóùåñòâåííî çàâèñèò íå òîëüêî îòâåëè÷èíû íàãðóæåííîé äîáðîòíîñòè, íîè îò óðîâíÿ íèçêî÷àñòîòíîãî øóìà ÑÂ×òðàíçèñòîðà [5,7], ïîýòîìó ïðîâåä¸íñðàâíèòåëüíûé àíàëèç íèçêî÷àñòîòíûõøóìîâ GaN è GaAs òðàíçèñòîðîâ.Ñðàâíåíèå ðàçëè÷íûõ òèïîâ ÑÂ×òðàíçèñòîðîâ ïîêàçàëî, ÷òîíèçêî÷àñòîòíûå øóìû GaN è GaAsòðàíçèñòîðîâ îòëè÷àþòñÿ íåçíà÷èòåëüíîè íàõîäÿòñÿ äîñòàòî÷íî áëèçêî êñðåäíåêâàäðàòè÷åñêîìó îòêëîíåíèþðåçóëüòàòîâ èçìåðåíèé ( 3 äÁ).

Òàêèì îáðàçîì, áîëüøèå âåëè÷èíûíàãðóæåííîé äîáðîòíîñòè â ÑÂ×

ãåíåðàòîðå íà GaN òðàíçèñòîðå ïîçâîëÿþò âûáðàòü ýòîò òèï ÑÂ× òðàíçèñòîðà ïîêðèòåðèþ ìèíèìóìà ñïåêòðàëüíîé ïëîòíîñòè øóìà ÑÂ× ãåíåðàòîðà, ñòàáèëèçèðîâàííîãîäèýëåêòðè÷åñêèì ðåçîíàòîðîì.

Экспериментальная проверка спектральной плотности фазового шума мощныхСВЧ генераторов

Ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ ïðîâåðêà ÑÏÔØ ìîùíûõ (Р = 1 Âò) ÑÂ× ãåíåðàòîðîâ íà GaNè GaAs òðàíçèñòîðàõ (ðèñ. 4) ïîêàçàëà, ÷òî ïðèìåíåíèå GaN ÑÂ× òðàíçèñòîðà âìîùíîì ÑÂ× ãåíåðàòîðå, ñòàáèëèçèðîâàííîì äèýëåêòðè÷åñêèì ðåçîíàòîðîì, ïîçâîëÿåòñíèçèòü óðîâåíü ñïåêòðàëüíîé ïëîòíîñòè ôàçîâîãî øóìà áîëåå ÷åì íà 10 äÁ, ÷òîîáóñëîâëåíî áîëüøåé âåëè÷èíîé àêòèâíîé ÷àñòè èìïåäàíñà GaN ÑÂ× òðàíçèñòîðà ïîñðàâíåíèþ ñ èìïåäàíñîì GaAs ÑÂ× òðàíçèñòîðà.


Рис. 4СПФШ мощных СВЧ генераторов (Р = 1 Вт) на GaAs и GaN

СВЧ транзисторах:а) GaAs СВЧ транзистор; б) GaN СВЧ транзистор

Ð à ç ð à á î ò à í ûêîíñòðóêòèâíûå èñõåìîòåõíè÷åñêèå ìåòîäûîáåñïå÷åíèÿ ñòàáèëüíîñòè÷àñòîòû è ôàçû ñèãíàëà ÑÂ×ãåíåðàòîðîâ ïðè âîçäåéñòâèèâíåøíèõ ôàêòîðîâ, ñîñòîÿùèå âñíèæåíèè âëèÿíèÿ ìåõàíè÷åñêèõâîçäåéñòâèé íà óñòîé÷èâîñòüðàáîòû ÑÂ× òâåðäîòåëüíûõïåðåäàò÷èêîâ [8, 9].

Ìîùíûå ãåíåðàòîðû ñÔÀÏ× íà GaN ÑÂ× òðàíçèñòîðàõ,c ò à á è ë è ç è ð î â à í í û å

äèýëåêòðè÷åñêèìè ðåçîíàòîðàìè, èìåþò óðîâåíü ñïåêòðàëüíîé ïëîòíîñòè ôàçîâîãîøóìà íà ÷àñòîòå îòñòðîéêè fm = 2 êÃö ìåíåå 130 äÁ/Âò (ðèñ. 5).

Èññëåäîâàíèÿ âèáðîóñòîé÷èâîñòè ÑÂ× ôîðìèðîâàòåëÿ ñèãíàëîâ (ðèñ. 6à) ïîêàçàëè,÷òî ïðè ìåõàíè÷åñêèõ âîçäåéñòâèÿõ ñ óñêîðåíèåì äî 10 g óðîâåíü ÑÏÔØ ÑÂ×ôîðìèðîâàòåëÿ ñèãíàëîâ íå èçìåíÿåòñÿ (ðèñ. 6á).

S(fm), дБ/Гц

-120

-130

-140

-150

-160

1 10 100

fm, кГц

а)

б)

1 2

S(fm), дБ/Гц

-120

-130

-140

-150

-160

1 10 100

fm, кГц

Рис. 5Зависимость спектральной плотности шума

мощных СВЧ генераторов с ФАПЧ,стабилизированных диэлектрическимирезонаторами на GaN СВЧ транзисторе

Рис. 6СВЧ формирователь сигналов, обеспечивающий высокую стабильность

частоты и фазы при воздействии шумов и помех – а); результатыизмерения СПФШ СВЧ генератора на GaN СВЧ транзисторе,

стабилизированного диэлектрическим резонатором, с ФАПЧ приакустическом гармоническом воздействии с частотой 20 Гц мощностью120 дБ – б): 1 – СПФШ СВЧ генератора на GaAs СВЧ транзисторе; 2 –

СПФШ СВЧ генератора на GaN СВЧ транзисторе

Ïîëó÷åííûå ðåçóëüòàòû äîñòèãàþòñÿ çà ñ÷¸ò ïðèìåíåíèé ìåòîäîâ êîíñòðóêòèâíîéçàùèòû îïîðíîãî êâàðöåâîãî ãåíåðàòîðà, ÑÂ× ãåíåðàòîðîâ ñ äèýëåêòðè÷åñêèìèðåçîíàòîðàìè è âñåé êîíñòðóêöèè ÑÂ× ôîðìèðîâàòåëÿ ñèãíàëîâ.

Ðàçðàáîòàííûé ÑÂ× ôîðìèðîâàòåëü ñèãíàëîâ óñïåøíî ïðîø¸ë èñïûòàíèÿ íàñòîéêîñòü ê âíåøíèì âîçäåéñòâóþùèì ôàêòîðàì (ìåõàíè÷åñêèì, êëèìàòè÷åñêèì,àêóñòè÷åñêèì) Êîìïëåêñà ãîñóäàðñòâåííûõ âîåííûõ ñòàíäàðòîâ (ÊÃÂÑ) «Ìîðîç-6».

Выводы1. Óñòàíîâëåíî, ÷òî ïðèìåíåíèå GaN ÑÂ× òðàíçèñòîðà â ìîùíîì ÑÂ× ãåíåðàòîðå,

ñòàáèëèçèðîâàííîì äèýëåêòðè÷åñêèì ðåçîíàòîðîì, ïîçâîëÿåò ñíèçèòü óðîâåíüñïåêòðàëüíîé ïëîòíîñòè ôàçîâîãî øóìà íà 10 äÁ, ÷òî îáóñëîâëåíî áîëüøåé


âåëè÷èíîé àêòèâíîé ÷àñòè èìïåäàíñà GaN ÑÂ× òðàíçèñòîðà ïî ñðàâíåíèþ ñ èìïåäàíñîìGaAs ÑÂ× òðàíçèñòîðà, ÷òî ïðèâîäèò ê ìåíüøåé íà ïîðÿäîê âåëè÷èíå âíîñèìîãî âêîíòóð äèýëåêòðè÷åñêîãî ðåçîíàòîðà ñîïðîòèâëåíèÿ ïîòåðü è ñîîòâåòñòâåííî áîëüøåéâåëè÷èíå íàãðóæåííîé äîáðîòíîñòè ïðè îäèíàêîâîé âåëè÷èíå ñâÿçè ðåçîíàòîðà ñ ÑÂ×òðàíçèñòîðîì.

2. Ðàçðàáîòàíû ìåòîäèêè êîíñòðóèðîâàíèÿ ÑÂ× òâåðäîòåëüíûõ ïåðåäàò÷èêîâñèãíàëîâ ñ âûñîêîé ñòàáèëüíîñòüþ ÷àñòîòû è ôàçû, óñòîé÷èâûõ ê âíåøíèì è âíóòðåííèìêëèìàòè÷åñêèì, ìåõàíè÷åñêèì è ýëåêòðîìàãíèòíûì âîçäåéñòâèÿì ïðè ìèíèìàëüíûõìàññî-ãàáàðèòíûõ õàðàêòåðèñòèêàõ àïïàðàòóðû.

Литература1. Бакулев П. А. Радиолокационные системы // М.: Радиотехника. – 2004. – 524 с.2. Яценков В. С. Основы спутниковой навигации. Системы GPS NAVSTAR и ГЛОНАСС // М.: Горячая

линия – Телеком. – 2005. – 272 с.3. Головков А. А. Генераторы высоких и сверхвысоких частот // M.: Высшая школа. – 2003. – 218 c.4. Э. А. Семёнов, Э. В. Мичурин, В. Н. Посадский. Основные принципы модульного построения и

результаты разработок СВЧ-синтезаторов для радиолокационных систем // Радиотехника. – 2002. – № 2. –C. 12-17.

5. А. Г. Васильев, Ю. В. Колковский, Ю. А. Концевой. СВЧ приборы и устройства на широкозонныхполупроводниках // М.: Техносфера. – 2011. – 416 с.

6. Jie Deng, Weike Wang, Subrata Halder, Walter. R. Curtice, James C. M. Hwang, Vinod Adivarahan and M.Asif Khan. Temperature-Dependent RF Large-Signal Model of GaN-Based MOSHFETs // IEEE transactions onmicrowave theory and techniques. – V. 56. – № 12. – december 2008. – P. 2709.

7. Zhi Hong Liu, Geok Ing Ng and Subramaniam Arulkumaran. Analytical Modeling of High-Frequency NoiseIncluding Temperature Effects in GaN HEMTs on High-Resistivity Si Substrates // IEEE transactions on electrondevices. – V. 57. – № 7. – july 2010. – P. 1485.

8. А. А. Глыбин, Ю. В. Колковский, М. Н. Гришаков и др. Стабильные твердотельные СВЧ генераторы,устойчивые к воздействию акустического шума // Электронная техника. Серия 2. Полупроводниковые приборы.– 2007. – Вып. 1(218). – С. 103-108.

9. Патент на изобретение № 2338343. Приоритет 03.06.2007. А. М. Васильев, А. А. Глыбин, Ю. В. Колковский и др.


Исследование и устранение причин брака при производстве мощныхкремниевых PIN диодов

УДК 621.382.019

Филатов М. Ю., Роговский Е. С., Колмакова Т. П., Меженный М. В., Дренин А. С.

ВведениеÏåðåêëþ÷àòåëüíûå PIN äèîäû íà êðåìíèè ìîãóò áûòü èñïîëüçîâàíû â ðàçëè÷íûõ

ôóíêöèîíàëüíûõ ÑÂ× óñòðîéñòâàõ, òàêèõ êàê äèñêðåòíûå ôàçîâðàùàòåëè, ìîäóëÿòîðû,îãðàíè÷èòåëè ìîùíîñòè, ïåðåêëþ÷àòåëè êàíàëîâ.

Â çàâèñèìîñòè îò íàçíà÷åíèÿ è õàðàêòåðèñòèê óñòðîéñòâ ýëåêòðè÷åñêèå ïàðàìåòðûPIN äèîäîâ ìîãóò èìåòü çíà÷åíèÿ, íåïîñðåäñòâåííî çàâèñÿùèå êàê îò ðåæèìîâ (ðàáî÷àÿ÷àñòîòà, ïðÿìîé òîê, îáðàòíîå íàïðÿæåíèå), òàê è îò ôèçè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ PINñòðóêòóð (òîëùèíà áàçû, óäåëüíîå ñîïðîòèâëåíèå, äèôôóçèîííàÿ äëèíà, ïîäâèæíîñòüýëåêòðîíîâ è äûðîê, ñêîðîñòü ðåêîìáèíàöèè). Íàêîíåö, âàæíåéøèìè êîíñòðóêòèâíûìèïàðàìåòðàìè PIN äèîäîâ ÿâëÿþòñÿ ̧ ìêîñòü, èíäóêòèâíîñòü è òåïëîâîå ñîïðîòèâëåíèå,îïðåäåëÿþùèå äîïóñòèìûé óðîâåíü óïðàâëÿåìîé ìîùíîñòè, ïîòåðè, à òàêæå ïðîáèâíîåíàïðÿæåíèå, õàðàêòåðèçóþùåå ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå èìïóëüñíîé ÑÂ× ìîùíîñòè.Ñèñòåìà ïàðàìåòðîâ îòå÷åñòâåííûõ PIN äèîäîâ è ìåòîäû èõ èçìåðåíèé ðàññìîòðåíûâ [1]. Â äàííîé ðàáîòå àíàëèçèðóþòñÿ âèäû è ïðè÷èíû áðàêà, âëèÿþùèå íà ýëåêòðè÷åñêèåïàðàìåòðû è îòêàçû, íà ïðèìåðå èçãîòîâëåíèÿ ìîùíîãî PIN äèîäà òð¸õñàíòèìåòðîâîãîäèàïàçîíà äëèí âîëí â êîðïóñå ÊÄ-105, ïðåäíàçíà÷åííîãî äëÿ ïåðåêëþ÷åíèÿ èìïóëüñíîéìîùíîñòè â âîëíîâîäíûõ êàíàëàõ.

Проанализированы виды и причины брака PIN диодов, вызывающие изменения электрическихпараметров и отказы, на примере изготовления мощного PIN диода трёхсантиметровогодиапазона длин волн в корпусе КД-105, предназначенного для переключения импульсной мощностив волноводных каналах. Основные виды отказов включают как технологические причины, связанныес процессом изготовления PIN структур, так и эксплуатационные, вызываемые неидентичностьюпараметров (C, Rобр ) одного из двух последовательно включённых диодов в коаксиальную линиюфильтра, управляющего мощностью волноводных каналов. Показаны основные преимуществаp+--n+ структуры по сравнению с p+-v-n+ структурой PIN диодов с “толстой” базой, полученныхпо меза-эпитаксиальной технологии с диэлектрической защитой боковой поверхности.

1. Причины брака, связанные с технологией изготовления структуры диодаÏðè «ïðÿìîé» ñõåìå âêëþ÷åíèÿ äèîäà ïèêîâîå çíà÷åíèå íàïðÿæåíèÿ UПИК ñâÿçàíî

ñ ïàäàþùåé ìîùíîñòüþ è ïðîáèâíûì íàïðÿæåíèåì äèîäà âûðàæåíèåì [1]:

~

СМПРОБПАДПИК UUZРU 02~(1),

ãäå PПАД – ïàäàþùàÿ ìîùíîñòü; Z0 – ýêâèâàëåíòíîå âîëíîâîå ñîïðîòèâëåíèå âîëíîâîäà;UПРОБ – ïðîáèâíîå íàïðÿæåíèå; UCМ – íàïðÿæåíèå îáðàòíîãî ñìåùåíèÿ.

Èç âûðàæåíèÿ (1) ñëåäóåò, ÷òî ïðîáèâíîå íàïðÿæåíèå îòâåòñòâåííî çà ýëåêòðè÷åñêèéïðîáîé â äèîäå 2À542À1, òåõíîëîãè÷åñêàÿ íîðìà íà êîòîðîå ñîñòàâëÿåò 1200 Â ïðèòîêå IОБР < 10 ìêÀ. Òåõíîëîãèÿ èçãîòîâëåíèÿ äèîäíîé ñòðóêòóðû îñíîâàíà íà èñïîëüçîâàíèèïîäëîæêè ìîíîêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ äèàìåòðîì 60 ìì èëè v òèïà, íà êîòîðîéìåòîäîì õëîðèäíîé ýïèòàêñèè ïîñëåäîâàòåëüíî íàðàùèâàþòñÿ ñèëüíîëåãèðîâàííûå ñëîèn+ è p+ òèïà ïðè òåìïåðàòóðå ~ 1160 îÑ. Íåîáõîäèìàÿ òîëùèíà áàçû ñîçäà¸òñÿ ñïîìîùüþ ïðîìåæóòî÷íîé ìåõàíè÷åñêîé îáðàáîòêè (îäíîñòîðîííåé øëèôîâêè è ïîëèðîâêè).Òî÷íîñòü ïîääåðæàíèÿ òîëùèíû áàçû ñîñòàâëÿåò ±10 ìêì, òàê ÷òî ïðè å¸

–


ìèíèìàëüíîé òîëùèíå Wi = 125 ìêì è çíà÷åíèè ïîëÿ ëàâèííîãî ïðîáîÿ â îáú¸ìåSi~2,5·105 Â/ñì ïðîáèâíîå íàïðÿæåíèå ìåçà-ñòðóêòóðû äîëæíî ñîñòàâëÿòü íå ìåíåå3000 Â. Ðåàëüíûå çíà÷åíèÿ UПРОБ ìåçà-ñòðóêòóð, èìåþùèõ çàùèòó áîêîâîé ïîâåðõíîñòèäèýëåêòðè÷åñêèì ñëîåì àëþìîñèëèêàòíîãî ñòåêëà, â äâà ðàçà ìåíüøå. Ýòî îòíîøåíèåñîõðàíÿåòñÿ ïðè óìåíüøåíèè òîëùèíû áàçû â 1,25-1,4 ðàçà. Ïðè÷èíû íåñîîòâåòñòâèÿðåàëüíîãî çíà÷åíèÿ ïðîáèâíîãî íàïðÿæåíèÿ, ðàññ÷èòàííîãî ïî ôîðìóëå

UПРОБ = ЕПРОБ .Wi (2),

ãäå EПРОБ – íàïðÿæåíèå ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ ïðîáîÿ, Wi – òîëùèíà i-îáëàñòè, çàêëþ÷àþòñÿâ ïðåâàëèðîâàíèè ïðîáîÿ ïî áîêîâîé ïîâåðõíîñòè ìåçà-ñòðóêòóðû, îïðåäåëÿåìîãîíàïðÿæ¸ííîñòüþ ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ è óãëîì íàêëîíà ôàñêè â îáëàñòè p-n ïåðåõîäà.Â ïåðåõîäàõ ñ ïîëîæèòåëüíîé ôàñêîé (ðèñ. 1à) (êîãäà ïëîùàäü ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿóìåíüøàåòñÿ â íàïðàâëåíèè îò ñèëüíîëåãèðîâàííîé ê ñëàáîëåãèðîâàííîé îáëàñòè)ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå íà ïîâåðõíîñòè ìåíüøå, ÷åì â îáú¸ìå, è ïðîáèâíîå íàïðÿæåíèåâ òàêèõ ìåçà-ñòðóêòóðàõ âûøå, ÷åì â p-n ïåðåõîäàõ ìåçà-ñòðóêòóð ñ îòðèöàòåëüíîéôàñêîé (ðèñ. 1á).

Рис. 1Меза-структуры p-i-n диодов:

а – положительный угол фаски меза-структуры; б – отрицательный угол фаски меза-структуры

а) б)

×òîáû â p-n ïåðåõîäå ñ îòðèöàòåëüíîé ôàñêîé (â ñòðóêòóðå р+-v-n+-òèïà) ñíèçèòüíàïðÿæ¸ííîñòü ïîëÿ íà ïîâåðõíîñòè, óãîë ôàñêè äîëæåí áûòü ìàë. Ýòî âûçûâàåòçíà÷èòåëüíûå òåõíîëîãè÷åñêèå òðóäíîñòè ïðè ôîðìèðîâàíèè ìåçû.

Â ñëó÷àå ïîëîæèòåëüíîé ôàñêè âåðîÿòíîñòü ïðîáîÿ ïî ïîâåðõíîñòè ìåçû ïðèïðî÷èõ ðàâíûõ óñëîâèÿõ ìåíüøå, ÷åì â îáú¸ìå. Êðîìå òîãî, êîýôôèöèåíò óäàðíîéèîíèçàöèè îñíîâíûõ íîñèòåëåé (Е) â êðåìíèè n(электронов) > р(дырок) , ïîýòîìó â ìàòåðèàëå-òèïà ïîðîãîâîå ïîëå óäàðíîé èîíèçàöèè âûøå, ÷åì â ìàòåðèàëå v-òèïà, ñëåäîâàòåëüíî,â ñòðóêòóðàõ èç áåñòèãåëüíîãî íåëåãèðîâàííîãî êðåìíèÿ -òèïà ïðîáèâíîå íàïðÿæåíèåïðè ïðî÷èõ ðàâíûõ óñëîâèÿõ äîëæíî áûòü âûøå, ÷åì â ñòðóêòóðàõ èç ìàòåðèàëà v-òèïà.

Ýòî ïîäòâåðæäàåòñÿ ðåçóëüòàòàìè ñðàâíåíèÿ (â òàáë. 1) çíà÷åíèé ïðîáèâíîãîíàïðÿæåíèÿ íà âûáîðêàõ ïàðòèé (ïî 10 ìåçà-ñòðóêòóð), èçãîòîâëåííûõ ñ èñïîëüçîâàíèåìèñõîäíîãî êðåìíèÿ v-òèïà è -òèïà (óäåëüíîå ñîïðîòèâëåíèå 6-8 êÎì·ñì) ñ ïðèìåíåíèåìåäèíîãî êîìïëåêòà ôîòîøàáëîíîâ è íàíåñåíèåì îäèíàêîâîé òîëùèíû çàùèòíîãî ïîêðûòèÿíà áîêîâóþ ïîâåðõíîñòü ìåçà-ñòðóêòóð â âèäå ñâèíöîâî-àëþìîñèëèêàòíîãî ñòåêëà ìàðêèGP601/W020 (ñîñòàâ: 46% PbO, 45% SiO2, 9% Al2O3).

Îñàæäåíèå ñòåêëîïîðîøêà íà ïëàñòèíó ñ ìåçà-ñòðóêòóðàìè ïðîâîäÿò ìåòîäîìýëåêòðîôîðåçà [2] ñ ïîñëåäóþùèì îïëàâëåíèåì â àòìîñôåðå O2 ïðè òåìïåðàòóðå(850±10) îÑ.

Ñóñïåíçèþ ïðèãîòàâëèâàþò ðàçìåøèâàíèåì 31 ã ñòåêëîïîðîøêà â 850 ìë ýòèëîâîãîñïèðòà (С2Н5ОН). Â êà÷åñòâå “çàðÿä÷èêà” â ñóñïåíçèþ äîáàâëÿþò 2-3 êàïëè ñîëÿíîéêèñëîòû.

Óñòàíîâêà ýëåêòðîôîðåçà îáåñïå÷èâàåò ïîäà÷ó èïóëüñîâ ñ àìïëèòóäîé 90 Â,


÷àñòîòîé îò 1 äî 2 êÃö è ñêâàæíîñòüþ 1 ÷åðåç ðåãóëèðóåìûé èñòî÷íèê ïîñòîÿííîãîíàïðÿæåíèÿ íà êàòîä (ïëàñòèíó êðåìíèÿ). Ïî ñðàâíåíèþ ñî ñòàòè÷åñêèì ìåòîäîìîñàæäåíèÿ [2] ñòàòèêî-äèíàìè÷åñêèé ìåòîä ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü ïîêðûòèå áîëåå ïðî÷íûìè îäíîðîäíûì. Êîìáèíèðîâàíèå ïîñòîÿííîãî è àìïëèòóäíîãî èìïóëüñíûõ ñìåùåíèéïîçâîëÿåò èçìåíÿòü ñêîðîñòü îñàæäåíèÿ â øèðîêîì äèàïàçîíå è êîíòðîëèðîâàòü òîëùèíóïîêðûòèÿ ñ òî÷íîñòüþ 1-2 ìêì ïðè òîëùèíàõ 20-25 ìêì.

