Электропараметрические методы нк и диагностики радиоэлементов.(Оценка по уровню собственных шумов.)
Собственные шумы полупроводниковых приборов, а также резисторов, разьёмов, контактов реле и других элементов РЭА несут существенную информацию об их надёжности. Шумы можно рассматривать как флуктуации проводимости, возникающие при пропускании через испытуемый элемент постоянного, синусоидального или импульсного тока. В общем спектре шумов наиболее важную информацию о качестве элементов несут две составляющие: - низкочастотный контактный шум, спектральная плотность мощности которого обратно пропорциональна частоте; - высокочастотный лавинный шум.
Контактный шум (или, как его ещё называют - фликкер-шум) вызывается структурной неоднородностью областей, по которым протекает ток, нестабильностью и зернистостью структуры этих областей. При протекании тока по таким областям происходит локальная перестройка отдельных участков структуры, некомпенсируемые скачкообразные повышения проводимости в одних и понижение проводимости в других зонах объёма. Это вызывает флуктуации общей проводимости.
У кремниевых планарных транзисторов и ИМС фликкер-шум вызывается в основном дефектами контактов металл-полупроводник, трещинами, посторонними включениями и другими аномалиями объёма кристалла. Дефекты в контактах и объёме кристалла нередко приводят к катострофическим отказам в эксплуатации особенно при колебаниях температуры и механических нагрузках.
Рис. 11.2. Схема измерения интегрального коэффициента шума: 1 - генератор шума; 2 - испытуемый прибор; 3 - усилитель; 4 - измеритель мощности шума
Лавинный шум обычно бывает связан с тем, что при крупнозернистой поликристаллической структуре в области протекания тока или нестабильном контакте создаются локальные повышения градиентов напряжения и возникают микроплазменные области, в которых происходит электрический разряд. Случайные изменения расстояний между зёрнами, приводящие к «включению» и «выключению» этих областей на пути протекания тока, вызывают изменения интенсивности лавинного шума. Эти изменения могут быть обусловлены периодическим изменением контактного давления, мгновенными перегревами и другими нестационарными тепловыми процессами в микрообъёмах, изменениями концентрации носителей тока в емкостных и резистивных неоднородностях структуры. Для p-n-переходов повышение уровня лавинного шума наблюдается обычно при работе в предпробойном режиме. Лавинный шум проявляется в виде всплесков спектральной плотности мощности на относительно высоких частотах. Общей особенностью измерения шумов, как низкочастотных, так и высокочастотных, является широкий диапазон частот, в котором приходится проводить измерения. Этот диапазон начинается практически от постоянного тока и продолжается до частот порядка тысяч мегагерц. Методы измерения и их приборные реализации на разных диапазонах частот весьма различны.
Шумы в полупроводниковых приборах и более сложных устройствах часто характеризуют интегральным коэффициентом шума. Схема включения приборов для измерения интегрального коэффициента шума приведена на рис.11.2. Усилитель применяется потому, что обычно исследуемые объекты имеют небольшие коэффициенты усиления и сигнал с их выхода мал для нормального функционирования измерителя. Этот усилитель должен иметь весьма малые собственные шумы и широкую полосу пропускания частот. Измерения производятся в следующем порядке. Первое измерение производится на выходе генератора шума P1, второе - при выключенном генераторе на выходе испытуемого прибора P2, а третье - при подключенном к испытуемому прибору генераторе шума P3 . При этом, интегральный коэффициент шума определяется по формуле: Kш = P3 /(P2+P1) .
Генератор шума может быть заменён на любой другой источник входного сигнала (генератор синусоидального напряжения, источник питания и т.д.) с известным уровнем шумов. Оценку качества полупроводниковых приборов и особенно диодов удобно также осуществлять по величине коэффициента шума Кш, равного отношению действующего значения напряжения шума на испытуемом образце к действующему значению напряжения шума на образцовом безынерционном сопротивлении.
55. Электропараметр методы НК и диагностики радиоэлементов Оценка по ВАХ.
По отклонению судят о надёжности радиоэлемента и прогнозировать её. Нормально сконструированный и изготовленный диод не должен иметь заметных отличий ВАХ от идеальной. Причина: дефект поверхности p-n перехода и газовой среды, окружающей переход, нестабильность или деградация внешних омических контактов, дефекты конструкции или технологии изготовления. Для обеспечения надёжности РЭА наиболее важны отличия, обнаруживаемые до того, как диоды будут установлены в аппаратуру
1
2
3
1Неоднородности и посторонние включения в слое p-n-перехода
2Загрязнения поверхности и появление влаги в зоне p-n-перехода
3Появление интерметаллической плёнки в омическом контакте на кристалле
4
4
Повышение концентрации примеси при
диффузии (эпитаксии) или перегрев
кристалла на последующих операциях
(сборке)