Учебное пособие 688

УДК 53.072

Т.Г. Меньшикова, И.А. Богданов

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СБОРОЧНЫХ ОПЕРАЦИЙ НА ПАРАМЕТРЫ ДИОДОВ ШОТТКИ

Диоды Шоттки – это тип полупроводниковых диодов, имеющий важное преимущество: их прямое падение напряжения существенно меньше, чем у обычных кремниевых диодов с p-n- переходом.

Диоды Шоттки имеют множество полезных применений – от выпрямления, формирования сигналов и коммутации до логических вентилей TTL и CMOS, в основном из-за их низкой мощности и высокой скорости переключения. Логические вентили TTL Шоттки идентифицируются буквами LS, появляющимися в их коде схемы логического элемента.

Диоды с p-n-переходом формируются путем соединения полупроводникового материала p-типа и n-типа, что позволяет использовать их в качестве выпрямительного устройства, и известно, что при прямом смещении область обеднения значительно уменьшается, позволяя току течь через нее в прямом направлении, а при обратном смещении область истощения увеличивается, блокируя прохождение тока.

Смещение p-n-перехода с использованием внешнего напряжения для прямого или обратного смещения уменьшает или увеличивает соответственное сопротивление барьера перехода.

20

УДК 538.975

Т.В. Свистова, С.И. Дуплякина

ИССЛЕДОВАНИЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГЕТЕРОСТРУКТУР НА ОСНОВЕ ОКСИДА МЕДИ

С недавнего времени энергетика столкнулась с ситуацией истощения запасов мировой сырьевой базы (минерального и органического топлива). В связи с этим энергетика начинает обращать внимание на альтернативные (возобновляемые) источники энергии. Когда говорят об энергетике, в особенности, базирующейся на возобновляемых источниках (альтернативной энергетике), то первое что упоминают – это солнечную энергетику.

Солнечная энергетика является не только неиссякаемым, но и безальтернативным выбором для человечества, так как использование твердого и жидкого топлива, либо природного газа негативно сказывается на экологии. К наиболее успешным направлениям развития солнечной энергетики относится использование гетероструктур. Основные преимущества солнечных элементов на основе металлооксидных пленок: возможность использования распространенных материалов, не требующих высокого уровня чистоты, недорогое оборудование, простота изготовления структуры, эксплуатация солнечных элементов в широком диапазоне температур, низкая токсичность производства.

Цель работы - исследование фотоэлектрических свойств гетероструктур на основе оксида меди, как перспективных структур для создания солнечных элементов.

Исследуемые гетероструктуры были синтезированы на стеклянных подложках. Первый слой n-SnO2 наносился на разогретую подложку методом спрей-пиролиза. Второй слой n-ZnO был так же создан методом спрей-пиролиза. Третий слой Cu2O наносился методом электролитического осаждения. Режимы электролитического осаждения: плотность тока 2 и 4 мА/см2, время нанесения 5, 10 и 20 мин.

Проведены измерения электрофизических характеристик гетероструктур, таких как: вольт-амперная характеристика, люксамперная характеристика и вольт-фарадная характеристика.

21

УДК 539.67

Р.В. Калошин

БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ФОТОПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕЗОНАТОР

В2006 году сотрудниками кафедры ППЭНЭ был впервые обнаружен эффект фотопьезоэлектрического индуцирования механических колебаний в пластинах арсенида галлия с помощью световых импульсов. Впоследствии на основе этого эффекта были разработаны варианты практической реализации фотопьезоэлектрических резонаторов, которые можно использовать в качестве приемников оптических сигналов инфракрасного и видимого диапазонов волн.

Принцип действия фотопьезоэлектрического приемника такого типа заключается в преобразовании энергии световых импульсов в пульсирующую фото-ЭДС, которая приводит к возбуждению посредством обратного пьезоэффекта в арсениде галлия резонансных акустических колебаний. Эти колебания создают периодическую деформацию, вызывающую уже посредством прямого пьезоэффекта импульсы ЭДС на внешних обкладках пластины полупроводника.

Таким образом, принцип действия фотопьезоэлектрического резонатора состоит в преобразовании оптической энергии в акустическую с последующим преобразованием в электрический сигнал. Так как возбуждаемая акустическая волна является резонансной, такого типа резонатор обладает свойствами выделять оптический сигнал в узком диапазоне частот, то есть обладает свойствами частотной селекции.

Взадачу проводимых исследований в настоящей работе входила разработка быстродействующего фотопьезоэлектрического резонатора на основе барьерных слоев металлполупроводник.

22

УДК 538.975

Т.В. Свистова, И.С. Кравченко

ИССЛЕДОВАНИЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГЕТЕРОСТРУКТУР МЕТАЛООКСИД-КРЕМНИЙ

Сегодня в мире как никогда остро стоит вопрос о будущем нашей планеты в энергетическом плане. Становится сложно развиваться в привычном направлении, используя традиционные исчерпаемые природные ресурсы, которые, к тому же, наносят вред экологии, например: уголь, нефть и даже опасный радиоактивный уран. Превратив эти источники в удобную форму для применения, мы можем покрыть все нужды человечества. Существует множество энергетических резервов и столько же способов их преобразования, но ценнейшим из них, несомненно, является солнце.

Солнечная энергетика – перспективнейший, естественный, неисчерпаемый и экологически чистый источник, способный удовлетворить все энергетические запросы человечества. Конечно, как и у каждого энергетического резерва, у солнечной энергетики тоже есть проблема, которая заключается в низком показателе преобразования падающего света в электроэнергию; другими словами – малый коэффициент полезного действия (КПД). Одним из путей повышения КПД солнечных элементов является внедрение и использование гетероструктур.