Таблица 1Средние значения параметров выборки из партий исследованных PIN структур

0 100 200 3000

200

400

600

800

T, o C

t, мин

Îïëàâëåíèå ñòåêëà ïðîâîäÿò â àòìîñôåðå êèñëîðîäà. Ïðè ýòîì äèôôóçèÿ êèñëîðîäàê ïîâåðõíîñòè êðåìíèÿ ïðîèñõîäèò âïëîòü äî òåìïåðàòóðû ðàçìÿã÷åíèÿ ñòåêëà(~ 660 îÑ), ôîðìèðóÿ êâàçèñïëîøíóþ òîíêóþ ïë¸íêó SiO2 íà ïîâåðõíîñòè êðåìíèÿ,êîòîðàÿ â äàëüíåéøåì óäàëÿåòñÿ çà ñ÷¸ò äîáàâëåíèÿ èîíîâ HCl â ðåàêòîð. Çàâèñèìîñòüòåìïåðàòóðû îò âðåìåíè ïðîöåññà ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 2. Äëèòåëüíûé îòæèã ïðèòåìïåðàòóðå 600 îÑ íåîáõîäèì äëÿ âîññòàíîâëåíèÿ âðåìåíè æèçíè íåîñíîâíûõ íîñèòåëåéçàðÿäà â i-ñëîå. Ýëåêòðè÷åñêàÿ ïðî÷íîñòü çàùèòíîãî ïîêðûòèÿ ñîñòàâëÿåò 900-1000 Â.Îäíàêî â ðÿäå ñëó÷àåâ ýòî çíà÷åíèå íå äîñòèãàåòñÿ.

Рис. 2Температурно-временная зависимость режима

оплавления стекла GP-601

Ïðè÷èíîé ðàçëè÷èÿ çíà÷åíèé ïðîáèâíîãîíàïðÿæåíèÿ ìåçà-ñòðóêòóð n- è p-òèïà (ïîäìåçà-ñòðóêòóðàìè ïîäðàçóìåâàþòñÿ PINñòðóêòóðû, âûðàùåííûå íà ïîäëîæêàõâûñîêîîìíîãî êðåìíèÿ n- è p-òèïàñîîòâåòñòâåííî) ÿâëÿåòñÿ ðàçíàÿ òîëùèíàñòåêëà â îáëàñòè p-n ïåðåõîäà. Â ñòðóêòóðàõn-òèïà р+-n ïåðåõîä ðàñïîëîæåí áëèæå êâåðøèíå ìåçû íà ðàññòîÿíèè 5-10 ìêì îòïîâåðõíîñòè; â ñòðóêòóðå р-òèïà р-n ïåðåõîäðàñïîëîæåí â îáú¸ìå íà ðàññòîÿíèè 130-140 ìêì îò ïîâåðõíîñòè. Î÷åâèäíî, ÷òî ïðèîïëàâëåíèè ñòåêëî «ñòåêàåò» ïî áîêîâîéïîâåðõíîñòè è ó îñíîâàíèÿ ìåçû çàùèòíîåïîêðûòèå òîëùå, ÷åì ó âåðøèíû, ÷òî

èñêëþ÷àåò âîçìîæíîñòü âîçíèêíîâåíèÿ ïîâåðõíîñòíîãî ïðîáîÿ, ñâîéñòâåííîãî ñòðóêòóðàìn-òèïà, ãäå ñòåêëî â îáëàñòè р-n ïåðåõîäà ìîæåò áûòü òîíêèì (ðèñ. 3). Èç òàáëèöûòàêæå ñëåäóåò, ÷òî ïðè îäèíàêîâîé ñðåäíåé ïëîùàäè ìåçà-ñòðóêòóðû (S = 3,8·10-3 ñì2)¸ìêîñòü p ñòðóêòóð ïðè îáðàòíîì ñìåùåíèè 100 Â íà 15% ìåíüøå, ÷åì ó ñòðóêòóð

Тип кремния Параметр PIN структуры

ν -тип π -тип

UПРОБ (В) при IОБР=10мкА 1240 1700

С (пФ) при UОБР=100 В 0,4 0,35

UПРЯМ (В) при IПРЯМ=100 мА 0,88 0,87

RПРЯМ (Ом) при IПРЯМ=100мА (на частоте 4, 28 гГц) 1,65 1,60


n-òèïà, ó êîòîðûõ ê òîìó æå çíà÷èòåëüíî âûøå óäåëüíàÿ ̧ ìêîñòü ïðè íóëåâîì ñìåùåíèè.

Рис. 3Поперечное сечение остеклованной меза-структуры PIN диода

Ýòî ðàçëè÷èå, ïî -âèäèìîìó, ñâÿçàíî ñ ýôôåêòîìïîâûøåíèÿ ïîâåðõíîñòíîéêîíöåíòðàöèè äîíîðîâ ïðèíàðàùèâàíèè р+-ñëîÿ çà ñ÷¸òàâòîëåãèðîâàíèÿ ôîñôîðîìi-ñëîÿ èç ýïèòàêñèàëüíîãî ñëîÿ,ëåãèðîâàííîãî ôîñôîðîì ñóäåëüíûì ñîïðîòèâëåíèåì0,002 êÎì·ñì, ïðåäâàðèòåëüíîâûðàùåííîãî íà âûñîêîîìíîìêðåìíèè.

Â òå÷åíèe ñóììàðíîãîâðåìåíè íàãðåâà ïðè

íàðàùèâàíèè n+- è р+-ñëî¸â íà âûñîêîîìíóþ ïîäëîæêó îñîáåííî êðèòè÷íà äèôôóçèÿôîñôîðà, êîòîðàÿ ïðèâîäèò ê ðîñòó åãî êîíöåíòðàöèè íà ãðàíèöå v-ñëîÿ, òåì ñàìûìóìåíüøàÿ òîëùèíó i-ñëîÿ ñ âûñîêèì óäåëüíûì ñîïðîòèâëåíèåì. Ðàñ÷¸ò ïîçâîëÿåòïðîãíîçèðîâàòü óìåíüøåíèå òîëùèíû Wi-îáëàñòè íà 5-10 ìêì çà ñ÷¸ò àâòîäèôôóçèè.Ïîñêîëüêó ïðîáèâíîå íàïðÿæåíèå PIN äèîäà íåïîñðåäñòâåííî çàâèñèò îò òîëùèíûWi-ñëîÿ, î÷åâèäíî, ÷òî UПРОБ ïðè íàëè÷èè ðàçìûòîé ãðàíèöû n+-i(v) òèïà áóäåò óìåíüøàòüñÿñ óâåëè÷åíèåì âðåìåíè è òåìïåðàòóðû ýïèòàêñèàëüíûõ ïðîöåññîâ.

Â ñëó÷àå èñõîäíîãî êðåìíèÿ -òèïà ïðè íàðàùèâàíèè n+-ñëîÿ äèôôóçèÿ ôîñôîðàïðèâîäèò ê íåçíà÷èòåëüíîìó ñäâèãó ãðàíèöû n+- ïåðåõîäà. Ïðè ïðèëîæåíèè ê òàêîìóäèîäó îáðàòíîãî ñìåùåíèÿ îáëàñòü ïðîñòðàíñòâåííîãî çàðÿäà ñòàíîâèòñÿ òîëùå è-îáëàñòü ïîëíîñòüþ îáåäíÿåòñÿ, ïðè ýòîì òîê ñâîáîäíûõ íåîñíîâíûõ íîñèòåëåéóìåíüøàåòñÿ. Ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå EМАХ ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ âîçíèêàåò âáëèçèýïèòàêñèàëüíîãî р-n+ ïåðåõîäà. Ðàñøèðåíèå îáú¸ìíîãî çàðÿäà îòâå÷àåò óñëîâèÿìíåðåçêîãî n+-р ïåðåõîäà, ïðîáèâíîå íàïðÿæåíèå êîòîðîãî çàâèñèò îò ãðàäèåíòîâêîíöåíòðàöèè ôîñôîðà è áîðà â îáëàñòè ïåðåêîìïåíñàöèè. Òàêèì îáðàçîì, â ñëó÷àåр+--n+ ñòðóêòóðû øèðèíà âûñîêîîìíîé Wi-îáëàñòè óâåëè÷èâàåòñÿ â òîé æå ñòåïåíè, âêàêîé ïðîèñõîäèò å¸ óìåíüøåíèå â р+-v-n+ ñòðóêòóðå PIN äèîäà. Â ñèëó ýòîãî ïðîáèâíîåíàïðÿæåíèå р ñòðóêòóð áîëåå ïðèáëèæåíî ê ðàñ÷¸òíîìó çíà÷åíèþ äëÿ р+--n+ ñòðóêòóðñ ó÷¸òîì ïðîêîëà [3].

Óìåíüøèòü äèôôóçèîííîå ðàçìûòèå v-ñëîÿ â ïðîöåññå ýïèòàêñèè ìîæíî ñíèæåíèåìòåìïåðàòóðû ïðîöåññà ïðè ðîñòå n+-ñëîÿ. Âûñîêàÿ òåìïåðàòóðà ðîñòà ïðèâîäèò òàêæåê óìåíüøåíèþ âðåìåíè æèçíè íåîñíîâíûõ íîñèòåëåé è âîçíèêíîâåíèþ ìåõàíè÷åñêèõíàïðÿæåíèé â ýïèòàêñèàëüíîé ñòðóêòóðå, ïðè÷¸ì, ÷åì òîëùå ýïèòàêñèàëüíûå ñëîè, òåìñèëüíåå ñêàçûâàþòñÿ ïåðå÷èñëåííûå ÿâëåíèÿ.

Â [4] ïîêàçàíî, ÷òî âûðàùèâàíèå n+-ñëîÿ ìîæíî íà÷èíàòü ïðè Т = 1160îÑ, à çàòåìïîñòåïåííî ñíèæàòü òåìïåðàòóðó ðîñòà è çàêàí÷èâàòü ïðîöåññ ïðè Т = 1000îÑ. Òàêàÿòåõíîëîãèÿ ïîçâîëÿåò óìåíüøèòü êîýôôèöèåíòû äèôôóçèè áîðà è ôîñôîðà íà äâàïîðÿäêà, ïðè ýòîì ãëóáèíà äèôôóçèè èç ýïèòàêñèàëüíîãî n+-ñëîÿ â i-ïîäëîæêó íåïðåâûøàåò 3 ìêì. Ñêîðîñòü ðîñòà ýïèòàêñèàëüíîãî ñëîÿ ïðè ýòîì íå äîëæíà ïðåâûøàòü0,3 ìêì/ìèí, ÷òî ãàðàíòèðóåò òîëùèíó ñîâåðøåííîãî ìîíîêðèñòàëëè÷åñêîãî ñëîÿ íàãðàíèöå ñ i-ñëîåì îêîëî 3-5 ìêì. Ïîñëåäóþùèå ñëîè ìîãóò áûòü áëî÷íûìè èëèïîëèêðèñòàëëè÷åñêèìè, ÷òî íå ñêàæåòñÿ íà ôîðìèðîâàíèè êîíòàêòà â äèîäíîé ñòðóêòóðå.


Êàê ïîêàçàíî â [5], äëÿ óìåíüøåíèÿ âîçìîæíîñòè îáðàçîâàíèÿ òðóäíîðàñòâîðèìûõçàãðÿçíåíèé íà ïîâåðõíîñòè n+-ñëîÿ ïðåäëàãàåòñÿ ðàñïîëàãàòü ýêðàíû èç ïëàñòèí êðåìíèÿìàðêè ÊÝÑ 0,01 ìåæäó ðàáî÷èìè ïëàñòèíàìè è ãðàôèòîâûì íàãðåâàòåëåì áåçñóùåñòâåííîé ïåðåäåëêè ãðàôèòîâîãî íàãðåâàòåëÿ. Ïîñêîëüêó ýêðàííàÿ ïëàñòèíà ìåíååëåãèðîâàíà, òî â òå÷åíèå äâóõ-òð¸õ ïðîöåññîâ å¸ êîíöåíòðàöèÿ ñðàâíÿåòñÿ ñêîíöåíòðàöèåé ôîñôîðà â n+-ñëîå ñî ñòîðîíû êîíòàêòà, â òî âðåìÿ êàê ñòåïåíüàâòîëåãèðîâàíèÿ ðàñòóùåãî р+-ñëîÿ áóäåò ñóùåñòâåííî óìåíüøåíà, òàê êàê êîýôôèöèåíòäèôôóçèè ñóðüìû ìåíüøå êîýôôèöèåíòà äèôôóçèè ôîñôîðà.

Ïîñëå ìåõàíè÷åñêîé îáðàáîòêè ïîäëîæêè äî çàäàííîé òîëùèíû íà å¸ ïîâåðõíîñòèèìåþòñÿ ìåõàíè÷åñêèå íàðóøåíèÿ, êîòîðûå ÿâëÿþòñÿ ïðè÷èíîé âîçíèêíîâåíèÿ äåôåêòîâêðèñòàëëè÷åñêîé ñòðóêòóðû. Äåôåêòû â îáëàñòè р-n ïåðåõîäà ìîãóò âûçûâàòü ëîêàëüíûéïðîáîé â îáú¸ìå êðåìíèÿ. Ýòè äåôåêòû âûÿâëÿþòñÿ ïîñëå ñåëåêòèâíîãî òðàâëåíèÿïîâåðõíîñòè р+-ñëîÿ (ðèñ. 4). Äåôåêòû óïàêîâêè, êàê ïðàâèëî, îáðàçóþòñÿ íà ãðàíèöåìåæäó ïîäëîæêîé è ýïèòàêñèàëüíûì ñëîåì. Äëÿ óìåíüøåíèÿ ïëîòíîñòè äåôåêòîâíåîáõîäèìî ïîâûñèòü êà÷åñòâî îáðàáîòêè ïîâåðõíîñòè ïåðåä ýïèòàêñèåé çà ñ÷¸òèñïîëüçîâàíèÿ õèìèêî-äèíàìè÷åñêîé ïîëèðîâêè è ãàçîâîãî òðàâëåíèÿ íåïîñðåäñòâåííîïåðåä ïðîöåññîì ýïèòàêñèè.

Рис. 4Фотография поверхности “анодной стороны”

кристалла с локальными дефектами

Îäíîé èç ïðè÷èí ñíèæåíèÿ âåëè÷èíûîáðàòíîãî íàïðÿæåíèÿ è âîçðàñòàíèÿ òîêàóòå÷êè ÿâëÿåòñÿ íåïîëíîå óäàëåíèåi-îáëàñòè íà îïåðàöèè òðàâëåíèÿ ìåçû.Äåëî â òîì, ÷òî òðàâëåíèå îñóùåñòâëÿþòîäíîâðåìåííî íà íåñêîëüêèõ ïëàñòèíàõ,ïîìåù¸ííûõ â îãðàíè÷åííûé îáú¸ìòð¸õêîìïîíåíòíîãî òðàâèòåëÿ íàìåòàëëè÷åñêèé äèñê ñ èñïîëüçîâàíèåìãàçîâîãî ïåðåìåøèâàíèÿ òðàâèòåëÿ,ñêîðîñòü òðàâëåíèÿ ïëàñòèí ïðè ýòîì íåîäèíàêîâà.

Óìåíüøåíèå ñêîðîñòè õèìè÷åñêîãîâçàèìîäåéñòâèÿ ìîëåêóë ïëàâèêîâîéêèñëîòû çà ñ÷¸ò ñíèæåíèÿ ýíåðãèèàêòèâàöèè õèìè÷åñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿìîëåêóë òðàâèòåëÿ ñ êðåìíèåì ïî ìåðå

ïðèáëèæåíèÿ ê n+-ñëîþ, à òàêæå íåïîñòîÿíñòâî òåìïåðàòóðû òðàâèòåëÿ ïðèâîäÿò êðàçáðîñó òîëùèíû i-ñëîÿ, îñîáåííî â ìåçà-ñòðóêòóðàõ n-òèïà. Âëèÿíèå îòêëîíåíèéäèàìåòðà D ìåçû D è òîëùèíû áàçû Wi ñêàçûâàåòñÿ íà îòêëîíåíèè ¸ìêîñòè ìåçà-ñòðóêòóðû Сj â ñîîòâåòñòâèè ñ ôîðìóëàìè:

0

2Дi

D DСW

20

24i

Wi

D WСW

j D WС С C

(3),

(4),

(5),

ãäå 0 – ýëåêòðè÷åñêàÿ ïîñòîÿííàÿ; – îòíîñèòåëüíàÿ äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïðîíèöàåìîñòü;СD – îòêëîíåíèå ¸ìêîñòè ìåçà-ñòðóêòóðû, ñâÿçàííîå ñ îòêëîíåíèåì äèàìåòðà ìåçûD; СW – îòêëîíåíèå ¸ìêîñòè ìåçà-ñòðóêòóðû, ñâÿçàííîå ñ îòêëîíåíèåì òîëùèíû


áàçû Wi.Äëÿ ìåçà-ñòðóêòóð êîíóñíîé ôîðìû îòêëîíåíèå Wi ó÷èòûâàåò îøèáêó îïðåäåëåíèÿ

òîëùèíû i-ñëîÿ ìåòîäîì âû÷èòàíèÿ èç îáùåé òîëùèíû n+-i-ñëîÿ òîëùèíû n+-ñëîÿ ñòî÷íîñòüþ ±10%. Ïðè ðàçáðîñå ïî òîëùèíå n+-ñëî¸â ±5-10ìêì ñóììàðíàÿ àáñîëþòíàÿîøèáêà Wi ìîæåò ñîñòàâèòü ±20 ìêì. Ïîëàãàÿ Wi = 140 ìêì, èìååì СW 15 %,Wi = ±13-14 ìêì.

Ïðè îòêëîíåíèè òîëùèíû i-ñëîÿ ñðåäíåãî çíà÷åíèÿ, ñîîòâåòñòâóþùåãî åãî ñðåäíåìóçíà÷åíèþ ¸ìêîñòè Сi = 0,4 ïÔ, ìîæíî ïîëó÷èòü çíà÷åíèå СW = 0,06 ïÔ.

Ðàçáðîñ äèàìåòðîâ ±0,05 ìì ïðèâîäèò (ïðè ñðåäíåì çíà÷åíèè äèàìåòðà ìåçûDм = 0,6 ìì è ñðåäíåé òîëùèíå i-ñëîÿ Wi = 135 ìêì) ê âåëè÷èíå СD = ±0,035 ïÔ.

Ïðè ñóììèðîâàíèè àáñîëþòíûõ îøèáîê âåëè÷èíà cj 0,095 ïÔ, ÷òî ñóùåñòâåííîñíèæàåò âûõîä ãîäíûõ ñòðóêòóð ïðè êîìïëåêòîâàíèè äèîäîâ ñ ¸ìêîñòüþ С < 0,75 ïÔ,òðåáóåìîé äëÿ ðàáîòû äèîäà â âåðõíåé îáëàñòè Õ-äèàïàçîíà.

Ïðè èñïîëüçîâàíèè êðåìíèÿ -òèïà (ÊÁÎ) òðàâëåíèå â ñìåñè HF:HNO3:CH3COOH =2:9:4 áóäåò èäòè áîëåå èíòåíñèâíî ïðè îñâåùåíèè ïîâåðõíîñòè çà ñ÷¸ò îáðàçîâàíèÿíåîñíîâíûõ íîñèòåëåé (ýëåêòðîíîâ). Ýòî ñâÿçàíî ñ áîëåå âûñîêîé ñêîðîñòüþïîâåðõíîñòíîé ðåêîìáèíàöèè ýëåêòðîíîâ ïî ñðàâíåíèþ ñ äûðêàìè, òî åñòü Sn > Sр, ãäåSn = n/n, (n è p – ýôôåêòèâíîå âðåìÿ æèçíè ýëåêòðîíîâ è äûðîê íà ïîâåðõíîñòèêðåìíèÿ ñîîòâåòñòâåííî; n è p – ïîâåðõíîñòíàÿ ïðîâîäèìîñòü ýëåêòðîíîâ è äûðîê íàïîâåðõíîñòè êðåìíèÿ ñîîòâåòñòâåííî), ïîñêîëüêó n < p è n = p.

Âðåìÿ òðàâëåíèÿ êðåìíèÿ äî ãðàíèöû ñëîÿ n+-òèïà ñîñòàâëÿåò 12-13 ìèíóò.Îêîí÷àíèå ïðîöåññà ôèêñèðóåòñÿ ïî èçìåíåíèþ ïðîâîäèìîñòè ñ ïîìîùüþ òåðìîçîíäà.Â ïðîöåññå òðàâëåíèÿ èç-çà äåôåêòîâ ôîòîðåçèñòà îáðàçóþòñÿ ó÷àñòêè «ïðîêîëîâ» íàâåðøèíàõ ìåçà-ñòðóêòóð (ðèñ. 5), êîòîðûå ìîãóò áûòü ïðè÷èíîé îáðàçîâàíèÿ ëîêàëüíîãîïðîáîÿ ïðè íàïðÿæåíèè ìåíåå 1200 Â â âèäå ìèêðîïëàçì, íàáëþäàåìûõ âèçóàëüíî âïðîöåññå ðàçáðàêîâêè ñòðóêòóð. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî èçìåðåíèå ïðîáèâíîãî íàïðÿæåíèÿñòðóêòóð ñ èñïîëüçîâàíèåì õàðàêòåðèîãðàôà òèïà Ë2-56 â ðåæèìå ñ áîëüøèì íàãðóçî÷íûìñîïðîòèâëåíèåì (RН > 2 ÌÎì) ïîçâîëÿåò â ðÿäå ñëó÷àåâ íàáëþäàòü «çàëå÷èâàíèå»ìèêðîïëàçì è âîññòàíîâëåíèå ÂÀÕ ñ ìèíèìàëüíûì îáðàòíûì òîêîì, â òî âðåìÿ êàêïðèìåíåíèå ñõåìû ñ èñïîëüçîâàíèåì âûñîêîâîëüòíîãî èñòî÷íèêà íàïðÿæåíèÿ ïðèâîäèòê íåîáðàòèìîìó âîçðàñòàíèþ îáðàòíîãî òîêà è äåãðàäàöèè p-n ïåðåõîäà. Â ñòðóêòóðàõp-òèïà ñ ãëóáîêèì p-n ïåðåõîäîì óêàçàííûå ÿâëåíèÿ íàáëþäàþòñÿ çíà÷èòåëüíî ðåæå,÷òî ñâèäåòåëüñòâóåò â òîì ÷èñëå î âûñîêîêà÷åñòâåííîé îáðàáîòêå èñõîäíîé ïîâåðõíîñòèìîíîêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ, ïîñòóïàþùåãî íà ýïèòàêñèàëüíîå íàðàùèâàíèå.

– –

–

–

Рис. 5Фотография области пробояp-n перехода меза-структуры

Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî èñïîëüçîâàííûé òðàâèòåëüÿâëÿåòñÿ àãðåññèâíûì äëÿ íàïûë¸ííîãî ñëîÿ õðîìà,èñïîëüçóåìîãî â êà÷åñòâå çàùèòíîé ìàñêè. Öåëåñîîáðàçíîâìåñòî õðîìà èñïîëüçîâàòü àëþìèíèé, êîòîðûé ÿâëÿåòñÿèíåðòíûì ê äàííîìó òðàâèòåëþ è óäàëÿåìûì âîðòîôîñôîðíîé êèñëîòå ïåðåä îïåðàöèåé «ýëåêòðîôîðåçà».Äëÿ èñêëþ÷åíèÿ «ñòåêàíèÿ» ñòåêëà ïðåäëîæåíîèçãîòàâëèâàòü ìåçà-ñòðóêòóðû ñòóïåí÷àòîé ôîðìûàíàëîãè÷íî [6].

Ðàñïîëîæåíèå ñòóïåíüêè äîëæíî áûòü íà ðàññòîÿíèè15-20 ìêì îò ïîâåðõíîñòè р+-ñëîÿ. Ïðè ýòîì æåëàòåëüíîôîðìèðîâàòü ñòóïåíüêó àíèçîòðîïíûì òðàâëåíèåì,íàïðèìåð ñ ïîìîùüþ ïëàçìî-õèìè÷åñêîãî òðàâëåíèÿ


òðàâëåíèÿ êðåìíèÿ â ýëåãàçå (SF6). Â ýòîì ñëó÷àå ñòóïåí÷àòàÿ öèëèíäðè÷åñêàÿ ôîðìàìåçà-ñòóïåíüêè áëàãîïðèÿòñòâóåò íå òîëüêî óòîëùåíèþ ñëîÿ ñòåêëà, íî è ñíèæåíèþíàïðÿæ¸ííîñòè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ íà ïîâåðõíîñòè p-n ïåðåõîäà â ñòðóêòóðàõ n-òèïà.

