Методическое пособие 751

Рис. 1. Вольт-амперные характеристики гетероструктуры p-Cu2O/n-ZnO/n-SnO2 при различной освещенности

По виду некоторых вольт-амперные характеристик установлено, что гетероструктуры обладают выпрямительными свойствами, а некоторые вольтамперные характеристики близки к линейным, хотя слои CuO и ZnO, SnO2 характеризуются p- и n-типом проводимости. Такой эффект может быть обусловлен как формированием переходного слоя, так и нанометровыми размерами зерен контактирующих слоев. Влияние наноструктуры на электрический транспорт в полупроводниках исключительно сильно . Анализ вольт–амперных характеристик показал, что энергетический барьер для носителей, который возникает между узкозонным CuO с проводимостью p- типа и широкозонными ZnO и SnO2 с проводимостью n-типа, не может быть адекватно описан моделью Шоттки (эмиссия носителей над энергетическим барьером контакта, понижающимся при приложении внешнего электрического поля.) Это, скорее всего, обусловлено высокой концентрацией поверхностных состояний.

При исследовании вольт-амперных характеристик структуры в фотогальваническом режиме используется тоже самое оборудование, что и при исследовании ВАХ, добавляется только магазин сопротивлений Р33.

На рис. 2 представлены ВАХ гетероструктур p-Cu2O/n-ZnO/n-SnO2 в фотогальваническом режиме при различной освещенности. Исследуемая гетероструктура обладает током короткого замыкания 0,32 – 1,13 мкА и напряжением холостого хода 18,8 – 33,2 мВ при освещенности в интервале 4000 – 20000 лк.

70

Рис. 2. Вольт-амперные характеристики гетероструктуры p-Cu2O/n-ZnO/n-SnO2 в фотогальваническом режиме при различной освещенности

На рис. 3 представлены световые характеристики гетероструктур p-Cu2O/n-ZnO/n-SnO2.

Рис. 3. Световые характеристики гетероструктур p-Cu2O/n-ZnO/n-SnO2:

а– зависимость тока короткого замыкания от освещенности;

б– зависимость напряжения холостого хода от освещенности

При исследовании световых характеристик гетероструктур установлено, что с ростом освещенности до 20000 лк величина тока короткого замыкания и напряжения холостого хода увеличивается. Напряжения холостого хода, и ток

71

короткого замыкания возрастают пропорционально световому потоку в области слабых световых потоков. При возрастании светового потока пропорциональность нарушается, что обусловлено уменьшением заряда фотоэлектронов в n- области и фотодырок в p-области. Известно, что напряжения холостого хода не может расти до сколь угодно больших значений. При любом освещении напряжение холостого хода не может превысить значение контактной разности потенциалов и ширину запрещенной зоны полупроводника.

Измерения вольт-фарадных характеристик проводились с использованием лабораторного измерителя ВФХ, в котором есть источник регулируемого постоянного напряжения смещения и измерительный высокочастотный (500 кГц) сигнал обеих полярностей. Измерение ВФХ проводился в интервале от –14 до 14 В с шагом 1 В. Вольт-фарадные характеристики измерялись на установке, которая может имитировать солнечный свет. В качестве источника излучения использовалась вольфрамовая лампа накаливания мощностью 150 Вт. Измерение освещенности проводилось с помощью цифрового измерителя ос-

вещенности MASTECH LUXMETER MS6610.

На рис. 4 приведены вольт-фарадные характеристики гетероструктур при различной освещенности.

Рис. 4. Вольт-фарадные характеристики гетероструктур при различной освещенности

С увеличением освещенности емкость гетероструктуры увеличивается как при отрицательных напряжениях, так и при положительных напряжениях.

72

Вид характеристик напоминает вид зависимости дифференциальной емкости области пространственного заряда (ОПЗ) полупроводника в МДП-структуре. Для областей обогащения (отрицательное напряжение), обеднения (положительное напряжение до величины порядка 5 В) и инверсии (положительное напряжение выше 5 В) имеет место увеличение емкости. В то же время емкость в области обеднения минимальна и может быть уподоблена геометрической емкости плоского конденсатора, заполненного диэлектриком толщиной, равной ширине ОПЗ.

При освещенности 20000 лк определены основные параметры гетероструктуры, как солнечного элемента, а именно:

– максимальная отдаваемая в нагрузку электрическая мощность Pmax = 13,32 нВт;

–КПД фотоэлемента = 2,218∙10-6 %;

–эдс холостого хода (разомкнутой цепи) Uxx = 33,2 мВ;

–ток короткого замыкания (максимальный фототок) Iкз = 1,13 мкА;

–оптимальное сопротивление нагрузки, при достижении которого нагрузка начинает демонстрировать максимальную мощность Rн = 4 кОм;

–коэффициент формы = 0,36.