Ñîçäàíèå ñòóïåí÷àòîé ôîðìû ìåçà-ñòðóêòóðû ïîçâîëÿåò â çíà÷èòåëüíîé ñòåïåíèóâåëè÷èòü òîëùèíó ñòåêëà ïî ïåðèôåðèè âåðøèíû ìåçà-ñòðóêòóðû, à çàìåíà ìàñêèðóþùåãîìåòàëëà (õðîìà íà àëþìèíèé) ïðèìåíèòü íà ïåðâîé ñòàäèè ïëàçìî-õèìè÷åñêîå òðàâëåíèåêðåìíèÿ äëÿ îáðàçîâàíèÿ âîñïðîèçâîäèìîé ãåîìåòðèè ñòðóêòóðû, òåì ñàìûì èñêëþ÷èòüâîçäóøíûé ïðîìåæóòîê ìåæäó ñòåêëîì è êðåìíèåì ïðè îïëàâëåíèè ñòåêëà,ñïîñîáñòâóþùèé ëîêàëüíîìó ïîâåðõíîñòíîìó ïðîáîþ.

2. Причины брака диодов на сборочных операциях и технологических испытанияхÏðè êîíòðîëå ìåçà-ñòðóêòóð ïî âíåøíåìó âèäó è ýëåêòðè÷åñêèì ïàðàìåòðàì äî

30-40 % îòáðàêîâûâàåòñÿ ïî ýëåêòðè÷åñêèì ïàðàìåòðàì (¸ìêîñòü, ïðîáèâíîå íàïðÿæåíèå,íàêîïëåííûé çàðÿä) ïîñëå òåõíîëîãè÷åñêèõ èñïûòàíèé íà ìíîãîêðàòíûå òåìïåðàòóðíûåöèêëû îò -60 îÑ äî +125 îÑ, âîçäåéñòâèå âëàæíîé àòìîñôåðû, òåðìîòîêîâîé âûäåðæêè.Ïîîïåðàöèîííûé àíàëèç áðàêà ïîçâîëèë óñòàíîâèòü, ÷òî ïðèìåðíî ó 10 % äèîäîââîçíèêàåò ïîâûøåííûé îáðàòíûé òîê (IОБР > 10 ìêÀ ïðè UПРОБ < N) ïîñëå îïåðàöèèãåðìåòèçàöèè ñîáðàííîé àðìàòóðû ñ ïîìîùüþ ïðèâàðêè êðûøêè. Ïðèâàðêó êðûøêèîñóùåñòâëÿþò ðàñïëàâëåíèåì ÷àñòåé ìåòàëëè÷åñêîé êîâàðîâîé êðûøêè è ôëàíöà êîðïóñàçà ñ÷¸ò ïðîïóñêàíèÿ èìïóëüñà òîêà áîëüøîé ìîùíîñòè, ïðè ýòîì ôîðìèðóåòñÿ ñâàðíîéøîâ â êîëüöåâîé çîíå çà ñ÷¸ò ïðîõîæäåíèÿ èìïóëüñà òîêà ðàçðÿäà áîëüøåé ïëîòíîñòè.Èç-çà íåñîîñíîñòè äèîäîäåðæàòåëÿ ïîñëåäíèé ìîæåò êàñàòüñÿ ñâàðî÷íîãî ýëåêòðîäà(ðèñ. 6) è ÷àñòü òîêà ïðîõîäèò ÷åðåç îòêðûòûé p-n ïåðåõîä íà åãî êîðïóñ. Ïåðåãðåâp-n ïåðåõîäà âûçûâàåò íåîáðàòèìûé ðîñò îáðàòíîãî òîêà, êîòîðûé ôèêñèðóåòñÿ òîëüêîïîñëå îêîí÷àíèÿ ïîëíîãî öèêëà òåõíîëîãè÷åñêèõ èñïûòàíèé. Åñëè ñ÷èòàòü, ÷òî ìàêñèìàëüíîäîïóñòèìàÿ òåìïåðàòóðà p-n ïåðåõîäà ñîñòàâëÿåò 150 îÑ, òî ïðè ïðîõîæäåíèè îäèíî÷íîãîèìïóëüñà áîëüøîé äëèòåëüíîñòè â êîíöå èìïóëüñà òåìïåðàòóðà p-n ïåðåõîäà ìîæåòäîñòèãàòü 200 îÑ.

–

13

2

4

5Рис. 6

Возможный путь разряднойкомпоненты тока I1 через

герметизирующий шов на сварочныйэлектрод и компоненты I2 через

открытый p-n переход-диододержатель-сварочный электрод:

1 – коваровая крышка; 2 – сварочныйэлектрод; 3 – коваровый золочёный

вывод; 4 – кристалл с p-n переходом;5 – кристаллодержатель

3. Отказы, связанные с конструкцией PIN диодаÏðè òåìïåðàòóðå 100 îÑ â ïðîöåññå òåðìîòîêîâîé

òðåíèðîâêè îáðàòíûé òîê äèîäà ìîæåò óâåëè÷èâàòüñÿâ ñîòíè ðàç, ÷òî ñâÿçàíî ñ ñèëüíîé ñòåïåííîéçàâèñèìîñòüþ òîêà óòå÷êè îò òåìïåðàòóðû.

Âûáîð âèäà íàãðóçêè ïîçâîëÿåò îïðåäåëèòüýíåðãèþ àêòèâàöèè Еа ôèçè÷åñêèõ ìåõàíèçìîâ,îòâå÷àþùèõ çà òåìïåðàòóðíóþ íåñòàáèëüíîñòü îáðàòíîãîòîêà äèîäà. Ýíåðãèþ àêòèâàöèè ìîæíî íàéòè, ïîñòðîèâçàâèñèìîñòü îáðàòíîãî òîêà ïðè íàïðÿæåíèè îáðàòíîãîñìåùåíèÿ 100 Â îò îáðàòíîé àáñîëþòíîé òåìïåðàòóðûâ ïîëóëîãàðèôìè÷åñêîì ìàñøòàáå, èñõîäÿ èç çàêîíàÀððåíèóñà

0 exp a

ОБР SEI I kT

(6),

ãäå IS0 – òîê íàñûùåíèÿ p-n ïåðåõîäà; k – ïîñòîÿííàÿÁîëüöìàíà k = 1,38·10-23 Äæ/îÊ = 8,62·10-5 ýÂ/îÊ; Т –àáñîëþòíàÿ òåìïåðàòóðà â ãðàäóñàõ Êåëüâèíà.

Íà ðèñ. 7 ïðåäñòàâëåíà òèïè÷íàÿ çàâèñèìîñòüîáðàòíîãî òîêà ïðè UОБР = 100 Â äèîäà îò îáðàòíîé


2,5 3,0

-20

-18

-16

-14

ln I О

БР

1000/T, K-1

àáñîëþòíîé òåìïåðàòóðû. Èññëåäóåìûå äèîäû èìåëè çàùèòíîå ïîêðûòèå ìåçû (ñòåêëîGP-600) òîëùèíîé 10-20 ìêì, ïîâåðõ êîòîðîãî íàíåñåíà ïë¸íêà äâóîêèñè êðåìíèÿ,ïîëó÷åííàÿ ïèðîëèòè÷åñêèì ìåòîäîì ðàçëîæåíèÿ ìîíîñèëàíà ïðè òåìïåðàòóðå 350 îÑè ïîñëåäóþùåãî íàíåñåíèÿ ñëîÿ êðåìíèé-îðãàíè÷åñêîãî êîìïàóíäà ÑÈÝË-190.

Рис. 6Зависимость обратного тока от обратной

температуры PIN диода 2А542А1 (Еа = 0,67 эВ)

Ýíåðãèÿ àêòèâàöèè íå ïðåòåðïåâàåòñóùåñòâåííîãî èçìåíåíèÿ â èíòåðâàëåòåìïåðàòóð îò 40 äî 130 îÑ, ÷òî ïîçâîëÿåòñóäèòü î äåéñòâèè îäíîãî è òîãî æå ìåõàíèçìà,îòâå÷àþùåãî çà ñêîðîñòü äåãðàäàöèè è íåçàâèñÿùåãî îò ýëåêòðè÷åñêîé íàãðóçêè. Ïðèýòîì îáðàòíûé òîê èçìåíÿåòñÿýêñïîíåíöèàëüíî îò 2 äî 830 íÀ. Åãîèçìåíåíèå âûçâàíî, ñêîðåå âñåãî, èíâåðñèåéòèïà ïðîâîäèìîñòè íà ãðàíèöå ðàçäåëà ñòåêëî-Si, îáðàçîâàíèåì ïðîâîäÿùèõ êàíàëîâ èøóíòèðîâàíèåì p-n ïåðåõîäà. Ïðè òåìïåðàòóðåâûøå 350 îÑ (òåìïåðàòóðà íàïàéêè êðèñòàëëàè âûâîäà) âîçìîæíî îáðàçîâàíèå ó÷àñòêîâýâòåêòè÷åñêîãî ñïëàâà çîëîòî-êðåìíèé,âûçûâàþùèõ ðîñò ìåõàíè÷åñêèõ íàïðÿæåíèé

â îáëàñòè êîíòàêòà è ïîÿâëåíèå îòêàçîâ, íå íàáëþäàåìûõ ïðè íîðìàëüíîé òåìïåðàòóðå,íàïðèìåð îáðûâ âûâîäà èëè «ïåðåìåííûé» êîíòàêò, êîòîðûé îáíàðóæèâàåòñÿ òîëüêîïðè ýëåêòðè÷åñêîì âîçäåéñòâèè íà äèîä ïðåäåëüíîãî çíà÷åíèÿ ìîùíîñòè.

4. Причины эксплуатационных отказов переключательных PIN диодовÎäíî èç íàçíà÷åíèé ðàññìàòðèâàåìîãî PIN äèîäà – êîììóòàöèÿ ÑÂ× ìîùíîñòè

РВХ âîëíîâîäíîãî âõîäíîãî êàíàëà íà îäèí èç òðåõ (I, II, III) óïðàâëÿåìûõ âûõîäíûõêàíàëîâ, ãäå ðàñïîëàãàþòñÿ êîàêñèàëüíûå ôèëüòðû ñ äèîäàìè. Ðàññòîÿíèå ìåæäóíå÷¸òíûìè ôèëüòðàìè è óçêîé ñòåíêîé âõîäíîãî âîëíîâîäà (ñå÷åíèåì 23õ2 ìì) ñîñòàâëÿåò0/2.

Äëèíà êîàêñèàëüíûõ ôèëüòðîâ ðàâíà 0/2, à ðàññòîÿíèå ìåæäó íèìè –0/4. Âöåíòðàëüíûõ ïðîâîäíèêàõ êàæäîãî ôèëüòðà âìîíòèðîâàíû äâà ïîñëåäîâàòåëüíîâêëþ÷åííûõ PIN äèîäà, âîëíîâîå ñîïðîòèâëåíèå ôèëüòðà ñîñòàâëÿåò îêîëî 50 Îì.Âåðõíèé êîíåö êîàêñèàëüíîãî øëåéôà çàìêíóò ïî ÑÂ× áëîêèðîâî÷íîé ̧ ìêîñòüþ, ÷åðåçêîòîðóþ ïîäà¸òñÿ ïîñòîÿííîå ñìåùåíèå íà PIN äèîäû. Öåíòðàëüíàÿ æèëà êîàêñèàëüíîãîôèëüòðà ïðîõîäèò ÷åðåç êîëüöåâîé çàçîð â âåðõíåé ñòåíêå âîëíîâîäà, â êîòîðóþâìîíòèðîâàíà äèýëåêòðè÷åñêàÿ âñòàâêà, íå âëèÿþùàÿ íà îñíîâíûå ýëåêòðè÷åñêèåïàðàìåòðû ôèëüòðà.

Ïðè ïðÿìîì ñìåùåíèè íà äèîäàõ ôèëüòðîâ â êàíàëàõ I, II, III âîëíîâîäû âûõîäíûõêàíàëîâ çàïåðòû. Ôèëüòðû ïðè ýòîì ïðåäñòàâëÿþò ïîëóâîëíîâûå ðåçîíàòîðû, òî åñòüïåðèîäè÷åñêè îäèí èç òð¸õ êàíàëîâ áëîêà ÔÍÀ-Ç çàêðûò, îäíàêî â ñèëó íåäîñòàòî÷íîéâåëè÷èíû ïîòåðü çàïèðàíèÿ (I ôèëüòðà) ìîùíîñòè ìîæåò òðàíñôîðìèðîâàòüñÿ âêîàêñèàëüíóþ ëèíèþ è âîçäåéñòâîâàòü íà äèîäû.

Ïðè îáðàòíîì ñìåùåíèè íà äèîäàõ èíäóêòèâíîñòü øòûðÿ ñâÿçè è ðåàêòàíñ äâóõäèîäîâ (2Сj) îáðàçóþò êîíòóð ïàðàëëåëüíîãî ðåçîíàíñà, ñîïðîòèâëåíèå êîòîðîãî íàöåíòðàëüíîé ÷àñòîòå çíà÷èòåëüíî áîëüøå âîëíîâîãî ñîïðîòèâëåíèÿ óïðàâëÿåìîãî êàíàëà,÷òî ïîçâîëÿåò ìîùíîñòè ïðîõîäèòü íà âûõîä ñ ìàëûìè ïîòåðÿìè. Ïðè ýòîì àìïëèòóäûíàïðÿæåíèÿ íà êàæäîì èç äèîäîâ îïðåäåëÿþòñÿ óðîâíåì ïàäàþùåé ìîùíîñòè è


èäåíòè÷íîñòüþ ïàðàìåòðîâ äèîäîâ (èõ îáðàòíûìè ñîïðîòèâëåíèÿìè RОБР è ¸ìêîñòÿìèС ñòðóêòóð). Î÷åâèäíî, ÷òî ïðè ïîñëåäîâàòåëüíîì âêëþ÷åíèè äèîäîâ äîáèòüñÿ èäåíòè÷íîñòèäèîäîâ ïî RОБР è С èç-çà íåîäíîðîäíîñòè òîëùèí áàçû ñëîæíî. Íåèäåíòè÷íîñòü äèîäîâïðèâîäèò ê ïåðåðàñïðåäåëåíèþ àìïëèòóäû Â× íàïðÿæåíèÿ U1 íà ñòðóêòóðàõ äèîäîâ.Ïîñêîëüêó âåðõíèé äèîä ôèëüòðà íàõîäèòñÿ áëèæå ê îêîíå÷íîé ïëîñêîñòè êîðîòêîãîçàìûêàíèÿ, òî íà íåãî ìîæåò äåéñòâîâàòü êàê ïàäàþùàÿ, òàê è îòðàæ¸ííàÿ âîëíà ÑÂ×íàïðÿæåíèÿ, òî åñòü ïðè ïðî÷èõ ðàâíûõ óñëîâèÿõ íà ñòðóêòóðå äèîäà ìîæåò âîçíèêíóòüàìïëèòóäà ïåðåíàïðÿæåíèÿ, ïðåâûøàþùàÿ çíà÷åíèå ïðîáèâíîãî íàïðÿæåíèÿ äèîäà. Âðåçóëüòàòå âîçìîæåí íåêîíòðîëèðóåìûé ïðîöåññ óìíîæåíèÿ íîñèòåëåé è âîçíèêíîâåíèåîòðèöàòåëüíîãî äèíàìè÷åñêîãî ñîïðîòèâëåíèÿ, ñïîñîáñòâóþùåãî ðåëàêñàöèîííûìêîëåáàíèÿì â PIN äèîäå ñ ïîñëåäóþùèì øíóðîâàíèåì òîêà [7]. ×åì âûøå äîáðîòíîñòüäèîäà, òåì áîëüøå âåðîÿòíîñòü îòêàçà äèîäà â âèäå êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ ïðè äîñòèæåíèèêðèòè÷åñêîé ïëîòíîñòè òîêà.

Äðóãîé ìåõàíèçì, âûçûâàþùèé êàòàñòðîôè÷åñêèé îòêàç äèîäà, ñâÿçàí ñïðåâûøåíèåì ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìîãî çíà÷åíèÿ ðàññåèâàåìîé ìîùíîñòè РРАСС âñëó÷àå âîçäåéñòâèÿ ïàêåòà èìïóëüñîâ. Âåëè÷èíà РРАСС âîçðàñòàåò ñ ðîñòîì îáðàòíîãîñîïðîòèâëåíèÿ ÑÂ× rобр.

Âåëè÷èíà rобр çàâèñèò êàê îò äèàìåòðà ìåçû, òàê è îò òîëùèíû ñêèí-ñëîÿ ïîãðàíèöàì ñèëüíîëåãèðîâàííûõ îáëàñòåé êðåìíèÿ. Âîçðàñòàíèå rобр ìîæåò áûòü òàêæåâûçâàíî óâåëè÷åíèåì ÷èñëà íîñèòåëåé â i-ñëîå çà âðåìÿ äåéñòâèÿ îáðàòíîãî ïîëóïåðèîäàÑÂ× âîëíû, êîãäà èíæåêòèðîâàííûå íîñèòåëè ýêñòðàãèðóþòñÿ èç i-ñëîÿ. Ïî ìåðåâîçðàñòàíèÿ rобр è ñîîòâåòñòâåííî ñíèæåíèÿ Rобр ïîãëîùåíèå ìîùíîñòè ÑÂ× áóäåòðàñòè, ÷òî, â ñâîþ î÷åðåäü, ïðèâåä¸ò ê âîçðàñòàíèþ òåìïåðàòóðû p-n ïåðåõîäà(ïðîïîðöèîíàëüíî äëèòåëüíîñòè èìïóëüñîâ) è ê äîïîëíèòåëüíîìó óâåëè÷åíèþ ïîòåðü.Òàêîé ïðîöåññ ïðè çíà÷åíèè ñîòåí êÂò ïèêîâîé ìîùíîñòè è äëèòåëüíîñòè èìïóëüñîâáîëåå 10 ìêñ ïðèâåä¸ò ê îòêàçó äèîäà â âèäå òåïëîâîãî ïðîáîÿ.

Äèîä òàêæå ìîæåò âûéòè èç ñòðîÿ â ïðîöåññå êîíòðîëÿ ïàðàìåòðîâ Uпроб , Iобр ,åñëè äëÿ ýòîé öåëè èñïîëüçóåòñÿ èñòî÷íèê ïèòàíèÿ â âèäå ãåíåðàòîðà íàïðÿæåíèÿ.

Àíàëèç ñòàòèñòèêè îòêàçîâ â òå÷åíèå îäíîãî ãîäà ñâèäåòåëüñòâóåò, ÷òî 68 %îòêàçîâ â âèäå êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ ïðèõîäÿòñÿ íà “âåðõíèå” äèîäû íå÷¸òíûõ ôèëüòðîâ,÷òî ñâÿçàíî ñ “âîçáóæäåíèÿìè” êîëåáàíèé PIN äèîäîâ íà ñóáãàðìîíèêàõ. Äëÿ èñêëþ÷åíèÿýòîãî ìåõàíèçìà ñëåäóåò ðàññìîòðåòü âîçìîæíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ â öåïè ïèòàíèÿôåððîýïîêñèäíûõ ñìîë, ïîãëîùàþùèõ ìîùíîñòü ÑÂ× èçëó÷åíèÿ [8], à äëÿ ïðåäîòâðàùåíèÿâûõîäà äèîäîâ èç ñòðîÿ ïðèìåíÿòü äèîäû ñî ñòðóêòóðîé р+--n+-òèïà ñ áîëüøèì çíà÷åíèåìïðîáèâíîãî íàïðÿæåíèÿ.

~

ЗаключениеÐàññìîòðåíû îñíîâíûå âèäû îòêàçîâ ìîùíûõ êðåìíèåâûõ ïåðåêëþ÷àòåëüíûõ PIN

äèîäîâ, êîòîðûå âêëþ÷àþò êàê òåõíîëîãè÷åñêèå ïðè÷èíû, ñâÿçàííûå ñ ïðîöåññîìèçãîòîâëåíèÿ PIN ñòðóêòóð, òàê è ýêñïëóàòàöèîííûå, âûçûâàåìûå íåèäåíòè÷íîñòüþïàðàìåòðîâ C, Rобр îäíîãî èç äâóõ ïîñëåäîâàòåëüíî âêëþ÷¸ííûõ äèîäîâ â êîàêñèàëüíóþëèíèþ ôèëüòðà, óïðàâëÿþùåãî ìîùíîñòüþ âîëíîâîäíûõ êàíàëîâ. Ïîêàçàíû îñíîâíûåïðåèìóùåñòâà р+--n+-ñòðóêòóðû ïî ñðàâíåíèþ ñ р+-v-n+-ñòðóêòóðîé PIN äèîäîâ ñ “òîëñòîé”áàçîé, ïîëó÷åííûõ ïî ìåçà-ýïèòàêñèàëüíîé òåõíîëîãèè, òàêèå êàê:

1. ìåíüøàÿ âåëè÷èíà íàïðÿæ¸ííîñòè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ íà ãðàíèöå р+ îáëàñòè(âáëèçè âåðøèíû ìåçà-ñòðóêòðóðû), ÷òî ñíèæàåò âåðîÿòíîñòü ëàâèííîãî ïðîáîÿ íàïîâåðõíîñòè ìåçà-ñòðóêòóðû, ïîñêîëüêó êîýôôèöèåíò óäàðíîé èîíèçàöèè äûðîê p ìåíüøåêîýôôèöèåíòà óäàðíîé èîíèçàöèè ýëåêòðîíîâ n;


2. áîëåå âûñîêàÿ ñêîðîñòü òðàâëåíèÿ -êðåìíèÿ îáåñïå÷èâàåò áîëåå âûñîêóþñòîéêîñòü çàùèòíûõ ìàñîê ïðè òðàâëåíèè ìåçû è ìåíüøåå îòêëîíåíèå ãåîìåòðè÷åñêèõðàçìåðîâ ìåçû îò ñðåäíåãî çíà÷åíèÿ;

3. íàëè÷èå ýïèòàêñèàëüíîãî p-n ïåðåõîäà â ãëóáèíå ìåçà-ñòðóêòóðû p-òèïàîáåñïå÷èâàåò ìåíüøóþ áàðüåðíóþ ¸ìêîñòü, áîëåå íèçêîå òåïëîâîå ñîïðîòèâëåíèå èáîëåå âûñîêîå çíà÷åíèå ïðîáèâíîãî íàïðÿæåíèÿ, ÷åì â ñòðóêòóðàõ n-òèïà, ÷òî ïîâûøàåòýêñïëóàòàöèîííóþ íàä¸æíîñòü PIN äèîäîâ.

Àâòîðû âûðàæàþò áëàãîäàðíîñòü À. À. Îãàíåñÿí è Ì. À. Êîëåñíèêîâîé çà ïîìîùüïðè èçãîòîâëåíèè PIN ñòðóêòóð.

Литература1. Либерман Л. С. О системе параметров переключательных PIN диодов // Полупроводниковые приборы

и их применение / Под ред. Я. А. Федотова. – М.: Сов. радио. – 1973. – Вып. 21. – С. 171-182.2. Либерман Л. С., Грушина Ф. М., Калачев В. В., Кобылянский П. А., Сычева Г. С. // Электронная

техника. Серия 2. Полупроводниковые приборы. – 1977. – № 4. – C. 94-96.3. И. М. Добуш. Обзор способов построения и схем СВЧ монолитных ограничителей мощности //

Доклады ТУСУРа. – 2010. – № 2(22). – Часть 1. – C. 44-48.4. Гусев А. И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии / Изд. 2-е, исправленное и дополненное.

– Москва: Наука-Физматлит. – 2007.5. Курносов А. И., Юдин В. В. Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных

микросхем. – М.: Высшая школа. – 1986.6. A. J. Pikor. Multiple mese semiconductor structure // Патент US3988765A. – 1975.7. D. Ian, M. Alistair – Manufacture of diodes // Патент EP0303390 (A1). – 1989.8. Даношевский Ю. З., Стрельцов А. П., Филатов М. Ю. Работа ЛПД в ключевом режиме // Электронная

техника. Серия 1. Электроника СВЧ. – 1974. – Вып. 4. – С. 41-46.


Автоматизированная аппаратура для измерения сопротивленияполупроводниковых слоёв и металлических плёнок

УДК 004.94:621.317.733

Анфимов И. М.

ВведениеÓÝÑ ÿâëÿåòñÿ ïàðàìåòðîì, îïðåäåëÿþùèì ìàðêó ïîëóïðîâîäíèêîâîãî ìàòåðèàëà.