Таким образом, гетероструктуры p-Cu2O / n-ZnO / n-SnO2 можно использовать в солнечной энергетике и оптоэлектронике в качестве фотоприемников. Использование данных гетероструктур в качестве конкурентоспособных солнечных элементов будет возможно после улучшения качества границ разделов гетероструктуры и повышения эффективности преобразования солнечной энергии.

Литература

1.Ермолаева Н. В. Фотопреобразователи солнечной энергии: учеб. пособие / Н. В. Ермолаева, А. Ю. Смолин, Н. В. Литвин. – М. : НИЯУ МИФИ, 2013.

–228 с.

2.Шелованова Г. Н. Эффективное фотопреобразование в гетероструктуре на основе оксида меди (I) и оксида кадмия-олова / Г. Н. Шелованова, Т. Н. Патрушева // Физика твердого тела. – 2017. – Т. 59. – Вып. 2. – С. 240-244.

3.Использование пиролитических металлооксидных пленок для изготовления фотоэлектрических преобразователей энергии / В. Е. Полковников [и др.] // Вестник Воронежского государственного технического университета. – 2019.

–Т. 15. – № 5. – С. 72-77.

Воронежский государственный технический университет

73

УДК 53.084.8

Т.Г. Меньшикова, В.Г. Кривец

МОДЕРНИЗАЦИЯ КОНТАКТИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ СТОК-ИСТОК ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА

Работа посвящена исследованию конструктивных особенностей контактирующего устройства к тестеру 14ТКС100-001, основанного на применении четырехзондового метода измерения сопротивления сток-исток для выходного электрического контроля полевых транзисторов. При использовании типовой конструкции в конечные значения измеряемого параметра вносится погрешность за счёт паразитного сопротивления выводов готового изделия. Для ее минимизации контактирующему устройству необходима модернизация.

Выходной контроль полупроводниковых изделий – обязательный завершающий этап технологического процесса на производстве. В него входит контроль электрических параметров, позволяющий выявлять продукцию, не соответствующую параметрам [1]. В большинстве случаев она признается таковой при превышении допустимого значения сопротивления сток-исток полевого транзистора, ощутимо завышенного из-за конструктивных особенностей контактирующего устройства, используемого при проведении электрического контроля. Изменение расположения контактных игл контактирующего устройства позволяет минимизировать влияние паразитного сопротивления выводов готового полупроводникового изделия на результат.

Целью работы является повышение точности измерения сопротивления сток-исток полевого транзистора путем модернизации конструкции контактирующего устройства.

Контактирующее устройство (КУ) служит для создания временных электрических соединений тестера с выводами готового изделия для проверки соответствия электрических параметров заложенным производителем [2].

В данной работе в качестве типового контактирующего устройства используется контактирующее устройство к тестеру 14ТКС100-001 для корпуса SOIC-8. Типовое контактирующее устройство (рис. 1) отвечает всем действующим требованиям [3] и включает в себя:

–основание в виде диэлектрической панели;

–крышку с прижимными резинками, фиксирующими корпус микросхемы

вгнезде;

–шарнирные крепления крышки к основанию контактирующего устройства для прижима микросхемы в гнездо;

74

–8 игл (контактов), которые осуществляют подачу тока на контакты изделия и регистрацию величины падения напряжения;

–схемы подключения игл к источнику питания, находящейся внутри основания контактирующего устройства;

–разъем для подключения контактирующего устройства к тестеру.

Рис. 1. Схематичное изображение типового контактирующего устройства со вставленным в него изделием и без

Втиповом контактирующем устройстве присутствует ряд несовершенств: величина напряжения фиксируется с концов выводов готового изделия, что добавляет к величине измеряемого сопротивления сток-исток полевого транзистора паразитное сопротивление выводов. Также прижимной механизм крышки допускает возможность ошибки оператора, заключающейся в непостоянстве силы нажима на крышку.

Вмодернизированном контактирующем устройстве (рис. 2) контактные иглы передвинуты максимально близко к корпусу измеряемой микросхемы с целью минимизации влияния сопротивления выводов изделия на получаемый результат. Для исключения влияния силы нажима оператора на корпус и крышку контактирующего устройства добавлены защелки.

Рис. 2. Схематичное изображение модернизированного контактирующего устройства со вставленным в него изделием и без

75

В данной работе контрольные измерения с использованием двух конструкций контактирующего устройства проведены на выборке из семи транзисторных сборок в корпусе SOIC-8, содержащих p-канальные и n-канальные полевые транзисторы каждая. Заложенные производителем параметры данной микросхемы приведены в таблице.

Основные параметры измеряемых микросхем

Измерение сопротивления сток-исток исследуемой выборки проводилось при производственной температуре 25 °С при двух напряжениях затвор-исток: нормальном в 10 В и пониженном в 4,5 В.

В открытом состоянии транзистора нормальное напряжение затвор-исток UЗИ при измерениях численно равно 10 В, ток стока IС равен 10 А. При пониженном напряжении затвор-исток UЗИ будет численно равно 4,5 В, а ток стока IС равен 7 А.