Ðàçáðîñ ÓÝÑ ïî ïëàñòèíå âàæåí äëÿ ïðîèçâîäèòåëåé ìîíîêðèñòàëëîâ, ïëàñòèí èýïèòàêñèàëüíûõ ñòðóêòóð. Ýòî ïàðàìåòð âûõîäíîãî êîíòðîëÿ ãîäíîñòè ïðîäóêöèè. Äëÿïðîèçâîäèòåëåé ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ïðèáîðîâ è ìèêðîñõåì ýòî òåõíîëîãè÷åñêèé ïàðàìåòð,êîòîðûé íåîáõîäèìî êîíòðîëèðîâàòü â ïðîöåññå èçãîòîâëåíèÿ ñòðóêòóð. Íàèáîëåå òî÷íîýòîò ïàðàìåòð ìîæíî èçìåðèòü çîíäîâûìè ìåòîäàìè – äâóõçîíäîâûì, ÷åòûð¸õçîíäîâûìè ìåòîäîì ñîïðîòèâëåíèÿ ðàñòåêàíèÿ (óñëîâíî ìîæíî íàçâàòü ýòîò ìåòîä îäíîçîíäîâûì)[1-3]. Äâóõçîíäîâûé ìåòîä òðóäî¸ìîê, òðåáóåò èçãîòîâëåíèÿ îáðàçöîâ â âèäå ñòåðæíåéèëè ïàðàëëåëåïèïåäîâ è íàíåñåíèÿ òîðöåâûõ îìè÷åñêèõ êîíòàêòîâ. Ðåçóëüòàòû èçìåðåíèÿñîïðîòèâëåíèÿ ðàñòåêàíèÿ çàâèñÿò îò êà÷åñòâà òîêîçàäàþùåãî çîíäà, ñèëû ïðèæèìàåãî ê ïîâåðõíîñòè èçìåðÿåìîãî îáðàçöà è, ïî-ñóùåñòâó, òðåáóþò êàëèáðîâî÷íûõèçìåðåíèé, òàê êàê ðåêîìåíäóåìûå ôîðìóëû äëÿ ïåðåñ÷¸òà èçìåðåíèé â âåëè÷èíóÓÝÑ çàâèñÿò îò ôîðìû êîíòàêòíîãî îñòðèÿ çîíäà è åãî ãåîìåòðè÷åñêèõ ðàçìåðîâ.Íàèáîëåå ðàñïðîñòðàí¸ííûì ìåòîäîì èçìåðåíèÿ ÓÝÑ ïëàñòèí â ïîëóïðîâîäíèêîâîéîòðàñëè â íàñòîÿùåå âðåìÿ ÿâëÿåòñÿ ÷åòûð¸õçîíäîâûé ìåòîä ñ ëèíåéíûì ðàñïîëîæåíèåìçîíäîâ [1-3]. ×åòûð¸õçîíäîâûå èçìåðåíèÿ ìîæíî èñïîëüçîâàòü äëÿ èçìåðåíèÿïîâåðõíîñòíîãî ýëåêòðîñîïðîòèâëåíèÿ ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ñòðóêòóð, ñîïðîòèâëåíèÿìåòàëëè÷åñêèõ ñëî¸â è ïðè èçâåñòíîì ÓÝÑ ìåòàëëà ðàññ÷èòûâàòü òîëùèíó ñëîÿìåòàëëèçàöèè. Ìåòîä ïîäêðåïë¸í ìåòîäè÷åñêèìè ðàñ÷¸òàìè, êîòîðûå ïîçâîëÿþò ñíèçèòüñèñòåìàòè÷åñêóþ ïîãðåøíîñòü èçìåðåíèÿ ÓÝÑ äî åäèíèö ïðîöåíòîâ. Â ñèñòåìå ñòàíäàðòîâÑØÀ ASTM (American Society for Testing and Materials), âçÿòûõ çà îñíîâó ìåæäóíàðîäíîéîðãàíèçàöèåé ïðîèçâîäèòåëåé è ïîòðåáèòåëåé ïîëóïðîâîäíèêîâîé ïðîäóêöèè SEMI(Semiconductor Equipment and Materials International), èçäàíî 5 ñòàíäàðòîâ ïî÷åòûð¸õçîíäîâîé ìåòîäèêå, êîòîðûå âêëþ÷àþò ìåòîäè÷åñêèå ðåêîìåíäàöèè ïî èçìåðåíèþÓÝÑ ñëèòêîâ è ïëàñòèí, ïîâåðõíîñòíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ñòðóêòóð.

Приведено описание автоматизированной интегрированной с ЭВМ установки для измеренияудельного электросопротивления (УЭС) полупроводниковых материалов и структурчетырёхзондовым методом с линейным расположением зондов. Установка позволяет измерятьУЭС объёмных материалов в интервале 10-3-6.105 Ом·см. В установке в автоматическом режимевыбирается величина тока в соответствии с требованиями отечественных и международныхстандартов, проводятся измерения при двух направлениях тока. Программа установки позволяетпроводить расчёт пластин и слитков без ограничения толщины образца, поверхностногосопротивления структур и толщины металлических плёнок в микронном и нанометровомдиапазонах. Автоматизированный манипулятор позволяет измерять карты распределенияпараметров в 9, 25, 49 или в 121 точках на поверхности пластин диаметром от 25 до 300 мм. Прирасчёте характеристик учитываются поправки на толщину, диаметр и положение зондовойголовки на измеряемой пластине. Введены температурные поправки, позволяющие получатьзначение УЭС монокристаллического кремния при 23 оС для определения марки материала. Наоснове калибровочных измерений ГСО УЭС монокристаллического кремния определеныпогрешности измерений, которые при использовании зондовой головки С2080 (межзондовоерасстояние 1,3 мм) лежат в интервале 1-5 % в зависимости от диапазона измерений.


Ïîýòîìó â ñèëó èõ ïîëíîòû ïðè ðàçðàáîòêå èçìåðèòåëüíîãî îáîðóäîâàíèÿ è ïðîãðàììûðàñ÷¸òà ñîïðîòèâëåíèÿ äëÿ ðàçëè÷íûõ ñòðóêòóð áûëè èñïîëüçîâàíû ðåêîìåíäàöèèñòàíäàðòîâ ASTM-SEMI. Â [4] ïðèâåäåíû îñíîâíûå ïîëîæåíèÿ ìåæäóíàðîäíûõ ñòàíäàðòîââ îáëàñòè ÷åòûð¸õçîíäîâûõ èçìåðåíèé. Äëÿ ñðàâíåíèÿ ìîæíî îòìåòèòü, ÷òî â Ðîññèèâ íàñòîÿùåå âðåìÿ äåéñòâóþò òîëüêî 2 ñòàíäàðòà, â êîòîðûõ â ñèëüíî óðåçàííîìâàðèàíòå èçëàãàþòñÿ òðåáîâàíèÿ äëÿ èçìåðåíèÿ ïàðàìåòðîâ ñëèòêîâ ÷åòûð¸õçîíäîâûììåòîäîì, – ÃÎÑÒ 24392-80 è ÃÎÑÒ 19658.

Íàèáîëåå èçâåñòíûìè çàðóáåæíûìè èçãîòîâèòåëÿìè àïïàðàòóðû ÿâëÿþòñÿ ôèðìûSIGNATON [5] è JANDEL ENGINEERING LTD [6]. Ðàçðàáîò÷èê è ïðîèçâîäèòåëü çîíäîâûõñòàíöèé êîìïàíèÿ SIGNATON ôîðìèðóåò èçìåðèòåëüíûå êîìïëåêñû íà áàçå àïïàðàòóðûôèðìû Keithley, ÷òî ïîçâîëÿåò èçãîòàâëèâàòü óñòàíîâêè ñ ïðåäåëüíûìè âåëè÷èíàìèèçìåðÿåìûõ ñîïðîòèâëåíèé äî ÃÎì. Êîìïëåêòóþòñÿ óñòàíîâêè êàê ðó÷íûìè, òàê èàâòîìàòèçèðîâàííûìè çîíäîâûìè ñòàíöèÿìè. JANDEL ENGINEERING LTD èçãîòàâëèâàþòàïïàðàòóðó ñ ðó÷íûì ìàíèïóëÿòîðîì äëÿ èçìåðåíèÿ ïîâåðõíîñòíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ âèíòåðâàëå 10-3-5.108 Îì /êâ. Â ÐÔ èìåþòñÿ äàííûå î äâóõ ïðîèçâîäèòåëÿõ àïïàðàòóðûäëÿ ÷åòûð¸õçîíäîâûõ èçìåðåíèé. Àâòîìàòèçèðîâàííûé èçìåðèòåëüíûé êîìïëåêñ äëÿèçìåðåíèÿ ÓÝÑ ïëàñòèí (ÈÂÊ) ðàçðàáîòàí â Êðàñíîÿðñêîì íàó÷íîì öåíòðå ÑÎ ÐÀÍ èèìååò ïðåäåëû èçìåðåíèé îò 0,0008 äî 6000 Îì·ñì [7]. Ïðåäñòàâëåííàÿ â äàííîéðàáîòå àïïàðàòóðà (ÂÈÊ-ÓÝÑ) ìîæåò áûòü èçãîòîâëåíà êàê ñ ðó÷íûì, òàê è ñàâòîìàòèçèðîâàííûì ìàíèïóëÿòîðîì è èìååò ïðåäåëû èçìåðåíèé ÓÝÑ îò 0,001 äî6.105 Îì·ñì è ïîâåðõíîñòíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ îò 0,001 äî 2,7.106 Îì/êâ. Â ñòàòüåèçëîæåíû ïðèíöèïû ðàáîòû è îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè óñòàíîâêè ÂÈÊ-ÓÝÑ.

Состав аппаратурыÀïïàðàòóðà ñîñòîèò èç òð¸õ áëîêîâ: ýëåêòðîííîãî èçìåðèòåëüíîãî áëîêà;

ìàíèïóëÿòîðà ñ çîíäîâîé ãîëîâêîé; ÏÊ äëÿ óïðàâëåíèÿ, îáðàáîòêè è õðàíåíèÿ äàííûõ.Îäíèì èç âàæíûõ òðåáîâàíèé ê ýëåêòðîííîé ÷àñòè óñòàíîâîê èçìåðåíèÿ

ýëåêòðîñîïðîòèâëåíèÿ ÿâëÿþòñÿ äîïóñêàåìûå âåëè÷èíû èçìåðèòåëüíûõ òîêîâ, ïîñêîëüêóèõ âûñîêèå çíà÷åíèÿ ìîãóò ïðèâåñòè ê ðàçîãðåâó îáðàçöà, èíæåêöèè íîñèòåëåé ÷åðåçêîíòàêò, ïîÿâëåíèþ òåðìî-ÝÄÑ è äðóãèõ íåæåëàòåëüíûõ ýôôåêòîâ. Ïðè ðàçðàáîòêåóñòàíîâêè â äàííîé ðàáîòå îðèåíòèðîâàëèñü íà ðåêîìåíäàöèè ñòàíäàðòà ASTM F-84“Test Methods for Measuring Resistivity of Silicon Wafers with an In-Line Four-Point Probe”,ñîãëàñóþùèåñÿ ñ òðåáîâàíèÿìè ÃÎÑÒ 24392-80 è ÃÎÑÒ 19658. Âûáîð âåëè÷èíûèçìåðèòåëüíîãî òîêà è èçìåíåíèå åãî ïîëÿðíîñòè îñóùåñòâëÿþòñÿ àâòîìàòè÷åñêè.

Ìàíèïóëÿòîð ìîæåò áûòü êàê ðó÷íûì, òàê è àâòîìàòèçèðîâàííûì. Íà ðèñ. 1ïðåäñòàâëåíà ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà íàèáîëåå ïîëíîãî êîìïëåêòà ñ àâòîìàòèçèðîâàííûììàíèïóëÿòîðîì. Ïðèíöèï ïåðåìåùåíèÿ èçìåðèòåëüíîé ãîëîâêè: ïðåäìåòíûé ñòîë ñèçìåðÿåìîé ïëàñòèíîé âðàùàåòñÿ, èçìåðèòåëüíàÿ ãîëîâêà ñ ëèíèåé çîíäîâïåðïåíäèêóëÿðíîé ðàäèóñó ïëàñòèíû, ðàñïîëîæåííàÿ ñâåðõó, ïåðåìåùàåòñÿ îò öåíòðàïî ðàäèóñó. Âðàùåíèå ïðåäìåòíîãî ñòîëà è ëèíåéíîå ïåðåìåùåíèå ãîëîâêè îñóùåñòâëÿþòñÿñ ïîìîùüþ øàãîâûõ äâèãàòåëåé ÄØÈ-200. Ïðåöèçèîííîå îïóñêàíèå ãîëîâêè íà ïëàñòèíóîñóùåñòâëÿåòñÿ ñ ïîìîùüþ ñåðâîìîòîðà. Ìèíèìàëüíûé øàã ñîñòàâëÿåò 1,25 ìêì,ìèíèìàëüíûé óãîë ïîâîðîòà – 0,9°. Àâòîìàòèçèðîâàííûé ìàíèïóëÿòîð ïîçâîëÿåò èçìåðÿòüêàðòû ðàñïðåäåëåíèÿ ïàðàìåòðîâ â 9, 25, 49 èëè â 121 òî÷êàõ íà ïîâåðõíîñòè ïëàñòèíäèàìåòðîì îò 25 äî 300 ìì.

Â àïïàðàòóðå èñïîëüçóåòñÿ ðåêîìåíäîâàííàÿ ÃÎÑÒ 19658 èçìåðèòåëüíàÿ ãîëîâêàÑ2080 ñ ìåæçîíäîâûì ðàññòîÿíèåì s = 1,3 ìì.

Ôóíêöèîíàëüíàÿ ñõåìà àíàëîãîâîé ÷àñòè ýëåêòðîííîãî áëîêà ïðåäñòàâëåíà íà


ðèñ. 2.

ИнтерфейсПреобразователь

интерфейсовс опторазвязкой

ЭВМ

~ 220 В

Блокпитания

АЦП

Генератортока

Усилитель

Контроллершаговых

двигателей

Измерительнаяголовка

Блокшаговых

двигателей

Вращающийся стол

Образец

Рис. 1Структурная схема установки

Ãåíåðàòîð òîêà ÃÒñîçäà¸ò â öåïè (êðàéíèåçîíäû – ïîëóïðîâîäíèêîâûéìàòåðèàë) ïðîãðàììíîçàäàâàåìûé ïîñòîÿííûé òîêäâóõ íàïðàâëåíèé .Ä è ô ô å ð å í ö è à ë ü í û éóñèëèòåëü У óñèëèâàåòíàïðÿæåíèå U, ñîçäàâàåìîåïðîõîäÿùèì òîêîì ìåæäóñðåäíèìè ïîòåíöèàëüíûìèçîíäàìè äî çíà÷åíèé,êîòîðûå ìîãóòîáðàáàòûâàòüñÿ àíàëîãîâî-ö è ô ð î â û ìï ð å î á ð à ç î â à ò å ë å ì .Ïðåîáðàçîâàííîå âöèôðîâîé êîä íàïðÿæåíèåU ÷åðåç áëîê èíòåðôåéñàïåðåäà¸òñÿ â ÝÂÌ. Óçåëï ð å î á ð à ç î â à ò å ë ÿèíòåðôåéñîâ ïðåäíàçíà÷åíäëÿ ïðåîáðàçîâàíèÿïàðàëëåëüíîãî ïîòîêàñèãíàëîâ âïîñëåäîâàòåëüíûé ñòàíäàðòàRS232Ñ. ÝÂÌ ðàáîòàåò âðåæèìå óïðàâëåíèÿèçìåðèòåëüíîé ÷àñòüþïðèáîðà . ×åðåç áëîêèíòåðôåéñà èï ð å î á ð à ç î â à ò å ë ÿèíòåðôåéñîâ îò ÝÂÌïåðåäàþòñÿ ñèãíàëû,ó ï ð à â ë ÿ þ ù è åô ó í ê ö è î í è ð î â à í è å ìîñíîâíûõ óçëîâ ÃÒ è ÀÖÏ.

Äëÿ ñîçäàíèÿáåçîïàñíûõ óñëîâèé ðàáîòûàíàëîãîâûõ óçëîâ èñíèæåíèÿ ñòåïåíè âëèÿíèÿ

+15В -15В +5В

ДанныеАЦП

У

UопUвх

повторитель

К5К4К3К2К1

R2R3R4R5R6R1

ГТ

Uш = +1В

К6

К7

r

R R R R

з1 з2 з3 з4

Рис. 2Функциональная схема аналоговой части электронного блока:

з1-з4 – зонды измерительной головки

èíäóñòðèàëüíûõ ïîìåõ èíòåðôåéñ îáåñïå÷èâàåò ãàëüâàíè÷åñêóþ ðàçâÿçêó ýëåêòðîííîãîáëîêà óñòàíîâêè îò êîðïóñà ÝÂÌ è äðóãîé àïïàðàòóðû.

Âåëè÷èíà òîêà èçìåíÿåòñÿ îò 10-7 À äî 0,1 À, îáåñïå÷èâàÿ èçìåðåíèå â 7äèàïàçîíàõ ñîïðîòèâëåíèÿ. Ìàêñèìàëüíàÿ âåëè÷èíà èçìåðÿåìîãî ñîïðîòèâëåíèÿ R(îòíîøåíèå íàïðÿæåíèÿ íà ïîòåíöèàëüíûõ çîíäàõ ê òîêó ÷åðåç òîêîâûå çîíäû) ìîæåò


áûòü äîâåäåíà äî 6.105 Îì, ÷òî ïîçâîëÿåò èçìåðÿòü îáú¸ìíûå ìàòåðèàëû ñ ÓÝÑ äî5.105 Îì.ñì è ïîâåðõíîñòíîå ñîïðîòèâëåíèå R äî 2,5 ÌÎì.

Основные формулы для расчёта удельного и поверхностного электросопротивленияÐàñ÷¸ò ïðîâîäèòñÿ ñîãëàñíî ðåêîìåíäàöèÿì ASTM F-84 ïî îáîáù¸ííîé ôîðìóëå:

= F(D/s) * F(d/s) * F(t) * R , (1)ãäå F(D/s) – ïîïðàâî÷íûé êîýôôèöèåíò íà äèàìåòð îáðàçöà D, F(d/s) – êîýôôèöèåíò,çàâèñÿùèé îò òîëùèíû îáðàçöà d, F(t) – ïîïðàâî÷íûé êîýôôèöèåíò íà òåìïåðàòóðóîáðàçöà t.

Äëÿ d/S > 2,5 F(D/S) = 1. Â îñòàëüíûõ ñëó÷àÿõ äëÿ öåíòðà îáðàçöàF(D/s) = ln2 /{ ln2 + ln[((D/s)2 +3)/((D/s)2 –3)]}. (2)

F(D/s) çàâèñèò îò òîëùèíû îáðàçöà:ïðè d/s < 0,1 F(d/s) = d / ln2; (3)ïðè 0,1 < d/s 4 F(d/s) = 2 s / Fk1(d/s); (4)ïðè d/s > 4 F(d/s) = 2 s. (5)

Ïîïðàâî÷íûé ìíîæèòåëü Fk1(d/s) ðàññ÷èòûâàåòñÿ ïî ôîðìóëå:Fk1(d/s) = 1 + 2{[1/4 + (nd/s)2]-1/2 – [1 + (nd/s)2]-1/2} +[3/4(s/nd)3 – 45/64(s/nd)5 + 315/512(s/nd)7], (6)ïåðâîå ñóììèðîâàíèå âåä¸òñÿ ïî n îò 1 äî M, ãäå M – öåëàÿ ÷àñòü (2s/d) + 1, âòîðîåñóììèðîâàíèå – îò M + 1 äî N, ãäå N – íàèìåíüøåå çíà÷åíèå n, äëÿ êîòîðîãî âòîðîåñëàãàåìîå ìåíüøå 10-5.

Ïîïðàâî÷íûé êîýôôèöèåíò íà òåìïåðàòóðó îáðàçöàF(t) = 1- Ct (t - 23), (7)

ãäå t – òåìïåðàòóðà îáðàçöà â ãðàäóñàõ ïî øêàëå Öåëüñèÿ, Ct – ïîïðàâêà, ðàññ÷èòûâàåòñÿïî äàííûì ASTM F-1527 “Guide for Application of Silicon Standard Reference Materials andReference Wafers for Calibration and Control of Instruments for Measuring Resistivity ofSilicon”:

Сt = An(ln)n (n = 0, k). (8)An – êîýôôèöèåíòû, ïðåäñòàâëåííûå â òàáë. 1; k = 17 äëÿ МК, ëåãèðîâàííîãî ôîñôîðîì,k = 13 äëÿ МК, ëåãèðîâàííîãî áîðîì.

Рис. 3Зависимость относительной поправки на диаметр

F(D/s)n = F(D/s)(r) / F(D/s)(0) от расстояния r от центра пластины

Â [4] ïðîâåäåíî ñðàâíåíèåòåìïåðàòóðíîé ïîïðàâêè Сtñòàíäàðòîâ ASTM è ÃÎÑÒ.Ïîñëåäíèå ãðóáî îêðóãëåíû.Ðàçëè÷èå âåëè÷èí ,óñòàíîâëåííûõ â ÃÎÑÒ è ASTM,äîñòèãàåò 30%.

Ïðè èçìåðåíèèðàñïðåäåëåíèÿ ñîïðîòèâëåíèÿïî ïëàñòèíå ó÷èòûâàåòñÿçàâèñèìîñòü F(D/s) îòïîëîæåíèÿ çîíäà (ðàññòîÿíèÿîò öåíòðà ïëàñòèíû). Âàæíîñòüòàêîé ïîïðàâêè ïðè îöåíêåðàçáðîñà ñîïðîòèâëåíèÿèëëþñòðèðóåò ðèñ. 3. Äàæå ïðè

äèàìåòðå ïëàñòèíû 150 ìì â òî÷êàõ íà êðàþ ïëàñòèíû (5-6 ìì îò êðàÿ) îòñóòñòâèåòàêîé ïîïðàâêè äàñò 5% ñèñòåìàòè÷åñêîé îøèáêè.

Ïðè èçìåðåíèè ñîïðîòèâëåíèÿ ìåòàëëè÷åñêèõ ïë¸íîê ìèêðîííûõ è ñóáìèêðîííûõ


òîëùèí ðàáîòàåò óñëîâèå (3). Ïîñêîëüêó ÓÝÑ ìåòàëëà ìîæíî ñ÷èòàòü èçâåñòíûì, ïî (1)ìîæíî ðàññ÷èòàòü òîëùèíó ñëîÿ ìåòàëëè÷åñêîãî ïîêðûòèÿ.

Результаты измеренийÏðèìåð êàðòû ÓÝÑ â ïëàñòèíå ÌÊ, âûðàùåííîãî ìåòîäîì ×îõðàëüñêîãî, è

ðàñïðåäåëåíèÿ ïîâåðõíîñòíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ñëîÿ Al ïðèâåäåíû íà ðèñ. 4 è 5ñîîòâåòñòâåííî.

Ïðîâåä¸ííûå êàëèáðîâî÷íûå èçìåðåíèÿ êîìïëåêòà ÃÑÎ ÓÝÑ ÌÊ ïîêàçàëè, ÷òîñëó÷àéíàÿ ïîãðåøíîñòü èçìåðåíèÿ ëåæèò â ïðåäåëå 0,5-2%, ñèñòåìàòè÷åñêàÿ ïîãðåøíîñòüíå ïðåâûøàåò 3% â èíòåðâàëå çíà÷åíèé ÓÝÑ ÃÑÎ.

Рис. 4Пример карты распределения УЭС МК.

Диаметр пластины 150 мм

Рис. 5Пример карты распределения поверхностного сопротивления

слоя Al на окисленной пластине кремния (Ом/кв).Диаметр пластины 100 мм

ВыводыÐ à ç ð à á î ò à í à

àâòîìàòèçèðîâàííàÿ àïïàðàòóðàäëÿ èçìåðåíèÿ óäåëüíîãî èï î â å ð õ í î ñ ò í î ã îý ë å ê ò ð î ñ î ï ð î ò è â ë å í è ÿïîëóïðîâîäíèêîâûõ ñëèòêîâ,ïëàñòèí , äèôôóçèîííûõ èýïèòàêñèàëüíûõ ñëî¸âïîëóïðîâîäíèêîâûõ ìàòåðèàëîâ.Ïðåäåëû èçìåðåíèÿ ÓÝÑîáú¸ìíûõ ìàòåðèàëîâ ñîñòàâëÿþò10-3-6.105 Îì.ñì. Â ïðîãðàììíîìîáåñïå÷åíèè ó÷òåíû âñåòðåáîâàíèÿ ìåæäóíàðîäíûõñòàíäàðòîâ â ÷àñòè ó÷¸òà ïîïðàâîêíà òåìïåðàòóðó, òîëùèíó èäèàìåòð ïëàñòèíû, ðàñïîëîæåíèåèçìåðÿåìîé òî÷êè íà ïëàñòèíå,÷òî îáåñïå÷èâàåò íèçêèå çíà÷åíèÿñèñòåìàòè÷åñêîé ïîãðåøíîñòè (íåâûøå 2-5 % â çàâèñèìîñòè îòèíòåðâàëà èçìåðåíèé).Ðàáîòà âûïîëíåíà íàîáîðóäîâàíèè öåíòðàêîëëåêòèâíîãî ïîëüçîâàíèÿ“Ìàòåðèàëîâåäåíèå” ÍÈÒÓ“ÌÈÑèÑ”.

Литература1. Батавин В. В. ,Концевой Ю. А.,

Федорович Ю. В. Исследованиепараметров полупроводниковыхматериалов и структур. – М.: Радио и связь.– 1985. – 264 с., ил.

2. Dieter K. Schroder: Semiconductormaterial device characterization. JOHNWILEY @ SONS, INC. – 1998.


3. W. R. Runyan, T. J. Shaffner: Semiconductor Measurements & Instrumentations. McGraw-Hill Companies,Inc. – 1998.

4. Кобелева С. П. Методы измерения электрофизических параметров монокристаллического кремния.– Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2007. – Т. 73. – № 1. – С. 60-67.

5. Интернет сайт фирмы Signaton: www.signatone.com6. Интернет сайт фирмы Bridge Tecnology: www.four-probes.com7. В. Ф. Шабанов, А. Л. Асеев, В. В. Калинин, С. П. Кобелева, Н. А. Терехин, П. Л. Подгурский, В. П.

Иванов, Э. Ф. Гринин, В. М. Владимиров, П. И. Панов, В. П. Ермаков, Б. А. Шагаров. Измерительно-вычислительный комплекс (ИВК) для определения удельного электрического сопротивления (УЭС) в пластинахкремния четырёхзондовым методом. Тезисы: Совещание Кремний-2004 Иркутск. – 5-9 июля 2004 г. – С. 225.

Драйвер для управления СТК на основе МДП и БТИЗ

Тип ИС UOH, В UOL, В ICC, мА t r (t f), нс

(один источник питания)

t r (t f), нс (два

источника питания)

t DHL (tDLH), нс (один

источник питания)

t DHL (tDLH), нс (два

источника питания)

Ближайшие аналоги

1474АП1Т 8… UCC1 max 1 max 15 max 130 max 170 max 50 max 50 -

ИМС защиты СТК и формирования времятоковых характеристик

Тип ИС UOH1, В UOL1, В IOL1, мА IOH2, мА IOL2, мА IOH3, мА IOL3, мА tPHL(tPLH), нс

tPHL(tPLH), нс (рег.)

tP, нс Ближайшие аналоги

1474ХХ1Т min 2,5 max 0,5 min 1 max 1 7…12 max 1 7…12 max 125 max 250 max 400

-

Согласующий преобразователь для двухсторонней оптической связи с ИМС защиты и управления СТК

Тип ИС UOLf,В IIL, мА IIH, мкА ICC, мА tPHL1, нс tPLH2, нс tPHL3 (tPLH3), нс tPHL4 (tPLH4), нс Ближайшие аналоги

1474ХХ2Р max 0,5 max -0,5 max 5,0 max 25 max 60 max 60 max 60 (80) max 60 (80) -

Микросхема управления и защиты СТК

Тип ИС UOH, В UOL, В UUVLO+, В UUVLO-, В UDESAT, В ICC, мА IO(PEAK), А tTLH (tTHL), нс tPHL

DESAT, мкс

Ближайшие аналоги

1474ХХ3Т min 15 max -5,0 11,6…13,5 min 11,0 4,0…7,5 max 18 min 2,5 max 170 (170) 1…10 -



Перспектива повышения выходной мощности в мощных СВЧ кремниевыхбиполярных транзисторах при использовании высокотемпературногофотополимера

УДК 621.383

Диковский В. И., Таран П. В.

Â [1] èçëîæåíû ïåðâûå ðåçóëüòàòû èñïîëüçîâàíèÿ âûñîêîòåìïåðàòóðíîãîîòå÷åñòâåííîãî ôîòîïîëèìåðà [2] ïðè ñîçäàíèè êðåìíèåâûõ áèïîëÿðíûõ ìîùíûõøèðîêîïîëîñíûõ ÑÂ× òðàíçèñòîðîâ. Îäíàêî ïîëó÷åííûå ðåçóëüòàòû íå îòðàæàþòïðåäåëüíûõ âîçìîæíîñòåé ïî óëó÷øåíèþ èõ ïàðàìåòðîâ. Ïî çíà÷åíèþ âûõîäíîé ìîùíîñòè,äîñòèãíóòîé â ïîëîñå ÷àñòîò 1,21-1,4 ÃÃö ïðè È = 300-330 ìêñ è Q = 10, îíè çàìåòíîóñòóïàëè ëó÷øèì àìåðèêàíñêèì òðàíçèñòîðàì, èìåÿ îòäàâàåìóþ ìîùíîñòü 200 Âò ïîñðàâíåíèþ ñ 370 Âò äëÿ àíàëîãîâ. Ýòî îáúÿñíÿåòñÿ ðàçëè÷èåì êîíñòðóêöèè è òåõíîëîãèèèçãîòîâëåíèÿ òðàíçèñòîðîâ.

Òåõíîëîãèÿ ôîðìèðîâàíèÿ ìåòàëëèçàöèè, ïðèìåíÿåìàÿ â çàðóáåæíûõ àíàëîãàõ,äîñòàòî÷íî ñëîæíà è, ñêîðåå âñåãî, ÿâëÿåòñÿ ïðåäåëüíîé â èñïîëüçîâàííîé êîíñòðóêöèè,òàê êàê ñ 2006 ãîäà ìàêñèìàëüíûå ðåçóëüòàòû ðàçëè÷íûõ ôèðì íå èçìåíèëèñü.

Èñïîëüçîâàíèå âûñîêîòåìïåðàòóðíîãî ôîòîïîëèìåðà óïðîùàåò ôîðìèðîâàíèåìåòàëëèçàöèè.

Îñíîâíàÿ èäåÿ çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî ñ èñïîëüçîâàíèåì âûñîêîòåìïåðàòóðíîãîôîòîïîëèìåðà ìîæíî ñîçäàòü òðàíçèñòîðíûå ñòðóêòóðû ñ ïîâûøåííîé âåëè÷èíîé òîêàðàñêà÷êè, èçãîòîâèâ ÷åòûð¸õðÿäíóþ òðàíçèñòîðíóþ ñòðóêòóðó âìåñòî äâóõðÿäíîé. Ýòîïîçâîëèò óâåëè÷èòü âûõîäíóþ ìîùíîñòü. Íà ðèñ. 1 ïðåäñòàâëåí ýñêèç ôðàãìåíòà÷åòûð¸õðÿäíîé ñòðóêòóðû.

Â äâóõðÿäíîé ñòðóêòóðå çàäà÷à îáåñïå÷åíèÿ ñèììåòðè÷íîé ðàáîòû äâóõ ðÿäîâðåøåíà ïðîñòî, â ÷åòûð¸õðÿäíîé ñòðóêòóðå ýòî çíà÷èòåëüíî ñëîæíåå. Çàäà÷à ðåøåíà ñïîìîùüþ ñîçäàíèÿ ìàëîèíäóêòèâíûõ öåïåé îáúåäèíåíèÿ ýìèòòåðíûõ è áàçîâûõ êîíòàêòîââ âèäå ïðîâîäÿùèõ ïîëîñêîâ, ðàñïîëîæåííûõ íàä ïåðâûì è âòîðûì óðîâíÿìèìåòàëëèçàöèè íà èçîëèðóþùèõ ñëîÿõ äèýëåêòðèêà, ñîçäàâàåìîãî ñ èñïîëüçîâàíèåìâûñîêîòåìïåðàòóðíîãî ôîòîïîëèìåðà.

Ñóùåñòâåííûì ïðåèìóùåñòâîì îðãàíè÷åñêîãî äèýëåêòðèêà, êàêîâûì ÿâëÿåòñÿôîòîïîëèìåð, ïåðåä íåîðãàíè÷åñêèì ÿâëÿåòñÿ îòñóòñòâèå ðàñòðåñêèâàíèÿ, ÷òî ïîâûøàåòïðîöåíò âûõîäà ãîäíûõ ïðèáîðîâ è èõ íàä¸æíîñòü.

Ìàëàÿ òîëùèíà ðàçäåëèòåëüíîãî äèýëåêòðèêà ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü öåïè îáúåäèíåíèÿêîíòàêòîâ â ÷åòûð¸õðÿäíîé ñòðóêòóðå äîñòàòî÷íî ìàëîèíäóêòèâíûìè ïî ñðàâíåíèþ ñâíóòðèñòðóêòóðíûìè ïðîâîëî÷íûìè èíäóêòèâíîñòÿìè. Ýòî ïîçâîëÿåò ôîðìèðîâàòü âíåøíèåïðîâîëî÷íûå ýëåìåíòû Lэ è Lб вх , êîíòàêòèðóÿ èõ â ïåðâîì êîíòàêòíîì ðÿäó, òî åñòüìåæäó ïåðâûì è âòîðûì ðÿäàìè òðàíçèñòîðíûõ ñòðóêòóð, à ýëåìåíòû Lб вых – âîâòîðîì êîíòàêòíîì ðÿäó, òî åñòü ìåæäó òðåòüèì è ÷åòâåðòûì ðÿäàìè òðàíçèñòîðíûõñòðóêòóð, êàê ýòî âèäíî íà ðèñ. 1. Ïîñêîëüêó âûñîêîòåìïåðàòóðíûé ôîòîïîëèìåð

Показаны преимущества применения фотополимера в технологии создания транзисторов.Фотополимер позволяет сформировать четырёхрядную конструкцию кристаллов. Это даствозможность отказаться от конструкции двухрядных транзисторов с предельно сложнойтехнологией металлизации. При этом в корпусах зарубежных аналогов с Рвых > 370 Вт можнополучить величину выходной мощности, превышающую более чем в 1,5 уровень зарубежныханалогов.

–


ñ óñïåõîì áûë èñïîëüçîâàí ïðè ñîçäàíèè òðàíçèñòîðà ñ äâóõðÿäíîé ñòðóêòóðîé ïðèäëèíå ýìèòòåðíûõ îáëàñòåé 80 ìêì, òàêàÿ äëèíà ðÿäîâ áûëà ïðèíÿòà è ïðèôîðìèðîâàíèè ÷åòûð¸õðÿäíîé ñòðóêòóðû òðàíçèñòîðà. Ïðè ýòîì êàæäàÿ ïàðà ðÿäîâòðàíçèñòîðîâ ôîðìèðóåòñÿ èçâåñòíûì ñïîñîáîì ñ èñïîëüçîâàíèåì ïåðâîãî óðîâíÿâûñîêîòåìïåðàòóðíîãî ôîòîïîëèìåðà äëÿ ðàçäåëåíèÿ ïåðâîãî è âòîðîãî óðîâíåéìåòàëëèçàöèè ïðè òîëùèíå ôîòîïîëèìåðà 2,7-3,0 ìêì (ñ 3,5). Ñîåäèíåíèåìåòàëëèçàöèè ïåðâîãî è âòîðîãî óðîâíåé ðåàëèçóåòñÿ ÷åðåç óçêèå îêíà, ñôîðìèðîâàííûåâ óêàçàííîì ôîòîïîëèìåðå.

1 1 1 1

1а

1б

2 23

65

4

4

4 4

4 4

y

Рис. 1Эскиз фрагмента транзисторных рядов по эмиттеру и базе в транзисторном кристалле с 7-ю эмиттерными

электродами:у – направление вдоль рядов; 1 – второй уровень металлизации; 1а – эмиттерный контакт; 1б – базовыйконтакт; 2 – первый и второй контактные ряды; 3 – область объединения по эмиттеру двух пар рядов;

4 – область объединения по базе (вид сверху); 5 – второй уровень диэлектрической изоляции (сечение);6 – третий уровень металлизации (объединение по базе)

Ïðîáëåìà ñîçäàíèÿ ÷åòûð¸õðÿäíîé ñòðóêòóðû ðåøàåòñÿ ñëåäóþùèì ñïîñîáîì: âêðèñòàëëå ìåòàëëèçàöèÿ â êàæäîé ïàðå òðàíçèñòîðíûõ ðÿäîâ îáúåäèíÿåòñÿ â êîíòàêòíîìðÿäó, ðàñïîëîæåííîì ìåæäó íèìè, ýìèòòåðíûìè è áàçîâûìè ïîëîñêàìè çàäàííîéøèðèíû. Îáúåäèíåíèå äâóõ ïàð òðàíçèñòîðíûõ ðÿäîâ ïî ýìèòòåðó îñóùåñòâëÿåòñÿñîîñíî ñ ýìèòòåðíûìè è áàçîâûìè ïîëîñêàìè, ñîåäèíÿÿ îáëàñòè ýìèòòåðà âòîðîãî èòðåòüåãî òðàíçèñòîðíûõ ðÿäîâ (ðèñ. 1).

Ñóììàðíàÿ äëèíà îáúåäèíåíèÿ ïîëîñêîâ îò êîíòàêòîâ ïåðâîãî êîíòàêòíîãî ðÿäàäî âòîðîãî íå ïðåâûøàåò 400 ìêì. Èíäóêòèâíîñòü îáúåäèíåíèÿ ïîëîñêîâ ïðè ýòîì íåïðåâûøàåò 0,004 íÃ, ÷òî ÿâëÿåòñÿ äîñòàòî÷íûì äëÿ äîñòèæåíèÿ ðàâíîìåðíîãîòîêîðàñïðåäåëåíèÿ.

Äëÿ îáúåäèíåíèÿ áàçîâûõ êîíòàêòîâ â ÷åòûð¸õðÿäíîé ñòðóêòóðå òðåáóåòñÿñôîðìèðîâàòü âòîðîé óðîâåíü ðàçäåëèòåëüíîãî âûñîêîòåìïåðàòóðíîãî äèýëåêòðèêà äëÿèçîëÿöèè ìåæäó ýìèòòåðíûìè è áàçîâûìè ýëåêòðîäàìè.

Îáúåäèíÿþùóþ ìåòàëëèçàöèþ ïî Lб вх è Lб вых , òî åñòü òðåòèé óðîâåíü ìåòàëëèçàöèè,ñëåäóåò ðàñïîëîæèòü íà âòîðîì óðîâíå ðàçäåëèòåëüíîãî äèýëåêòðèêà, âûïîëíåííîãî â


âèäå ôîòîïîëèìåðà òîëùèíîé 1,5-1,7 ìêì. Ýòà òîëùèíà äîñòàòî÷íà, ïîñêîëüêó ̧ ìêîñòüèçîëÿöèè èãðàåò ìåíüøóþ ðîëü â ñðàâíåíèè ñ ïåðâûì óðîâíåì èçîëÿöèè.

×òîáû ñíèçèòü èíäóêòèâíîñòü ïîëîñêîâûõ ñîåäèíåíèé ïî áàçå, ñëåäóåò ñôîðìèðîâàòüñîåäèíèòåëüíûå ïîëîñêè øèðèíîé 200 ìêì (ðèñ. 1) â ñîîòâåòñòâèè ñ äëèíîé р+ îáëàñòåéíà êðàÿõ âòîðîãî è òðåòüåãî òðàíçèñòîðíûõ ðÿäîâ.

Äëÿ ïîâûøåíèÿ ýôôåêòèâíîñòè ðàññåÿíèÿ òåïëà â ÷åòûð¸õðÿäíîé êîíñòðóêöèèòðàíçèñòîðíîãî êðèñòàëëà íåîáõîäèìî óâåëè÷èòü ðàññòîÿíèå ìåæäó ðÿäàìè òðàíçèñòîðíûõñòðóêòóð.

Ðàññìîòðèì âîçìîæíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ êîðïóñîâ ñ øèðèíîé ôëàíöà 10 ìì èøèðèíîé êîëëåêòîðíîé êîíòàêòíîé ïëîùàäêè 2 ìì. Â íèõ çîíà ñáîðêè êîëëåêòîðíûõâûâîäîâ çàíèìàåò 0,5 ìì, à çîíà ìîíòàæà òðàíçèñòîðíîãî êðèñòàëëà è ýëåêòðîäàïàðàëëåëüíîãî êîíòóðà ðàâíà 1,5 ìì. Îñòàâëÿÿ ïîä ñáîðêó ýëåêòðîäà ïàðàëëåëüíîãîêîíòóðà òàêæå 0,5 ìì, ïîëó÷èì ðàçìåð ìîíòàæà òðàíçèñòîðíîãî êðèñòàëëà 1,0 ìì.

×åòûðå ðÿäà ýìèòòåðîâ ïî 80 ìêì çàéìóò øèðèíó 320 ìêì. Ïðè âîñüìè ãðàíèöàõòåïëîâûäåëåíèÿ îáëàñòè ìåæäó ñîñåäíèìè ãðàíèöàìè òåïëîâûäåëåíèÿ èìåþò øèðèíóïî 170 ìêì. Äàëüíåéøåå ðàñøèðåíèå îáëàñòè ìåæäó ãðàíèöàìè òåïëîâûäåëåíèÿ, êàêïîêàçûâàåò ðàñ÷¸ò, ïðàêòè÷åñêè íå èçìåíÿåò âåëè÷èíû Rт , íî óâåëè÷èâàåò èíäóêòèâíîñòüîáúåäèíåíèÿ ïîëîñêîâ.

Â äâóõ êîíòàêòíûõ ðÿäàõ áàçîâûå ýëåêòðîäû âòîðîãî óðîâíÿ ìåòàëëèçàöèèìàñêèðóþòñÿ, çàíèìàÿ ïî 15 ìêì ñ êàæäîé ñòîðîíû êîíòàêòíîãî ðÿäà. Â èòîãå îòêðûòîéäëÿ ñáîðêè îêàçûâàåòñÿ êîíòàêòíàÿ îáëàñòü øèðèíîé 140 ìêì êàæäîãî êîíòàêòíîãîðÿäà.

Ðàñ÷¸ò òåïëîâîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ïðîâåä¸í äëÿ êîðïóñîâ ñ åäèíûìè ïîñàäî÷íûìèðàçìåðàìè, äëèíà êîëëåêòîðíîé ïîñàäî÷íîé ïëîùàäêè ðàâíà 12 ìì. Ïðè ýòîì äâóõðÿäíûéâàðèàíò êîíñòðóêöèè (àìåðèêàíñêèé àíàëîã) ðàçìåù¸í íà òð¸õ êðèñòàëëàõ, à÷åòûð¸õðÿäíûé âàðèàíò, îïèñàííûé â íàñòîÿùåé ðàáîòå, ðàçìåùåí íà øåñòè êðèñòàëëàõ,ðàñïîëîæåííûõ íà êîíòàêòíîé ïëîùàäêå ñ ðàññòîÿíèåì ìåæäó òåïëîâûäåëÿþùèìè êðàÿìèïàðû êðèñòàëëîâ ïîðÿäêà 110 ìêì.

Â èòîãå ðàñ÷¸òíîå òåïëîâîå ñîïðîòèâëåíèå àíàëîãà ïðè È = 300-330 ìêñ èQ = 10 ñîñòàâèëî 0,265 ãðàä/Âò, ÷òî ñîãëàñóåòñÿ ñ äàííûìè ôèðìû-èçãîòîâèòåëÿ.

Äëÿ ñïðîåêòèðîâàííîãî ÷åòûð¸õðÿäíîãî òðàíçèñòîðà ðàñ÷¸òíîå çíà÷åíèå òåïëîâîãîñîïðîòèâëåíèÿ â òîì æå ðåæèìå ñîñòàâèëî 0,165 ãðàä/Âò.

Ñ ó÷¸òîì ñîîòíîøåíèÿ ýôôåêòèâíîé äëèíû ïåðèìåòðà ýìèòòåðîâ è ñîîòíîøåíèÿòåïëîâûõ ñîïðîòèâëåíèé ðàñ÷¸òíîå çíà÷åíèå èìïóëüñíîé âûõîäíîé ìîùíîñòè ó÷åòûð¸õðÿäíîãî òðàíçèñòîðà äîëæíî ñîñòàâèòü 580 Âò. Ó àíàëîãà ñ äâóõðÿäíîé ñòðóêòóðîé,ðåàëèçóþùåé ñîâðåìåííûå ïðåäåëüíûå âîçìîæíîñòè, îíî ñîñòàâëÿåò 370 Âò. Èìåííî âýòîì ñîñòîèò ãëàâíûé ðåçóëüòàò íàñòîÿùåé ðàáîòû.

Ðàçíèöà â ðàñ÷¸òíûõ çíà÷åíèÿõ òåïëîâîãî ñîïðîòèâëåíèÿ òð¸õêðèñòàëüíîãî èøåñòèêðèñòàëüíîãî âàðèàíòîâ êîíñòðóêöèè ñîñòàâèëà 2%, ÷òî ìîæíî ñ÷èòàòüíåñóùåñòâåííûì ïðè ñðàâíåíèè ÷åòûð¸õðÿäíîé êîíñòðóêöèè ñ àìåðèêàíñêèì àíàëîãîì.

Âàæíûì ôàêòîðîì íàä¸æíîé ðàáîòû ìîùíûõ ÑÂ× òðàíçèñòîðîâ ÿâëÿåòñÿ ñòåïåíüïîäàâëåíèÿ ïîïåðå÷íîé íåóñòîé÷èâîñòè â ñòðóêòóðå òðàíçèñòîðà. Âïåðâûå îáúÿñíåíèåïîäîáíûõ ýôôåêòîâ è ãëàâíûå ïðè÷èíû è óñëîâèÿ èõ âîçíèêíîâåíèÿ îïèñàíû â [3].Èññëåäîâàíèå ìíîãîîáðàçíûõ ïðîÿâëåíèé ïîïåðå÷íîé íåóñòîé÷èâîñòè ïðåäñòàâëåíî â[4].

Â îïèñàííîì âàðèàíòå ÷åòûð¸õðÿäíîé êîíñòðóêöèè è â àìåðèêàíñêîì àíàëîãåèñïîëüçîâàíû äâà îáùèõ ñïîñîáà ïîäàâëåíèÿ ïîïåðå÷íîé íåóñòîé÷èâîñòè, ñâÿçàííûå ñ


ââåäåíèåì ïàðàëëåëüíîãî ðàñïðåäåë¸ííîãî êîíòóðà â âûõîäíîé öåïè è ìàëîèíäóêòèâíîãîîáúåäèíåíèÿ ýìèòòåðíûõ öåïåé îòäåëüíûõ êðèñòàëëîâ. Îäíàêî ñ ó÷¸òîì ïîëó÷åííîãîïðåâûøåíèÿ âûõîäíîé ìîùíîñòè îòå÷åñòâåííîãî ÷åòûð¸õðÿäíîãî òðàíçèñòîðà èíåèçáåæíîãî â ñâÿçè ñ ýòèì ïðåâûøåíèÿ ¸ìêîñòè êîëëåêòîðà íàä ñîîòâåòñòâóþùèìèïàðàìåòðàìè àíàëîãà áûë ïðèìåí¸í äîïîëíèòåëüíî òðåòèé, îòëè÷íûé îò àíàëîãà, ñïîñîáïîäàâëåíèÿ ïîïåðå÷íîé íåóñòîé÷èâîñòè, êîòîðûé, íà íàø âçãëÿä è ïî äàííûì [4],ÿâëÿåòñÿ íàèáîëåå ýôôåêòèâíûì ïðè èñïîëüçîâàíèè òðàíçèñòîðà â øèðîêîé ïîëîñåðàáî÷èõ ÷àñòîò. Ýòîò ñïîñîá çàïàòåíòîâàí [5] è ñâîäèòñÿ ê ââåäåíèþ ðåçèñòîðà âïîïåðå÷íóþ öåïü, îáúåäèíÿþùóþ êîëëåêòîðû âñåõ òðàíçèñòîðíûõ êðèñòàëëîâ. Èìåííîçäåñü ôîðìèðóåòñÿ ïîïåðå÷íûé ðåçîíàíñ ðàñïðåäåë¸ííîé ëèíèè, îáðàçîâàííîé ̧ ìêîñòüþêîëëåêòîðà êðèñòàëëîâ, ó÷àñòâóþùèõ â ñëîæåíèè ìîùíîñòè, è èíäóêòèâíîñòüþ êîëëåêòîðíîéêîíòàêòíîé ïëîùàäêè.