При измерениях электрических параметров партии транзисторных сборок продукция, не соответствующая заданным параметрам, наиболее часто выявляется именно по несоответствию значения сопротивления сток-исток RСИ при нормальном и пониженном напряжении затвор-исток UЗИ. Причем заданный критерий отбраковки таков:

–при напряжении в 10 В значение RСИ не должно превышать отметки в 192 мВ, что в пересчете на Омы будет равно 0,0192 Ом;

–при напряжении в 4,5 В значение RСИ не должно превышать отметки в 269 мВ, что в пересчете на Омы будет равно 0,0296 Ом.

Результаты проведенного выходного электрического контроля выборки по значению сопротивления сток-исток полевого транзистора приведены на рис. 3 и рис. 4.

76

Рис. 3. Значение сопротивления сток-исток полевых транзисторов выборки при нормальном напряжении в 10 В

Рис. 4. Значение сопротивления сток-исток полевых транзисторов выборки при пониженном напряжении в 4,5 В

При измерениях с использованием типового конструкции контактирующего устройства при нормальном напряжении в 10 В все транзисторы партии признаны не соответствующими параметрам: среднее значение полученных

77

данных составило 20,24 мОм при допустимой отметке в 19,20 мОм для годных изделий. При использовании модернизированной конструкции все транзисторы выборки соответствуют параметрам: среднее значение сопротивления стокисток полевых транзисторов составило 16,23 мОм. Среднее значение разницы, полученной при измерениях на двух конструкциях контактирующих устройств составила 4,01 мОм.

Входе проведения измерений при пониженном напряжении в 4,5 В с использованием типовой конструкции контактирующего устройства все транзисторы выборки признаны соответствующими параметрам: среднее значение сопротивления сток-исток полевых транзисторов составило 25,70 мОм, что не превышает допустимого значения в 26,90 мОм. При использовании модернизированной конструкции контактирующего устройства среднее значение измеряемого параметра составило 23,41 мОм. Среднее значение разницы, полученной при измерении на двух конструкциях контактирующих устройств составила 2,28 мОм.

Врезультате сравнения измерений сопротивления сток-исток полевых транзисторов исследуемой выборки, полученных с использованием двух конструкций контактирующего устройства погрешность, вносимая сопротивлением выводов готового изделия, в среднем составила 20 % от конечного результата в случае проведения измерений при нормальном напряжения в 10 В и 9 % в случае проведения измерений при пониженном напряжении в 4,5 В.

Использование модернизированной конструкции контактирующего устройства позволяет повысить точность измерения сопротивления сток-исток полевого транзистора и исключить случаи ложного признания годной продукции не соответствующей параметрам.

Литература

1.Integrated circuit testing for quality assurance in manufacturing: history, current status, and future trends / A. Grochowski [et al.] // IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Analog and Digital Signal Pro-cessing. – 1997. – V. 44. №

8.– P. 610-633.

2.Пат. 1825155 СССР, МПК G01R 31/26 Способ отбраковки биполярных транзисторов / Н. Г. Чернобровин. – № 4891176/21; заявл. 11.12.90; опубл.

27.08.02.Бюл. № 3. – 2 с.: ил.

3.ГОСТ 30350-96. Микросхемы интегральные аналоговые. Общие требования к измерительной аппаратуре и условиям измерения электрических параметров. – М.: ИПК Изд-во стандартов, 1997. – 23 с.

Воронежский государственный технический университет

78

УДК 53.087.42

Т.Г. Меньшикова, Д.В. Чуков

ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБНОСТИ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА ПРОТИВОСТОЯТЬ ЛАВИННОМУ ПРОБОЮ

Работа посвящена исследованию стойкости полевых транзисторов, а именно их способности противостоять лавинному пробою в схемах с индуктивной нагрузкой.

Полевой транзистор это один из основных элементов всех интегральных схем. На данный момент невозможно представить сложную электрическую схему, в которой не использовался бы полевой транзистор. Часто они могут использоваться в схемах с большой индуктивностью нагрузки, например, для управление электродвигателями, где обмотки двигателя имеют большую индуктивность. В таких электрических цепях есть риск выхода из строя полевого транзистора из-за возможного лавинного пробоя.

Целью работы является исследование способности полевого транзистора поглощать энергию лавинного пробоя.

Объектом исследования являлась партия полевых транзисторов в количестве 10 штук. Были проведены три серии экспериментов для выявления граничных условий, при которых сохраняется работоспособность приборов при различных значениях токов и напряжений, а также при разной индуктивности нагрузки.

Первая серия экспериментов проводились на стенде для испытания транзистора на лавинный пробой при одиночном импульсе. Принципиальная электрическая схема установки представлена на рис. 1. Для простой схемы испытаний можно с рассчитать длительность лавинного пробоя, зная напряжение пробоя транзистора, индуктивность и ток в цепи.

Рис. 1. Принципиальная электрическая схема стенда для испытания транзистора на способность выдержать лавинный пробой

79