Âåëè÷èíà ñîïðîòèâëåíèÿ Rk ìîæåò áûòü îöåíåíà ïî ñëåäóþùåé ôîðìóëå:Rk = в·Lk ,

ãäå Rk – âåëè÷èíà ñîïðîòèâëåíèÿ, ãàñÿùàÿ ïàðàçèòíûå êîëåáàíèÿ; в – âåðõíÿÿ ãðàíèöàðàáî÷åé ïîëîñû ÷àñòîò; Lk – ïîïåðå÷íàÿ èíäóêòèâíîñòü êîëëåêòîðíîé êîíòàêòíîé ïëîùàäêè.

Ñóùåñòâåííîé îñîáåííîñòüþ ÷åòûð¸õðÿäíîé òðàíçèñòîðíîé ñòðóêòóðû ÿâëÿåòñÿíåîáõîäèìîñòü îáåñïå÷åíèÿ ðàáîòû âñåõ 4-õ òðàíçèñòîðíûõ ðÿäîâ ñ îäèíàêîâîé ïëîòíîñòüþòîêà. Íàèáîëüøàÿ ïëîòíîñòü òîêà ýìèòòåðà Iэ ïðè îáúåäèíåíèè 4-õ òðàíçèñòîðíûõ ðÿäîâáóäåò íà ãðàíèöå ïåðâîãî êîíòàêòíîãî ðÿäà ñî âòîðûì òðàíçèñòîðíûì ðÿäîì. Ïðèøèðèíå ýìèòòåðíîé êîíòàêòíîé ïëîùàäêè ðàâíîé 40 ìêì ïëîòíîñòü òîêà íà å¸ ãðàíèöåñî âòîðûì òðàíçèñòîðíûì ðÿäîì âîçðàñòàåò â 3 ðàçà. ×òîáû èñêëþ÷èòü ïåðåãðåâ âýòîì ìåñòå, íàäî â 3 ðàçà ñíèçèòü ñîïðîòèâëåíèå çîëîòîãî ñëîÿ Ti-Pt-Au ìåòàëëèçàöèè.Äëÿ ýòîãî íåîáõîäèìî óâåëè÷èòü øèðèíó ýìèòòåðíûõ êîíòàêòíûõ ïëîùàäîê â 1,5 ðàçà,à òîëùèíó Au äîâåñòè äî 2 ìêì.

Ïðè ïðîòåêàíèè Iб вх è Iб вых òîê áàçû, îáåñïå÷èâàþùèé òðè òðàíçèñòîðíûõ ðÿäà, íåäîëæåí ñîçäàâàòü ïåðåãðåâà, òî åñòü áàçîâûå êîíòàêòíûå ïëîùàäêè äîëæíû áûòüòàêæå ðàñøèðåíû äî 60 ìêì, ïðè ýòîì çàçîðû â êîíòàêòíûõ ðÿäàõ ìåæäó êîíòàêòàìèáóäóò íå ìåíåå 80 ìêì.

Ýìèòòåðíûå îáëàñòè âòîðîãî è òðåòüåãî òðàíçèñòîðíûõ ðÿäîâ ìîæíî îáúåäèíèòüïîëîñêàìè, ñîîñíûìè ñ ýìèòòåðíûìè è áàçîâûìè ïëîùàäêàìè øèðèíîé 40 ìêì.

Â çàêëþ÷åíèå ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî êîíñòðóèðîâàíèå ìîùíîãî ÑÂ× òðàíçèñòîðàíà îñíîâå ìíîãîóðîâíåâîé ìåòàëëèçàöèè ñ èñïîëüçîâàíèåì íîâîãî îòå÷åñòâåííîãîâûñîêîòåìïåðàòóðíîãî ôîòîïîëèìåðà äà¸ò ïîâûøåíèå âûõîäíîé ìîùíîñòè òðàíçèñòîðàáîëåå ÷åì â 1,5 ðàçà ïî îòíîøåíèþ ê àìåðèêàíñêîìó àíàëîãó, â êîòîðîì ðåàëèçîâàíûíàèâûñøèå òåõíîëîãè÷åñêèå âîçìîæíîñòè ôîðìèðîâàíèÿ äâóõðÿäíîé òðàíçèñòîðíîéñòðóêòóðû. Ïàðàìåòðû îòå÷åñòâåííîãî ôîòîïîëèìåðà ñóùåñòâåííî âûøå èìïîðòíûõàíàëîãîâ. Èñïîëüçîâàíèå åãî ïðåäñòàâëÿåòñÿ î÷åíü ïåðñïåêòèâíûì ïðè ñîçäàíèè ÑÂ×òðàíçèñòîðîâ äðóãèõ êëàññîâ, à òàêæå ÑÂ× èíòåãðàëüíûõ ñõåì, òðåáóþùèõ ñî÷åòàíèÿâûñîêîé ìîùíîñòè è âûñîêîãî óðîâíÿ èíòåãðàöèè.Литература

1. Диковский В. И. Высокотемпературный фотополимер в технологии изготовления мощных СВЧ транзисторов// Электронная техника. Серия 2. Полупроводниковые приборы. – 2012. – Вып. 1(228). – С. 95-96.

2. Патент РФ № 2379731 от 20.01.2010 г. Рудая Л. И., Шаманин В. В., Лебедева Г. К., Климова Н. В.,Большаков М. Н.

3. Диковский В. И., Евстигнеев А. С. Повышение выходной мощности генераторных СВЧ транзисторов,предназначенных для работы в широком диапазоне частот // Радиотехника и электроника. – 1982. – Т. ХХII. – № 12. –С. 2408-2414.

4. Аронов В. Л. Анализ явлений поперечной неустойчивости в мощных СВЧ транзисторах // Электронная техника.Серия 2. Полупроводниковые приборы. – 2007. Вып. 2. – С.65-75.

5. Патент №1153767 класс HOI L 29/70 от 03.03.1993 г. Диковский В. И., Евстигнеев А. С.


Программируемый генератор тестовых последовательностей

УДК 004.94:621.373.001

Горбоконенко П. А., Зинис К. А., Певцов Е. Ф., Чернокожин В. В.

ВведениеÏðè àïïàðàòíîì òåñòèðîâàíèè öåëîãî ðÿäà öèôðîâûõ è àíàëîãîâûõ óñòðîéñòâ

íåîáõîäèìî îáåñïå÷èòü çàäàíèå âõîäíûõ òåñòîâûõ ëîãè÷åñêèõ ñèãíàëîâ, óïðàâëÿþùèõðåæèìàìè ðàáîòû ïðèáîðà. Îñîáåííî àêòóàëüíûì ðåøåíèå ýòîé çàäà÷è ñòàíîâèòñÿ ïðèòåñòèðîâàíèè ñëîæíîôóíêöèîíàëüíûõ öèôðîâûõ è àíàëîãî-öèôðîâûõ ïðèáîðîâ, êîãäàòðåáóåòñÿ âûñîêàÿ ÷àñòîòà ïåðåêëþ÷åíèé ñîñòîÿíèé áîëüøîãî ÷èñëà êàíàëîâ. Ïðèìåðûñîâðåìåííûõ ðàçðàáîòîê òàêèõ ãåíåðàòîðîâ òåñòîâûõ ïîñëåäîâàòåëüíîñòåé (ãåíåðàòîðîâïàòòåðíîâ) ïðèâåäåíû â òàáë. 1.

Представлены результаты разработки программируемого устройства формирования тестовыхпоследовательностей, предназначенного для генерации тестового цифрового сигнала. В работеаппаратно реализован простейший алгоритм сжатия данных, который позволяет существенносократить ресурсы необходимой памяти и выполнить всё устройство на основе недорогоймикросхемы программируемой логики. При этом для редактирования тестовойпоследовательности достаточно использовать любой текстовый редактор и интуитивнопонятный пользователю интерфейс ввода данных.

Производитель Название Число каналов

Максимальная частота, МГц

Объем памяти, Мбит/кан. Интерфейс Режим

работы

Agilent [1] 16822A* 48 300 768

USB, RS-232,

LAN, PCI

автономный/ загрузка от ПК

J-Works Inc [2] jsb812 32 100 2,048 USB в составе ПК

МИРЭА [3] GTI_v1 32 40 0,128 USB в составе ПК

Byte Paradigm [4]

Wave Gen Xpress

16 100 4 USB в составе ПК

Актаком [5] АНР-3616 16 100 0,256 USB в составе ПК

Таблица 1Примеры разработок генераторов паттернов

Äëÿ ðÿäà çàäà÷, ñâÿçàííûõ ñ òåñòèðîâàíèåì óñòðîéñòâ, èìåþùèõ ìàòðè÷íóþñòðóêòóðó, òàêèõ êàê ÏÇÑ, ÊÌÎÏ-êîììóòàòîðû äëÿ ïðè¸ìíèêîâ èçëó÷åíèÿ è ìèêðîñõåìûïàìÿòè, ðåøåíèÿ, ïðåäëàãàåìûå â òàáë. 1, íå ÿâëÿþòñÿ îïòèìàëüíûìè. Ëèáî îíîîêàçûâàåòñÿ ñëèøêîì äîðîãèì, ëèáî íå îáåñïå÷èâàåò òðåáóåìîå ÷èñëî âûõîäíûõ êàíàëîâ,ëèáî îáú¸ìà ïàìÿòè îêàçûâàåòñÿ íåäîñòàòî÷íî, ÷òîáû ðåàëèçîâàòü íåîáõîäèìîåêîëè÷åñòâî âîçìîæíûõ ñîñòîÿíèé äëÿ ñëîæíîé âðåìåííîé äèàãðàììû. Êðîìå òîãî, ïðèàâòîìàòèçàöèè ïðîöåññà òåñòèðîâàíèÿ ÷àñòî òðåáóåòñÿ îáåñïå÷èòü àâòîíîìíûé ðåæèìðàáîòû ãåíåðàòîðà, íå çàâèñèìûé îò óïðàâëÿþùåãî êîìïüþòåðà, èìåòü âîçìîæíîñòüïîäêëþ÷àòü äîïîëíèòåëüíûå èíòåðôåéñû (USB, SPI, I2C, CAN) äëÿ óïðàâëåíèÿ ðàáîòîéêîíòðîëèðóþùåãî îáîðóäîâàíèÿ. Â äàííîé ðàáîòå ïðåäëàãàåòñÿ îïèñàíèå ðàçðàáîòêè


ïåðåïðîãðàììèðóåìîãî 32-êàíàëüíîãî ãåíåðàòîðà òåñòîâîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ñóâåëè÷åííûì ÷èñëîì ñîñòîÿíèé è èíòåðôåéñîì SPI. Ðàçðàáîòàííûå ïðîãðàììèðóåìîåîò óïðàâëÿþùåãî ÏÊ óñòðîéñòâî è ïðîãðàììà óïðàâëåíèÿ åãî ðàáîòîé ìîãóò áûòüèñïîëüçîâàíû äëÿ òåñòèðîâàíèÿ è íàëàäêè øèðîêîãî êëàññà öèôðîâûõ óñòðîéñòâ, àòàêæå è ïðèáîðîâ ñ ìàòðè÷íîé ñòðóêòóðîé. Ðåàëèçàöèÿ ïðåäëàãàåìîãî óñòðîéñòâààïðîáèðîâàíà ïðè ñîçäàíèè îáîðóäîâàíèÿ äëÿ òåñòèðîâàíèÿ ÔÏÇÑ, â êîòîðîìïðîãðàììèðóåìûé ãåíåðàòîð òåñòîâûõ ïîñëåäîâàòåëüíîñòåé ÿâëÿåòñÿ ãëàâíûì óçëîì,îáåñïå÷èâàþùèì çàäàíèå ðåæèìîâ ðàáîòû êîíòðîëèðóåìîãî ïðèáîðà.

Алгоритм работы генератора тестовой последовательностиÂî ìíîãèõ ïðàêòè÷åñêèõ ñëó÷àÿõ òèïè÷íàÿ òåñòîâàÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ïðåäñòàâëÿåò

ñîáîé ðÿä ïîâòîðÿþùèõñÿ ôðàãìåíòîâ. Äëÿ ýôôåêòèâíîãî èñïîëüçîâàíèÿ âíóòðåííÿÿïàìÿòü ãåíåðàòîðà, ñîäåðæàùàÿ äàííûå òåñòîâîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè, ðàçäåëåíà íàäâà óðîâíÿ èåðàðõèè (ðèñ. 1).

Рис. 1Двухуровневая структура памяти генератора

Ïðè òàêîé îðãàíèçàöèè âíóòðåííÿÿ ïàìÿòü ãåíåðàòîðà ñîäåðæèò ñëåäóþùèåýëåìåíòû:

1. ôðàãìåíòû òåñòîâîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè. Îíè õðàíÿòñÿ â áëîêå ïàìÿòè ðàçìåðîì4096 ñëîâ. Ðàçðÿäíîñòü ñëîâà (32 áèòà) îïðåäåëÿåò êîëè÷åñòâî êàíàëîâ òåñòîâîãîñèãíàëà. Ðàñïîëîæåíèå ôðàãìåíòîâ â ïàìÿòè ïðîèçâîëüíîå, äîïóñêàåòñÿ èõ ïåðåêðûòèå;

2. òàáëèöó îïèñàíèÿ ôðàãìåíòîâ ðàçìåðîì 256 ñòðîê. Ñòðîêè ñîäåðæàò 32-ðàçðÿäíûåäàííûå. Êàæäàÿ ñòðîêà òàáëèöû îïèñûâàåò ÷àñòü òåñòîâîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè èîïðåäåëÿåò, êàêîé ôðàãìåíò èñïîëüçóåòñÿ è ñêîëüêî ðàç îí ïîâòîðÿåòñÿ. 32 ðàçðÿäàñòðîêè òàáëèöû ðàçáèòû íà òðè ñîñòàâëÿþùèå:

– 12-ðàçðÿäíûé àäðåñ íà÷àëà ôðàãìåíòà â áëîêå ïàìÿòè ôðàãìåíòîâ;


– 6-ðàçðÿäíîå çíà÷åíèå äëèíû ôðàãìåíòà (ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå äëèíû ôðàãìåíòà– 64 ñëîâà);

– 14-ðàçðÿäíîå çíà÷åíèå ÷èñëà ïîâòîðåíèé ôðàãìåíòà (ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå÷èñëà ïîâòîðåíèé ôðàãìåíòà – 16384);

3. êîëè÷åñòâî èñïîëüçóåìûõ âêëþ÷åíèé ôðàãìåíòîâ, òî åñòü èñïîëüçóåìûõ ñòðîêòàáëèöû îïèñàíèÿ ôðàãìåíòîâ.

Ïðè ýòîì äëÿ ðåäàêòèðîâàíèÿ òåñòîâîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè äîñòàòî÷íî èñïîëüçîâàòüëþáîé òåêñòîâûé ðåäàêòîð è èíòóèòèâíî ïîíÿòíûé ïîëüçîâàòåëþ èíòåðôåéñ ââîäàäàííûõ â ñîîòâåòñòâóþùèå ïîëÿ òàáëèö ôðàãìåíòîâ, êîëè÷åñòâî èõ ïîâòîðåíèé èàäðåñîâ, îïèñûâàþùèõ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ïåðåõîäîâ îò îäíîãî ôðàãìåíòà ê äðóãîìó.

Ãåíåðàòîð òåñòîâîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ðàáîòàåò â äâóõ ðåæèìàõ: 1) ðåæèìåçàãðóçêè-ñîõðàíåíèÿ äàííûõ òåñòîâîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè; 2) ðåæèìå ôîðìèðîâàíèÿòåñòîâîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè.

Â ðåæèìå çàãðóçêè-ñîõðàíåíèÿ îò óïðàâëÿþùåãî êîìïüþòåðà èëè èç âñòðîåííîéôëýø-ïàìÿòè ïîñòóïàþò äàííûå ôðàãìåíòîâ è äàííûå, îïèñûâàþùèå ïîðÿäîê èõ ñëåäîâàíèÿ.Â ýòîì æå ðåæèìå âîçìîæíî ñîõðàíåíèå äàííûõ âî âñòðîåííîé ôëýø-ïàìÿòè.

Â ðåæèìå ôîðìèðîâàíèÿ òåñòîâîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ïðîñìàòðèâàþòñÿ èñïîëüçóåìûåñòðîêè òàáëèöû îïèñàíèÿ ôðàãìåíòîâ. Èç âûáðàííîé ñòðîêè âûäåëÿþòñÿ: àäðåñ íà÷àëàôðàãìåíòà â ïàìÿòè ôðàãìåíòîâ (ðàçðÿäû 31..20 ñòðîêè òàáëèöû îïèñàíèÿ ôðàãìåíòîâ),äëèíà ôðàãìåíòà (ðàçðÿäû 19..14), êîëè÷åñòâî ïîâòîðåíèé ôðàãìåíòà (ðàçðÿäû 13..0). Èçïàìÿòè ôðàãìåíòîâ ñ ÷àñòîòîé, çàäàííîé ãåíåðàòîðîì ÷àñòîò, íà÷èíàÿ ñ àäðåñà íà÷àëàôðàãìåíòà, ÷èòàþòñÿ äàííûå è âûäàþòñÿ íà âûõîäíóþ øèíó, çàòåì îñóùåñòâëÿåòñÿ ïåðåõîäê ñëåäóþùåìó ñëîâó, ïðèíàäëåæàùåìó äàííîìó ôðàãìåíòó. Åñëè äàííûå ôðàãìåíòà èñ÷åðïàíû,à êîëè÷åñòâî ïîâòîðåíèé ôðàãìåíòà îòëè÷íî îò 1, îñóùåñòâëÿåòñÿ ïåðåõîä ê íà÷àëóôðàãìåíòà. Ýòîò ïðîöåññ ïîâòîðÿåòñÿ ñòîëüêî ðàç, ñêîëüêî çàäàíî â ïîëå «Ïîâò» ñòðîêèòàáëèöû îïèñàíèÿ ôðàãìåíòîâ. Çàòåì âûáèðàåòñÿ ñëåäóþùàÿ ñòðîêà òàáëèöû îïèñàíèÿôðàãìåíòîâ èëè, åñëè âñå N ñòðîê ïðîñìîòðåíû, ïåðâàÿ ñòðîêà. Òàêèì ñïîñîáîì ìîæíîîïèñàòü ïîñëåäîâàòåëüíîñòü, äëèíà êîòîðîé ñîñòàâëÿåò 212.214 = 64 Ìáèò íà êàíàë.

Структурная схема генератора тестовой последовательностиÑòðóêòóðíàÿ ñõåìà ãåíåðàòîðà òåñòîâîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè, ðåàëèçîâàííàÿ â

ÏËÈÑ FPGA Spartan-6 ïðèâåäåíà íà ðèñ. 2.Â ñîñòàâ ãåíåðàòîðà âõîäÿò ñëåäóþùèå îñíîâíûå ìîäóëè.1. Генератор частотÇàäàþùàÿ ÷àñòîòà 100 ÌÃö ïîäà¸òñÿ îò âñòðîåííîãî êâàðöåâîãî ãåíåðàòîðà.

Èñïîëüçóþòñÿ äâà ñòàíäàðòíûõ êîìïîíåíòà ÏËÈÑ Spartan-6 DCM (Digital Clock Manager):îäèí ôîðìèðóåò ôèêñèðîâàííóþ ÷àñòîòó 100 ÌÃö äëÿ òàêòèðîâàíèÿ âñåõ áëîêîâ, äðóãîé– èçìåíÿåìóþ ÷àñòîòó èç íàáîðà 16 ÷àñòîò â äèàïàçîíå îò 0,2 äî 100 ÌÃö. Èçìåíÿåìàÿ÷àñòîòà çàäà¸ò òåìï ïðèðàùåíèÿ àäðåñîâ â ðåæèìå ôîðìèðîâàíèÿ òåñòîâîéïîñëåäîâàòåëüíîñòè ïðè ÷òåíèè äàííûõ èç ïàìÿòè. Òàêèì îáðàçîì, ìàêñèìàëüíàÿ÷àñòîòà èçìåíåíèÿ òåñòîâîãî ñèãíàëà ñîñòàâëÿåò 50 ÌÃö (âäâîå ìåíüøå çàäàþùåé÷àñòîòû).

×àñòîòà ìîæåò áûòü èçìåíåíà â ïðîöåññå ðàáîòû óñòðîéñòâà ïî êîìàíäàì,ïîñòóïàþùèì îò êîìïüþòåðà. Ãåíåðàòîð ÷àñòîò ïðèíèìàåò îò óïðàâëÿþùåãî áëîêàçíà÷åíèå êîäà ÷àñòîòû è ïåðåïðîãðàììèðóåò DCM, èñïîëüçóÿ åãî âíóòðåííþþ âñòðîåííóþøèíó SPI.

2. Приёмно-передающее устройствоÏðèíèìàåò êîìàíäû è äàííûå îò óïðàâëÿþùåãî êîìïüþòåðà è âûäà¸ò îòâåòíóþ


èíôîðìàöèþ. Ðàáîòàåò ïî ïðîòîêîëó RS-232 íà ñêîðîñòè 115200 áèò/ñ â ðåæèìå 8áèòîâ íà áàéò ñ îäíèì ñòîïîâûì áèòîì áåç êîíòðîëÿ ÷¸òíîñòè. Ðåàëèçîâàíî ñèñïîëüçîâàíèåì UART, ïðåäëàãàåìîãî ôèðìîé Xilinx â êà÷åñòâå ïðèìåðàïðîãðàììèðîâàíèÿ ÏËÈÑ â ñîñòàâå ñðåäû ïðîåêòèðîâàíèÿ ISE.

Рис. 2Структурная схема генератора тестовой последовательности, реализованного в ПЛИС Spartan-6

èíôîðìàöèþ. Ðàáîòàåò ïî ïðîòîêîëó RS-232 íà ñêîðîñòè 115200 áèò/ñ â ðåæèìå 8áèòîâ íà áàéò ñ îäíèì ñòîïîâûì áèòîì áåç êîíòðîëÿ ÷¸òíîñòè. Ðåàëèçîâàíî ñèñïîëüçîâàíèåì UART, ïðåäëàãàåìîãî ôèðìîé Xilinx â êà÷åñòâå ïðèìåðàïðîãðàììèðîâàíèÿ ÏËÈÑ â ñîñòàâå ñðåäû ïðîåêòèðîâàíèÿ ISE.

3. Управляющий блок (процессор команд)Ïîëó÷àåò îò ïðè¸ìíî-ïåðåäàþùåãî óñòðîéñòâà ïàêåò äàííûõ, èíòåðïðåòèðóåò åãî

è ôîðìèðóåò óïðàâëÿþùèå ñèãíàëû äëÿ äðóãèõ áëîêîâ èëè âîçâðàùàåò îòâåò ïðè¸ìíî-ïåðåäàþùåìó óñòðîéñòâó.

Ïàêåò äàííûõ, ðàñïîçíàâàåìûé óïðàâëÿþùèì áëîêîì, ñîñòîèò èç:– áàéòà êîäà êîìàíäû;– áàéòà ñî çíà÷åíèåì ðàçìåðà äàííûõ;– ïîñëåäîâàòåëüíîñòè äàííûõ (êîëè÷åñòâî áàéòîâ îïðåäåëÿåòñÿ ïðåäûäóùèì ïîëåì

ïàêåòà, äëÿ íåêîòîðûõ êîìàíä çíà÷åíèå ïîëÿ ðàçìåðà äàííûõ 0 îçíà÷àåò 256 áàéòîâ).Åñëè çà âðåìÿ òàéìàóòà íå ïîñòóïèëè âñå íåîáõîäèìûå äàííûå, óïðàâëÿþùèé

áëîê âîçâðàùàåòñÿ â ñîñòîÿíèå îæèäàíèÿ. Èçáûòî÷íûå äàííûå èãíîðèðóþòñÿ. Ïðèíÿòûåäàííûå ñîõðàíÿþòñÿ â áëî÷íîé ïàìÿòè ïàðàìåòðîâ êîìàíäû ðàçìåðîì 256 áàéòîâ.

Ïîñëå òîãî, êàê âñå ïàðàìåòðû êîìàíäû ïðèíÿòû, óïðàâëÿþùèé áëîê ïåðåõîäèò âðåæèì èñïîëíåíèÿ êîìàíäû. Â îáùåì ñëó÷àå èñïîëíåíèå êîìàíäû ðàçáèâàåòñÿ íà òðèñòàäèè:

– ïðåäâàðèòåëüíàÿ – íàñòðàèâàþòñÿ íà÷àëüíûå çíà÷åíèÿ ñèãíàëîâ;– öèêëè÷åñêàÿ – ÷èòàþòñÿ ïàðàìåòðû êîìàíäû è ôîðìèðóþòñÿ óïðàâëÿþùèå


ñèãíàëû;– çàâåðøàþùàÿ – îæèäàåòñÿ çàâåðøåíèå äåéñòâèé öèêëè÷åñêîé ñòàäèè è

îñóùåñòâëÿåòñÿ ïåðåõîä â ñîñòîÿíèå îæèäàíèÿ èëè ê âûïîëíåíèþ ñëåäóþùåé ñâÿçàííîéêîìàíäû.

Êîìàíäû ìîæíî ðàçäåëèòü íà ãðóïïû ïî ôóíêöèîíàëüíîìó íàçíà÷åíèþ:– èíôîðìàöèîííûå;– óïðàâëåíèå ôîðìèðîâàíèåì òåñòîâîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè;– óïðàâëåíèå âíåøíèìè ìîäóëÿìè;– ñîõðàíåíèå è âîññòàíîâëåíèå èíôîðìàöèè î ñîñòîÿíèè.4. Блок управления внешними модулямиÓïðàâëÿåò âíåøíèìè ìîäóëÿìè ïî èíòåðôåéñó SPI. Èìååò â ñîñòàâå áëîê ïàìÿòè

64 áàéòà. Ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ, íàïðèìåð, äëÿ çàäàíèÿ óðîâíåé ëîãè÷åñêèõ íóëÿ èåäèíèöû òåñòîâîãî ñèãíàëà.

5. Блок формирования тестовой последовательностиÁëîê ôîðìèðîâàíèÿ òåñòîâîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ïðèíèìàåò è ñîõðàíÿåò äàííûå,

ïîñòóïàþùèå îò óïðàâëÿþùåãî êîìïüþòåðà èëè èç ôëýø-ïàìÿòè. Ýòè äàííûå, îïèñûâàþùèåòåñòîâóþ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü, çàòåì èñïîëüçóþòñÿ ôîðìèðîâàòåëåì àäðåñîâ äëÿ âûäà÷èíà âûõîäíóþ øèíó òåñòîâîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè.

Èìååò â ñâîåì ñîñòàâå áëîê ïàìÿòè äëÿ õðàíåíèÿ ôðàãìåíòîâ (4096 32-áèòíûõñëîâ), òàáëèöó îïèñàíèÿ ïîâòîðåíèé ôðàãìåíòîâ (256 32-áèòíûõ ñëîâ) è ôîðìèðîâàòåëüàäðåñîâ, ðàáîòàþùèé ïî îïèñàííîìó âûøå àëãîðèòìó.

6. Устройство хранения начального состояния на основе флэш-памятиÔëýø-ïàìÿòü èñïîëüçóåòñÿ äëÿ õðàíåíèÿ ïðîøèâêè ÏËÈÑ, äëÿ õðàíåíèÿ äàííûõ

òåñòîâîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ïðè ðàáîòå â àâòîíîìíîì ðåæèìå, äëÿ ñîõðàíåíèÿ ñîñòîÿíèÿóñòðîéñòâà ïðè âûêëþ÷åíèè ïèòàíèÿ.

Ïðè ðàáîòå â àâòîíîìíîì ðåæèìå äàííûå òåñòîâîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ñ÷èòûâàþòñÿèç ôëýø-ïàìÿòè â ìîìåíò âêëþ÷åíèÿ ïèòàíèÿ.

Ïðè ðàáîòå ïîä óïðàâëåíèåì êîìïüþòåðà äîñòóïíû äâà âèäà îïåðàöèé ñ óñòðîéñòâîìõðàíåíèÿ íà÷àëüíîãî ñîñòîÿíèÿ: ÷òåíèå èç ôëýø-ïàìÿòè, çàïèñü âî ôëýø-ïàìÿòü. Òàêèìîáðàçîì, òåñòîâóþ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ìîæíî ïðåäâàðèòåëüíî çàïèñàòü âî ôëýø-ïàìÿòü,÷òîáû çàòåì ðåàëèçîâàòü ðàáîòó ãåíåðàòîðà â àâòîíîìíîì ðåæèìå.

Применение программируемого генератора тестовой последовательности для заданиятактовой диаграммы ПЗС и исследования его характеристик

Äëÿ çàäàíèÿ òåñòîâîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè (äèàãðàììû), óïðàâëåíèÿ ðàáîòîéãåíåðàòîðà ïðèìåíèòåëüíî ê ìàòðèöàì íà îñíîâå ÏÇÑ ðàçðàáîòàíà ïðîãðàììà «ÏÇÑ-êîíòðîëü». Ýòà ïðîãðàììà, ôóíêöèîíèðóþùàÿ â ÎÑ Windows, ìîæåò âçàèìîäåéñòâîâàòüñ ãåíåðàòîðîì òåñòîâîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ïî èíòåðôåéñàì USB èëè RS-232 è ñëóæèòäëÿ:

– ñîçäàíèÿ è ìîäèôèêàöèè îïèñàíèÿ ïàðàìåòðîâ ãåíåðàòîðà è ðåæèìîâ ðàáîòûÏÇÑ;

– óïðàâëåíèÿ ðåæèìàìè ðàáîòû ÏÇÑ;– ñ÷èòûâàíèÿ è îòîáðàæåíèÿ îöèôðîâàííîãî âûõîäíîãî ñèãíàëà ÏÇÑ.Ðàçðàáîòàííûé ãåíåðàòîð áûë ïðèìåí¸í äëÿ óïðàâëåíèÿ ðàáîòîé ÏÇÑ-ëèíåéêè

SONY ILX512A, ìàòðèöû ÔÏÇÑ SONY ICX055BL [6] è îïûòíûõ îáðàçöîâ íîâûõ ÊÌÎÏ-ïðè¸ìíèêîâ è ÔÏÇÑ, ðàçðàáàòûâàåìûõ ÔÃÓÏ «ÍÏÏ «Ïóëüñàð».

Íà ðèñ. 3 ïðèâåä¸í ïðèìåð èíòåðôåéñîâ ïðîãðàììû «ÏÇÑ-êîíòðîëü» ñ îïèñàíèåìïàðàìåòðîâ ãåíåðàòîðà òåñòîâûõ ïîñëåäîâàòåëüíîñòåé, ñòðóêòóðîé òåñòîâîé


5 мкс 5 В

ïîñëåäîâàòåëüíîñòè è å¸ ãðàôè÷åñêèì ïðåäñòàâëåíèåì. Òåñòîâàÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòüäëÿ çàäàíèÿ ðàáî÷åãî ðåæèìà ÏÇÑ-ìàòðèöû ICX055BL ñîäåðæèò ÷åòûðå ôðàãìåíòà(ñåêòîðà) S11, S12, S3 è S4, å¸ ñòðóêòóðà ïðåäñòàâëåíà â îêíå «Ðåäàêòèðîâàíèåäèàãðàììû» â âèäå äåðåâà ñ êîðíåâûì óçëîì Rg è äâóìÿ äî÷åðíèìè óçëàìè. Äî÷åðíèéóçåë Row, ïðåäñòàâëÿþùèé îïèñàíèå ÷àñòè äèàãðàììû äëÿ ñòðîêè ÏÇÑ-ìàòðèöû, ñîäåðæèò,â ñâîþ î÷åðåäü, òðè óçëà: ïîâòîðÿþùèéñÿ 4 ðàçà ôðàãìåíò S11, ïîâòîðÿþùèéñÿ 4 ðàçàôðàãìåíò S12 è ïîâòîðÿþùèéñÿ 500 ðàç ôðàãìåíò S2. Â ïàìÿòè óñòðîéñòâà ýòè ôðàãìåíòûçàíèìàþò 4036 ñëîâ (òàêòîâ), äëÿ îïèñàíèÿ ñòðóêòóðû òåñòîâîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòèèñïîëüçóþòñÿ äâå ñòðîêè òàáëèöû îïèñàíèÿ ôðàãìåíòîâ.

Рис. 3Интерфейс пользователя программы “ПЗС-контроль” в режиме задания и редактирования тактовой

диаграммы и соответствующая осциллограмма выходных сигналов генератора


ЗаключениеÍà îñíîâå ïðîãðàììèðóåìîé ëîãèêè ðàçðàáîòàí ãåíåðàòîð òåñòîâûõ

ïîñëåäîâàòåëüíîñòåé (ãåíåðàòîð ïàòòåðíîâ), êîòîðûé ïðåäíàçíà÷åí äëÿ çàäàíèÿ ðåæèìîâðàáîòû ñëîæíîôóíêöèîíàëüíûõ öèôðîâûõ ìîäóëåé è ýëåêòðîííûõ ïðèáîðîâ, èìåþùèõìàòðè÷íóþ ñòðóêòóðó. Îñîáåííîñòüþ ïðåäëîæåííîãî ïîäõîäà ÿâëÿåòñÿ èñïîëüçîâàíèåâíóòðåííåé ïàìÿòè ÏËÈÑ ñ äâóõóðîâíåâîé ñòðóêòóðîé. Íà ïåðâîì óðîâíå ïðîãðàììèðóþòñÿýëåìåíòàðíûå ôðàãìåíòû òåñòîâûõ ïîñëåäîâàòåëüíîñòåé, à âòîðîé óðîâåíü ñîäåðæèòòàáëèöó ïîâòîðåíèé ôðàãìåíòîâ è àäðåñà ïåðåõîäîâ ìåæó ôðàãìåíòàìè ïåðâîãî óðîâíÿ.Òàêàÿ àðõèòåêòóðà ïàìÿòè îáåñïå÷èâàåò êàê óäîáñòâî ïðîãðàììèðîâàíèÿ ëîãè÷åñêèõïîñëåäîâàòåëüíîñòåé, òàê è óäîáñòâî èñïîëüçîâàíèÿ ãåíåðàòîðà ïðè óïðàâëåíèèèññëåäóåìûì ïðèáîðîì.

Îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè ðàçðàáîòàííîãî óñòðîéñòâà:

* ãåíåðàöèÿ òåñòîâîãî ñèãíàëà ïî 32 êàíàëàì;

* ìàêñèìàëüíàÿ ÷àñòîòà èçìåíåíèÿ òåñòîâîãî ñèãíàëà â êàíàëå 50 ÌÃö;

* óðîâåíü ëîãè÷åñêîé åäèíèöû 3,3 Â;

* ðàáîòà ïîä óïðàâëåíèåì êîìïüþòåðà â ðåæèìå îæèäàíèÿ è èñïîëíåíèÿ êîìàíä:– çàãðóçêà äàííûõ òåñòîâîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè;– çàïóñê-îñòàíîâêà;– èçìåíåíèå çàäàþùåé ÷àñòîòû;– óïðàâëåíèå âíåøíèìè ìîäóëÿìè ïî SPI èíòåðôåéñó;– ñîõðàíåíèå è âîññòàíîâëåíèå îïèñàíèÿ òåñòîâîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè è íà÷àëüíîãî

ñîñòîÿíèÿ;

* ðàáîòà â àâòîíîìíîì ðåæèìå: âûïîëíåíèå êîìàíä èíèöèàëèçàöèè ïîñëå ïîäà÷èïèòàíèÿ è íåïðåðûâíîå ôîðìèðîâàíèå òåñòîâîãî ñèãíàëà â ñîîòâåòñòâèè ñ çàðàíååçàãðóæåííûì îïèñàíèåì.

Ôóíêöèîíàëüíûå âîçìîæíîñòè äàííîãî ãåíåðàòîðà ïîçâîëèëè, â ÷àñòíîñòè,ðåàëèçîâàòü ðÿä íîâûõ ìåòîäèê äèàãíîñòèêè äåôåêòîâ ÏÇÑ. Ñóòü ìåòîäèê ñîñòîèò âòîì, ÷òî äëÿ ëîêàëèçàöèè äåôåêòîâ â äèíàìè÷åñêîì ðåæèìå èñïîëüçóåòñÿ ïåðåíîñòåñòîâûõ çàðÿäîâûõ ïàêåòîâ, ïåðåìåùàþùèõñÿ â ðåãèñòðàõ òåñòèðóåìîãî ïðèáîðà âïðÿìîì è îáðàòíîì íàïðàâëåíèÿõ, ðåàëèçóÿ ðåæèìû çàëèâêè è ñáðîñà ÷åðåç óçëûñ÷èòûâàíèÿ è àíòèáëþìèíãà. Â ðåçóëüòàòå îáíàðóæåíû è ïðîàíàëèçèðîâàíûòåõíîëîãè÷åñêèå è êîíñòðóêòèâíûå äåôåêòû ïðèáîðîâ, ðàçðàáîòàíû ìåòîäèêè êîíòðîëÿè îòáðàêîâêè ïðèáîðîâ ïî ðÿäó äèíàìè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ äî ýòàïà îêîí÷àòåëüíîéñáîðêè.

Литература1. Agilent 16800 Series Portable Logic Analyze. Data Sheet. URL: http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/

5989-5063EN.pdf (дата обращения: 05.06.2012).2. jsb812 Digital Pattern Generator. Specifications. URL:http://www.j-works.com/jsb812.php (дата обращения:

25.05.2012).3. Е. Ф. Певцов, М. Е. Гусев, К. А.Зинис, И. В. Хмельницкий, В. В.Чернокожин. Аппаратно-программный

комплекс для экспериментальных исследований приборов с зарядовой связью // Материалы IX н-техн. конф.«Твердотельная электроника. Сложные функциональные блоки РЭА» г. Звенигород. 01-03 дек. 2010 г. – М.:МНТОРЭС им. А. С. Попова. – 2010. – С.143-145.

4. АНР-3616. Генератор цифровых последовательностей. URL: http://www.aktakom.ru/kio/index.php?ELEMENT_ID=7094&sphrase_id=217604 (дата обращения: 22.05.2012).

5. High speed USB 2.0 PC-based digital pattern generator. URL: http://www.byteparadigm.com/product-wave-gen-xpress-34.html. (дата обращения: 20.05.2012).

6. 1/3-Inch CCD Image Sensors URL: http://www.sony.net/Products/SC-HP/cx_news/vol12/pdf/hadccd.pdf.(дата обращения: 02.06.2012).

Информация об опубликованных статьяхInformation about publications papers


Арыков В. С., Дедкова О. А., Кривчук А. С.,Ющенко А. М.GaAs CВЧ МИС двухпозиционного коммутатора вSO-8 пластиковом корпусе

АннотацияВ работе отражены основные схемотехнические итехнологические решения, использованные дляизготовления GaAs монолитной интегральной схемыдвухпозиционного СВЧ коммутатора в SO-8 пластиковомкорпусе. Проведены измерения параметров микросхемыметодом тест-плат и при помощи контактного устройства,исключающего распайку микросхемы, которые показалисовпадение значений коэффициентов передач вплоть дочастоты 2 ГГц. При значении коэффициента стоячей волныпо напряжению (КСВН) не менее 1,25 для входакоммутатора коэффициенты передачи открытого Кnon изакрытого Кnoff каналов микросхемы на частоте 1 ГГцсоставили -0,5 дБ и -45 дБ соответственно. На частоте 1ГГц выходная мощность при сжатии коэффициентапередачи на 1 дБ составила P1dB = 25 дБм. Проведённыйкомплекс испытаний подтвердил надёжностьизготовленных микросхем.Ключевые слова:GaAs, СВЧ монолитная интегральная схема, ПТШСведения об авторах:ЗАО «НПФ «Микран», Томск, РоссияАрыков Вадим Станиславович, [email protected]Ющенко Анастасия Михайловна, [email protected]ОАО «НИИПП», Томск, РоссияДедкова Ольга Анатольевна, [email protected]Кривчук Александр Сергеевич, [email protected]

Аронов В. Л., Евстигнеев Д. А., Коренков И. В.Моделирование тепловой режимной неустойчивостив структуре мощного СВЧ биполярного транзисторав существенно нелинейном режиме

АннотацияВ статье представлено совместное моделированиемеханизмов тепловой и режимной неустойчивости поплощади структуры мощного СВЧ транзистора вдинамическом режиме. Алгоритм анализа включает рядупрощающих допущений, создающих односторонниепогрешности в сторону ужесточения неустойчивости.Результаты анализа показывают существеннуюизбыточность традиционного способа стабилизации сиспользованием распределённых эмиттерных резисторов.После экспериментальной проверки расчётных результатовони могут быть использованы для оптимизацииконструкции новых транзисторов.Ключевые слова:тепловая неустойчивость, нелинейное моделирование,мощный СВЧ транзистор, тепловое сопротивлениеСведения об авторах:ФГУП «НПП «Пульсар», Москва, РоссияАронов Вадим Львович, профессор, д.т.н., [email protected]Евстигнеев Дмитрий Андреевич, [email protected]Коренков Иван Викторович, [email protected]

Arykov V. S., Dedkova O. A., Krivchuk A. S.,Yushenko A. M.GaAs MMIC SPDT switch in a plastic SO-8 package

AbstractThis paper represents the circuit design and fabrication of GaAsmicrowave monolithic integrated circuit SPDT (single-pole-double-throw) switch in a plastic SO-8 package. Small signalmeasurements of MMIC packaged into contact device withoutsoldering by method of MMIC test-plate show agreement thetransfer constant values in frequency range up to 2 GHz. Thepackaged switch yields -0.5dB insertion loss and -45dB isolationwith voltage standing-wave ratio better then 1.25 for all switchports, and output power (P1dB) on frequency 1GHz at 1dBcompression point is 25dBm. Reliability of the manufacturedMMIC is confirmed by means of the test set examination.The key words:GaAs, microwave monolithic integrated circuit, FETData of authors:CJSC «Micran, Research & Production Company», Tomsk,RussiaArykov Vadim Stanislavovich, [email protected] Anastasiy Mihailovna, [email protected] «SRI SE», Tomsk, RussiaDedkova Olga Anatolievna, [email protected] Alexandr Sergeevich, [email protected]

Aronov V. L., Evstigneev D. A., Korenkov I. V.Modeling of thermal regime instability in high-powermicrowave bipolar transistor in an essentially nonlinearmode

AbstractThe article presents a joint modeling of the mechanisms ofthermal and regime instability in area of the high-power RFtransistors structure in the dynamic mode. Analysis algorithmincludes a number of simplifying assumptions which createdunilateral uncertainties in direction of the instability tightening.The results show a significant redundancy of the traditionalmethod of stabilization using a distributed emitter resistors.After the experimental verification of the calculated results,these results can be used to optimize the design of newtransistors.The key words:thermal instability, non-linear modeling, high power RFtransistor, thermal resistanceData of authors:FSUE «S&PE «Pulsar», Moscow, RussiaAronov Vadim Lvovich, Prof., Sc.D., [email protected] Dmitriy Andreevich, [email protected] Ivan Victorovich, [email protected]


Филатов М. Ю., Роговский Е. С., Колмакова Т. П.,Меженный М. В., Дренин А. С.

Исследование и устранение причин брака припроизводстве мощных кремниевых PIN диодов

АннотацияПроанализированы виды и причины брака PIN диодов,вызывающие изменения электрических параметров иотказы, на примере изготовления мощного PIN диодатрёхсантиметрового диапазона длин волн в корпусе КД-105, предназначенного для переключения импульсноймощности в волноводных каналах. Основные виды отказоввключают как технологические причины, связанные спроцессом изготовления PIN структур, так иэксплуатационные, вызываемые неидентичностьюпараметров (C, Rобр) одного из двух последовательновключённых диодов в коаксиальную линию фильтра,управляющего мощностью волноводных каналов. Показаныосновные преимущества p+-p-n+ структуры по сравнению сp+-v-n+ структурой PIN диодов с “толстой” базой,полученных по меза-эпитаксиальной технологии сдиэлектрической защитой боковой поверхности.Ключевые слова:PIN диод, меза-структура, технология приборов,p-n переходСведения об авторах:ОАО «Оптрон», Москва, РоссияФилатов Михаил Юрьевич, к.т.н., [email protected]Роговский Евгений Станиславович, [email protected]Колмакова Тамара Павловна, к.т.н., [email protected]Меженный Михаил Валерьевич, [email protected]Дренин Андрей Сергеевич, [email protected]

Диковский В. И., Таран П. В.Перспектива повышения выходной мощности вмощных СВЧ кремниевых биполярных транзисторахпри использовании высокотемпературногофотополимера

АннотацияПоказаны преимущества применения фотополимера втехнологии создания транзисторов. Фотополимер позволяетсформировать четырёхрядную конструкцию кристаллов.Это даст возможность отказаться от конструкциидвухрядных транзисторов с предельно сложнойтехнологией металлизации. При этом в корпусахзарубежных аналогов с Рвых > 370 Вт можно получитьвеличину выходной мощности, превышающую более чемв 1,5 уровень зарубежных аналогов.Ключевые слова:мощный биполярный СВЧ транзистор,высокотемпературный фотополимер, малоиндуктивныеэлементы объединения контактовСведения об авторах:ФГУП «НПП «Пульсар», Москва, РоссияДиковский Владлен Исаакович, д.т.н., [email protected]Таран Павел Валерьевич, [email protected]

–

Filatov M. Yu., Rogovskiy E. S., Kolmakova T. P.,Mezhennyi M. V., Drenin A. S.Research and removal of defects reasons in the productionof high-power silicon PIN diodes

AbstractThis paper analyzes types and reasons of the PIN diodes defectsthat change electrical parameters and cause failures, by exampleof manufacturing powerful PIN diode for three cm wavelengthrange in F-27 case which was designed to switch pulse powerin waveguide channels. The main failure modes include bothtechnological reasons related to the process of manufacturingPIN structures and operational reasons caused by non-identicalparameters (C, Robr) one of two diodes series-connected in thecoaxial line of filter which controlled the waveguide channelspower. Principal advantages of p+-p-n+ structure in comparisonwith p+-v-n+ structure of PIN diodes with “thick” base obtainedby the mesa epitaxial technology with lateral surface dielectricprotection are shown.The key words:PIN diode, mesa structure, technology devices, p-n junctionData of authors:JSC«Optron», Moscow, RussiaFilatov Mihail Yurevich, Ph.D., [email protected] Evgeny Stanislavovich, [email protected] Tamara Pavlovna, Ph.D., [email protected] Mihail Valerevich, [email protected] Andrey Sergeevich, [email protected]

Dikovsky V. I., Taran P. V.Perspective of the output power rise in the powermicrowave bipolar silicon transistors at using of hightemperature photopolymer

AbstractAdvantages of photopolymer application in technology oftransistors production were indicated. Photopolymer enable tocreate four-lane crystal design. This will give an opportunity toreject from the tow-lane transistors design with to the limitcompound metallization. Meanwhile, it is possible to receivevalue of output power exceeding more than 1,5 level of foreignanalogs in cases of the foreign analogs with Pout > 370 watt.The key words:power bipolar microwave transistor, high temperaturephotopolymer, low inductive elements of contactcombinationData of authors:FSUE «S&PE «Pulsar», Moscow, RussiaDikovsky Vladlen Isaakovich, Sc.D., [email protected] Pavel Valerevich, [email protected]

–


Виноградов Р. Н., Вологдин Э. Н., Дюканов П. А.,Корнеев С. В., Савченко Е. М., Смирнов Д. С.Исследование деградации параметров интегральныхмикросхем операционных усилителей при воздействииионизирующего излучения космического пространства

АннотацияПриводятся результаты экспериментального исследованиявоздействия ионизирующего излучения космическогопространства (ИИ КП) на биполярные интегральныемикросхемы операционных усилителей (далее ОУ),работающие в процессе воздействия в электрическомрежиме. Определены наиболее чувствительные параметрыисследуемых ОУ к воздействию ИИ КП. Установлена связьизменения параметров ОУ с деградацией коэффициентапередачи тока биполярных транзисторов, входящих в составОУ.Ключевые слова:интегральные микросхемы, операционные усилители,ионизирующее излучение, космическое пространствоСведения об авторах:ФГУП «НПП «Пульсар», Москва, РоссияВиноградов Роман Николаевич, [email protected]Вологдин Эрих Николаевич, [email protected]Дюканов Павел Алексеевич, [email protected]Корнеев Сергей Викторович, [email protected]Савченко Евгений Матвеевич, к.т.н.,[email protected]Смирнов Дмитрий Сергеевич, [email protected]

Гарбер Г. З.Опыт использования Microsoft Excel приматематическом моделировании СВЧ транзисторов

АннотацияОписан опыт использования таблицы Microsoft Excel,оснащённого макросами, в качестве пользовательскогоинтерфейса для сложных программ математическогомоделирования СВЧ транзисторов, написанных наалгоритмическом языке Microsoft Visual C++, дляподготовки исходных данных программ моделирования иобработки результатов расчётов по этим программам.Кратко рассмотрены макросы – пользовательскиепрограммы на алгоритмическом языке Microsoft VBA,расширяющие круг задач, решаемых средствами Excel.Возможность использования Excel в качествепрепроцессора программ моделированияпродемонстрирована на примере GeSi биполярноготранзистора; в качестве постпроцессора – на примерахAlGaAs/GaAs и AlGaN/GaN гетероструктурных полевыхтранзисторов.Ключевые слова:Excel, макрос, математическое моделирование,программа, пользовательский интерфейс, препроцессор,постпроцессор, транзистор, эквивалентная схемаСведения об авторах:ФГУП «НПП «Пульсар», Москва, РоссияГарбер Геннадий Зеликович, профессор, д.т.н.,[email protected]

Vinogradov R. N., Vologdin E. N., Dyukanov P. A.,Korneev S. V., Savchenko E. M., Smirnov D. S.Investigation of the parameters degradation of the operationalamplifiers integrated circuits under influence ofspace radiation

AbstractThe experimental studies results of the space radiation (SR)effects on bipolar integrated circuits operational amplifiers (OA)working in electric mode during irradiation are presented. Themost sensitive parameters OA to the SR effects are identified.Connection of the OA parameters change with degradation ofthe bipolar transistors current transmission coefficient wasdetermined.The key words:integrated circuits, operational amplifiers, ionizing radiation,spaceData of authors:FSUE «S&PE «Pulsar», Moscow, RussiaVinogradov Roman Nicolaevich, [email protected] Erih Nicolaevich, [email protected] Pavel Alekseevich, [email protected] Sergey Viktorovich, [email protected] Evgeny Matveevich, Ph.D.,[email protected] Dmitry Sergeevich, [email protected]

Garber G. Z.Experience of using Microsoft Excel for mathematicalmodeling of microwave transistors

Abstract There is described the experience of using the table of MicrosoftExcel, equipped with macros, as the user interface for thecomplicated programs of mathematical modeling of microwavetransistors, which are written in the Microsoft Visual C++programming language, for preparing source data of simulationprograms and for processing results of calculations executedby these programs. There are briefly considered the macros,i. e. the user programs in the Microsoft VBA programminglanguage, which expand a circle of problems being solved bymeans of Excel. The possibility of Excel usage as thepreprocessor of simulation programs is demonstrated on anexample of the GeSi bipolar transistor; as the postprocessor —on examples of the AlGaAs/GaAs and AlGaN/GaNheterostructure field-effect transistors.The key words:Excel, macro, mathematical modeling, program, userinterface, preprocessor, postprocessor, transistor, equivalentcircuitData of authors:FSUE «S&PE «Pulsar», Moscow, RussiaGarber Gennadiy Zelikovich, Prof., Sc.D., [email protected]


Глыбин А. А., Колковский Ю. В., Филатов А. Л.Температурная нестабильность фазы СВЧ сигнала вGaN СВЧ транзисторах

АннотацияИсследована зависимость выходной мощности и фазыкоэффициента усиления СВЧ транзисторов на GaAs и GaNот температуры. Показано, что для транзисторов типаAlGaN/GaN/SiC перегрев кристалла при длительностиимпульса 200 мкс составляет менее 150 оС. При этомамплитуда импульса уменьшается не более чем на 20%, афаза коэффициента усиления по напряжению изменяетсянезначительно, что обеспечивает уменьшение отношенияосновного и бокового лепестков свёртки фазово-модулированного сигнала менее чем на 0,5 дБ.Ключевые слова:зависимость от температуры выходной мощности и фазыGaAs и GaN транзисторов, основной и боковой лепесткисвёртки ФКМ-сигналовСведения об авторах:ФГУП «НПП «Пульсар», Москва, РоссияГлыбин Александр Анатольевич, к.т.н., [email protected]Колковский Юрий Владимирович, д.т.н., [email protected]Филатов Анатолий Леонидович, к.т.н., [email protected]

Евдокимова Н. Л., Ежов В. С., Минин В. Ф.Определение излучательной способности поверхностиполупроводниковых приборов методом отражения

АннотацияТочность ИК измерений температуры полупроводниковыхприборов и других объектов зависит от правильного выборазначения излучательной способности () поверхностиобъекта. Рассмотренные в литературе методы определения требуют обязательного нагрева объекта. В работерассмотрена возможность определения без нагрева самогообъекта. Метод основан на явлении отражения ИКизлучения от поверхности полупроводникового прибора.Получена формула расчёта . Проведено сравнениерезультатов измерения методом отражения и прямымметодом на ряде поверхностей полупроводниковыхприборов.Ключевые слова:температура полупроводниковых приборов,ИК измерения, излучательная способность, методотраженияСведения об авторах:ФГУП «НПП «Пульсар», Москва, РоссияЕвдокимова Наталья Львовна, к.т.н.,[email protected]Ежов Владимир Самуилович, к.т.н., [email protected]Минин Виктор Фёдорович

Glybin A. A., Kolkovsky Yu. V., Filatov A. L.Temperature-dependent parameters of microwave signal inGaN microwave transistors

AbstractThere are examines temperature influence on output power andgain factor phase of GaAs and GaN microwave transistors. Atsurface overheating less than 150°C and 200 µs pulse durationAlGaN/GaN/SiC transistors perform pulse amplitude reducedby no more than 20%. The demonstrated value of phaseinstability of microwave transmitter signal enables reducing theratio of main and side lobes of phase-modulated signalconvolution by less than 0.5 dB, which is close to inaccuracyof measurements.The key words:temperature influence on output power and phase of GaAsand GaN transistors, main and side lobes of the phase-modulated signal convolutionData of authors:FSUE «S&PE «Pulsar», Moscow, RussiaGlybin Aleksandr Anatolievich, Ph.D., [email protected] Yyry Vladimirovich, Sc.D., [email protected] Anatoly Leonidovich, Ph.D., [email protected]

Evdokimova N. L., Ejov V. S., Minin V. F.Determination of the semiconductor devices surfaceemissivity by a reflection method

AbstractThe infrared thermometry accuracy of semiconductor devicesor other objects depends on determining real-time emissivity() its surface. Usually methods of emissivity determinationused heating of objects. However, a number of objects cannotbe heated. In this paper method of definition without heatingof the object is considered. Method is based on measurementof reflection coefficient of a researched object. By offeredmethod is measured the surface emissivity of somesemiconductor devices. Comparison of the emissivitymeasurement results, received by different methods is presented. The keу words:temperature of semiconductor devices, IR measurements,emissivity, reflection methodData of authors:FSUE «S&PE «Pulsar», Moscow, RussiaEvdokimova Natalia Lvovna, Ph.D.,[email protected] Vladimir Samuilovich., Ph.D., [email protected] Viktor Fedorovich


Сергеев В. А., Ходаков А. М.Расчёт и анализ распределения тока и температурыв структуре мощного ВЧ биполярного транзистора сучётом механизмов тепловой обратной связи

АннотацияРассмотрено тепловое моделирование структуры мощногоВЧ биполярного транзистора с учётом действующихмеханизмов положительной обратной связи. Полученынеоднородные распределения плотности тока итемпературы по активной области структуры, а такжетемпературные распределения по контактным областямразличных слоёв конструкции мощного биполярноготранзистора для вариантов теплоотвода с конечнойтеплопроводностью и идеального теплоотвода.Проведённый в статье анализ расчётных результатовпоказал, что учёт неоднородного распределениятемпературы в термокомпенсирующей пластине иосновании корпуса приводит к увеличению максимальногоперегрева всех областей конструкции мощного биполярноготранзистора по сравнению с моделью идеальноготеплоотвода.Ключевые слова:тепловая модель, мощный биполярный транзистор,теплоотвод, температура, плотность тока, максимальныйперегревСведения об авторах:УФИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, г. Ульяновск, РоссияСергеев Вячеслав Андреевич, д.т.н., [email protected]Ходаков Александр Михайлович, к.ф.-м.н., [email protected]

Аврасин Э. Т., Вологдин Э. Н., Синкевич В. Ф.Расчётная оценка профиля распределениярадиационных дефектов в кремнии при его облучении-частицами радионуклидных источников

АннотацияРассчитан профиль распределения радиационных дефектовв кремнии, облучённом -частицами радионуклидныхисточников при произвольном соотношении междутолщиной слоя изотопа и пробегом -частиц в нём дляслучаев коллимированного и неколлимированногооблучения. Показано, что приведённые расчётныесоотношения дают возможность выбрать оптимальныеварианты расположения облучаемого объекта относительноисточника -излучения при разработке методик имитациивоздействия на полупроводниковые приборы нейтронногоизлучения с помощью радионуклидных источников -излучения.Ключевые слова:-облучение, радионуклидный источник, радиационныедефектыСведения об авторах:ФГУП «НПП «Пульсар», Москва, РоссияАврасин Эрик Тевельевич, к.т.н., [email protected]Вологдин Эрих Николаевич, [email protected]Синкевич Владимир Фёдорович, д.т.н., профессор,[email protected]

Avrasin E. T., Vologdin E. N., Sinkevich V. F.Calculated evaluation of the radiation defects profile insilicon at irradiation by a-particles of radioactive sources

AbstractThe radiation defects profile in silicon irradiated by -particlesof radioactive sources at free correlation between thickness ofisotope layer and -particle path for chance of collimated anduncollimated irradiation was calculated. It is shown that thegiven calculated rations enabled to choose the optimumalternatives disposition of irradiated target relative to source of-particles at method preparation of the influence simulationof neutron irradiation on semiconductor devices with assistanceof the -particles radioactive sources.The keу words:-irradiation, radioactive source, radiation defectsData of authors:FSUE «S&PE «Pulsar», Moscow, RussiaAvrasin Eric Tevelevich, Ph.D., [email protected] Erih Nicolaevich, [email protected] Vladimir Fedorovich, Prof., Sc.D., [email protected]

Sergeev V. A., Hodakov A. M.Calculation and analysis of the current and temperaturedistribution structure of the powerful HF bipolar transistortaking into account mechanisms of a thermal feedback

AbstractThermal modelling of the powerful HF bipolar transistorstructure taking into account operating mechanisms of a positivefeedback is considered. Non-uniform distributions of the currentand temperature density on active area of structure, and alsotemperature distributions on contact areas of various layers ofthe powerful bipolar transistor design for variants of a heat sinkwith final heat conductivity and an ideal heat sink are received.The calculated results analysis carried out in article show, thattaking into account of non-uniform distribution of temperaturein a thermocompensating plate and the case basis leaded toincrease in the maximum overheat of all areas of the powerfulbipolar transistor design in comparison with model of an idealheat sink.The keу words:thermal model, powerful bipolar transistor, heat sink,temperature, density of a current, the maximum overheatData of authors:UB IRE Kotelnikov RAS, Ulyanovsk, RussiaSergeev Vyacheslav Andreevich, Sc.D., [email protected] Alexandr Mihailovich, Ph.D., [email protected]


Глыбин А. А., Колковский Ю. В., Карацуба А. П.Оптимизация мощных СВЧ генераторов,стабилизированных диэлектрическимирезонаторами, по критерию максимумастабильности частоты и фазы

АннотацияРассмотрены факторы, определяющие стабильностьчастоты и фазы мощных СВЧ генераторов. Показано, чтоприменение GaN СВЧ транзистора в мощном СВЧгенераторе, стабилизированном диэлектрическимрезонатором, позволяет снизить уровень спектральнойплотности фазового шума (СПФШ) на 10 дБ. Разработаныметодики конструирования СВЧ твердотельныхпередатчиков сигналов с высокой стабильностью частотыи фазы, устойчивых к внешним и внутреннимклиматическим, механическим и электромагнитнымвоздействиям.Ключевые слова:мощные твердотельные СВЧ передатчики, стабильностьчастоты и фазы СВЧ сигналов передатчиковСведения об авторах:ФГУП «НПП «Пульсар», Москва, РоссияГлыбин Александр Анатольевич, к.т.н., [email protected]Колковский Юрий Владимирович, д.т.н., [email protected]Карацуба Анатолий Прокопьевич, д.т.н., профессор,[email protected]

Горбоконенко П. А., Зинис К. А., Певцов Е. Ф.,Чернокожин В. В.Программируемый генератор тестовыхпоследовательностей

АннотацияВ статье представлена разработка программируемогоустройства формирования тестовых последовательностей,предназначенного для генерации тестового цифровогосигнала. Одна из отличительных особенностей даннойработы заключается в том, что в ней аппаратно реализованпростейший алгоритм сжатия данных, который позволяетсущественно сократить ресурсы необходимой памяти ивыполнить всё устройство на основе недорогой микросхемыпрограммируемой логики. При этом для редактированиятестовой последовательности достаточно использоватьлюбой текстовый редактор и интуитивно понятныйпользователю интерфейс ввода данных.Ключевые слова:генератор тестовых последовательностей, сжатие данныхСведения об авторах:«Центр проектирования интегральных схем, устройствнаноэлектроники и микросистем», Москва, РоссияГорбоконенко Павел Алексеевич, [email protected]Зинис Константин Александрович, [email protected]Певцов Евгений Филиппович, к.т.н., [email protected]ФГУП «НПП «Пульсар», Москва, РоссияЧернокожин Владимир Викторович, к.т.н.,[email protected]

Gorbokonenko P. A., Zinis K. A., Pevtsov E. F.,Chernokozhin V. V.Programmable digital pattern generator

AbstractProgrammable test-pattern generator designed to synthesize testdigital signals is presented. One of the distinguishing featuresof this work lies in the fact that hardware implementation ofthe simplest data compression algorithm was presented. Thisalgorithm allows to reduce required memory usage significantlyand to develop device on basis of the inexpensive programmablelogic chip. The intuitively clear interface for user is alsoavailable and herewith any text editor is enough to edit testpatterns.The keу words:pattern generator, date compressData of authors:«Integrated Circuits, Nanoelectronics Devices andMicrosystems Design Center», Moscow, RussiaGorbokonenko Pavel Alekseevich, [email protected] Konstantin Aleksandrovich, [email protected] Evgeny Filippovich, Ph.D., [email protected] «S&PE «Pulsar», Moscow, RussiaChernokozhin Vladimir Victorovich, Ph.D.,[email protected]

Glybin A. A., Kolkovsky Yu. V., Karatsuba A. P.Optimization of power microwave oscillators stabilized bydielectric resonators, by criterion of the frequency andphase maximum stability

AbstractThis paper examines frequency and phase stability factors ofhigh-power microwave oscillators. The GaN microwavetransistor used in dielectric resonator stabilized high-powermicrowave oscillator appears to reduce power spectral density(PSD) of phase noise by 10 dB. Design techniques of themicrowave solid-state transmitters with high frequency andphase stability that were resistant to external and internal factors(e.g. environmental stresses, mechanical impact andelectromagnetic fields) at minimal weight and dimensionscharacteristics of the equipment were developed.The keу words:microwave transmitter with solid-state power devices,transmitter frequency and phase stabilityData of authors:FSUE «S&PE «Pulsar», Moscow, RussiaGlybin Aleksandr Anatolievich, Ph.D., [email protected] Yury Vladimirovich, Sc.D., [email protected] Anatoly Prokopevich, Prof., Sc.D., [email protected]


Анфимов И. М.Автоматизированная аппаратура для измерениясопротивления полупроводниковых слоёв иметаллических плёнок

АннотацияПриведено описание автоматизированной интегрированнойс ЭВМ установки для измерения удельногоэлектросопротивления (УЭС) полупроводниковыхматериалов и структур четырёхзондовым методом слинейным расположением зондов. Установка позволяетизмерять УЭС объёмных материалов в интервале 10-3-6*105

Ом·см. В установке в автоматическом режиме выбираетсявеличина тока в соответствии с требованиямиотечественных и международных стандартов, проводятсяизмерения при двух направлениях тока. Программаустановки позволяет проводить расчёт пластин и слитковбез ограничения толщины образца, поверхностногосопротивления структур и толщину металлических плёнокв микронном и нанометровом диапазоне.Автоматизированный манипулятор позволяет измерятькарты распределения параметров в 9, 25, 49 или в 121 точкахна поверхности пластин диаметром от 25 до 300 мм. Прирасчёте характеристик учитываются поправки на толщину,диаметр и положение зондовой головки на измеряемойпластине. Введены температурные поправки, позволяющиеполучать значение УЭС монокристаллического кремнияпри 23 °С для определения марки материала. На основекалибровочных измерений ГСО УЭСмонокристаллического кремния определены погрешностиизмерений, которые при использовании зондовой головкиС2080 (межзондовое расстояние 1,3 мм) лежат в интервале1-5 % в зависимости от диапазона измерений.Ключевые слова:удельное электроспротивление полупроводников,поверхностное электросопротивление, четырёхзондовыйметодСведения об авторах:Национальный исследовательский технологическийуниверситет «МИСиС», Москва, РоссияАнфимов Илья Михайлович, [email protected]

Глыбин А. А., Синкевич В. Ф., Курмачев В. А.Метод снижения вероятности электрического пробояGaN СВЧ транзисторов при работе в режимемаксимальной выходной мощности

АннотацияПоказано, что для снижения вероятности электрическогопробоя GaN СВЧ транзисторов необходимо, чтобымодулятор, формирующий напряжение на стоке СВЧтранзистора, выключался раньше окончания СВЧ импульса.Это позволяет обеспечить безотказную работу транзисторов3ПШ987В при повышенном напряжении стока 40 В врежиме максимальной выходной мощности.Ключевые слова:пробивные напряжения GaN HEMT, вллияние СВЧимпульсовСведения об авторах:ФГУП «НПП «Пульсар», Москва, РоссияГлыбин Александр Анатольевич, к.т.н., [email protected]Синкевич Владимир Федорович, д.т.н., профессор,[email protected]Курмачев Виктор Алексеевич, [email protected]

Anfimov I. M.Automatic equipment for measuring of the semiconductorlayers and metal films resistance

Abstract The description of automatic equipment for measuring theelectrical resistivity (r) of semiconductor materials andstructures by linear four-point-probe method is given. The rangeof resistivity values of an ingots and slices is 10-3-6*105 Ohm·cm.The measurement current is automatically selected in accordancewith requirements of national and international standards. Widerange of a wafer thicknesses and diameters is permitted formeasurements. Sheet resistance measurements of asemiconductor and metal layers in micro- and nanoscale- rangeare possible. The automatic systems are motorized and canautomatically step through 9, 25, 49 or 121 test points on wafersof size from 25 to 300 mm. Temperature, thickness, diameterand probe position coefficients are used for resistancecalculations in accordance with SEMI standards requirements.С2080 four point probe head (probe tip spacing 1,3 mm) wereused. Proper use of the reference samples and the calibrationprocedure insures the total system accuracy of 1-5 % fordifferent resistance intervals.The keу words:resistivity of semiconductors, sheet resistance, four-pointprobe measurementsData of authors:National University of Science and Technology «MISIS»,Moscow, RussiaAnfimov Iliya Mihailovich, [email protected]

Glybin A. A., Sinkevich V. F., Kurmachev V. A.The method of reducing the electrical breakdown in GaN SHFtransistors in mode of the maximum output power

AbstractThis paper considers electrical breakdown in GaN microwavetransistors. In order to reduce disruptive discharge probabilityit is necessary modulator supplied voltage on drain of microwavetransistor to be switched off before the end of a microwavepulse. For transistors 3ПШ987В no-failure operation isprovided at 40 V drain voltage.The key words: GaN HEMT breakdown voltage, the influence of microwavepulsesData of authors:FSUE «S&PE «Pulsar», Moscow, RussiaGlybin Aleksandr Anatolievich, Ph.D., [email protected] Vladimir Fedorovich, Prof., Sc.D., [email protected] Victor Aleseyvich, [email protected]


Васильев В. Ю.Применение методов химического осаждения тонкихслоёв из газовой фазы для микросхем стехнологическими нормами 0,35-0,18 мкм. Часть 5.Обобщённая методология анализа закономерностейпроцессов роста тонких слоёв

АннотацияРассмотрены схемы роста тонких слоёв из газовой фазы,развернутая классификация процессов осаждения икорреляция закономерностей осаждения и свойствкремнийсодержащих слоёв, применяемых приизготовлении интегральных микросхем с технологическиминормами 0,35-0,18 мкм. За основу взяты отечественный изарубежный личный практический опыт работы ипубликации автора в области химического осаждениятонких слоёв из газовой фазы в наиболее использованныхв микроэлектронной промышленности реакторах, а такжелитературные источники за последние 25 лет.Ключевые слова:кремнийсодержащие слои для ИМС с технологическиминормами 0,35-0,18 мкмСведения об авторах:ООО «СибИС», Новосибирск, РоссияВасильев Владислав Юрьевич, д.х.н., профессор,[email protected]

Vasiliev V. Y.Application of the thin layers chemical gas- phasedeposition methods for microchips with 0,35-0,18 mcmprocessing limits. Part5. Generalized methodology foranalyze of process regularity of the thin layers growth.

AbstractGrowth schemes of thin layers from gas phase and so extensive

classification of deposition processes, correlation of depositionregularity and properties of silicon layers using at productionof IC with 0, 35-0,18mcm processing limits were considered.Article was wrote on base of the home and foreign personalpractical knowledge and author’s publications on chemicaldeposition of thin layers from gas phase in reactors which hadbeen used in microelectronics technology mostly and, so, onliterature in the last 25 years.The key words:silicon layers for IC with 0,35-0,18 mcm processing limitsData of authors:OOO «Sib IS», Novosibirsk, RussiaVasiliev Vladislav Yrievich, Prof., Sc.D.,[email protected]



Напряжение сток-исток 1200 В Постоянный ток стока 10 А Импульсный ток стока 30 А Рассеиваемая мощность 180 Вт Полярность транзистора N-канальный

Наименование параметра, условное обозначение, единица

Значение параметра Режим измерения

Входное напряжение логического нуля ULO, В

-0.3 - +0.8 -

Входное напряжение логической единицыULH, В 2.0-15 -

Напряжение питания драйвера, UCC1, В 15 -

Напряжение питания ключа, UCC2, В 1200 При температуре 25 °C

Ток потребления IПОТ, мА 15 UCC1=15 В Постоянный ток стока IПОС, А 10 При температуре 65 °C

Сопротивление открытого ключа RОТК, Ом 1.2 t=25 °C, UCC1=15 В, IC=10 А

Импульсный ток стока IИ, А 30 При температуре 25 °C Рассеиваемая мощность P, Вт 180 При температуре 25 °C

Задержка включения t01, нс 80 t=25 °C, UCC1=15 В, UCC2=1200 В, IC=10 А

Задержка выключения t10, нс 290 t=25 °C, UCC1=15 В, UCC2=1200 В, IC=10 А

Фронт нарастания tНАР, нс 25 t=25 °C, UCC1=15 В, UCC2=1200 В, IC=10 А

Фронт спада tСПАД, нс 90 t=25 °C, UCC1=15 В, UCC2=1200 В, IC=10 А

Рабочий диапазон температур t, °C Минус 60 плюс 125 -

Модуль выполнен в компактном полностью изолированном металлокерамическом корпусе. Интегральный силовой модуль разработан и оптимизирован для электропитания ламп бегущей волны, вторичных источников питания специального и общего назначения и может быть использован для управления электродвигателями, в сварочных аппаратах и другой радиоэлектронной аппаратуре. Оптимальная скорость нарастания тока драйвера управления затвором транзистора обеспечивает высокую помехозащищенность модуля.

Условное

Номер вывода

Назначение функциональное

1 Напряжение питания драйвера

2 Входной сигнал

3 Общий

4 Напряжение питания ключа

АО "НПП "Пульсар" - О «Пульсаре» - D:вып. 2(229) -...

Documents

Transcript of АО "НПП "Пульсар" - О «Пульсаре» - D:вып. 2(229) -...