Целью настоящей работы является исследование фотоэлектрических свойств гетеростурктур металлооксид-кремний, как перспективнейших структур для реализации солнечных элементов.

В роли объектов исследования выбраны гетероструктуры n- МеОх / p-Si на основе пленок ZnO:Al с содержанием алюминия от 1 до 6 % ат., синтезированные методом ионно-лучевого распыления составных керамических мишеней. В качестве полупроводниковых подложек гетероструктур были задействованы пластины монокристаллического кремния КДБ - 10 (111).

Исследованы электрофизические характеристики гетероструктур, а именно: вольт-амперная, люкс-амперная и вольт-фарадная характеристики. Определены основные параметры гетероструктуры, как солнечного элемента.

23

УДК 53.084.8

Т.Г. Меньшикова, В.Г. Кривец

ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЧЕТЫРЁХКОНТАКТНОГО МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ СТОК-ИСТОК ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА

Выходной контроль изделий – немаловажный этап, обеспечивающий уверенность производителя в своей продукции. В него входит контроль электрических параметров четырехконтактным методом при помощи тестера и контактирующего устройства. Большой процент несоответствующей продукции выявляется из-за превышения допустимого значения сопротивления сток-исток полевого транзистора на данном этапе контроля. Изменение расположения контактов на контактирующем устройстве относительно выводов изделия может уменьшить сопротивление сток-исток полевого транзистора за счёт исключения паразитного сопротивления выводов измеряемой структуры.

Цель работы – повышение точности измерения сопротивления сток-исток полевого транзистора путём модернизации контактирующего устройства для увеличения процента выхода годной продукции. Контрольные измерения приборов с использованием двух конструкций контактирующих устройств проведены на выборке из 7 транзисторных сборок в корпусе SOIC-8, содержащих n- канальный и p-канальный транзисторы каждая. Сопротивление стокисток измерено при производственной температуре 25 °С при двух напряжениях затвор-исток: 4,5 и 10 В. Среднее значение сопротивления сток-исток при 10 В при неоднократных проверках на типовом контактирующем устройстве составило 20,24 мОм, что значительно превышает максимально допустимое значение в 19,2 мОм.

В результате изменения конструкции контактного устройства снизилась погрешность измерений, вносимая сопротивлением выводов измеряемой микросхемы. Среднее значение сопротивления сток-исток полевого транзистора при напряжении в 10 В составило 16,23 мОм. Данное значение не превышает допустимое значение в 19,2 мОм, из-за чего продукция признается годной. Правильность полученных данных подтверждается успешной эксплуатацией.

24

УДК 538.975

Д.А. Леонов, Т.Г. Меньшикова

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ РЕЖИМОВ НАПЫЛЕНИЯ ОБРАТНОЙ СТОРОНЫ НА ЭЛЕКТРОПАРАМЕТРЫ ДИОДОВ ШОТТКИ

Формирование метализации на обратной стороне кремниевых пластин является одной из конечных операций кристального производства, обеспечивающей надежный омический и механический контакт при последующей сборке кристалла в корпус. На обратную сторону пластин наносят металлизацию диода Шоттки; обычно для этого используют многокомпонентные системы по типу Al, Ti, Ni, Ag, Cr, Ni, Ag, которые легко паяются, но недостатком данных способов является увеличение прямого напряжения на открытом диоде Шоттки.

Целью работы является оценка влияния режимов напыления обратной стороны на электропараметры диодов Шоттки в рамках которой решаются задачи, позволяющие снизить прямое напряжение (Vf).

Объектом исследования являются пластины со сформированными диодами Шоттки с толщиной металлизации на обратной стороне пластины: dAl = 100 Å, dTi = 0,1 мкм, dNi = 0,3 мкм, dAg = 1 мкм.

На установках Balzers LLS – 1,2 и Оратория – 29 П проводится магнетронное напыление металлов Al, Ti, Ni, Ag на контрольные пластины изделий типа ДШ. Установлено, что использование слоя Al приводит к увеличению Vf на 25 мВ, в то же время при использовании Ti, Ni, Ag уровень Vf находится на таком же уровне, как и на пластинах, напыленных на установке Оратория – 29 П. Исходя из этого, определен для установки LLS – 1 такой режим напыления, при котором прирост Vf минимален, и его уровень расположен в диапазоне 815 – 830 мВ, при норме ≤ 830 мВ.

25

УДК 538.975

В.И. Митрохин, М.В. Осипенко

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ В ШИРОКОЗОННЫХ ПОЛУПРОВОДНИКАХ А3В5

На сегодняшний день все большее количество ученых различных областей физики, химии, биологии и др. применяют для исследования своих объектов методы релаксационной спектроскопии, которые традиционно используется для изучения потерь в диэлектриках. При этом мало уделялось внимания исследованию диэлектрических свойств полуизолирующих (компенсированных) полупроводников. А ведь именно в высокоомных пьезополупроводниках наиболее интенсивно проявляется диэлектрические свойства. Изучение диэлектрических свойств полупроводников весьма перспективно с точки зрения получения информации о структурных, электрофизических и оптических свойствах полупроводников с глубоким центром (ГЦ). Таким образом цель данной работы – исследование диэлектрической релаксации в килогерцевом диапазоне частот. Объектом исследования являются полупроводниковые кристаллы соединений типа А3В5.

Впроцессе работы проведены экспериментальные исследования температурной зависимости тангенса диэлектрических потерь.

Врезультате исследования были обнаружены пики на температурной зависимости диэлектрических потерь. Все обнаруженные пики характеризовались одинаковой зависимостью высоты пиков от кристаллографической ориентации образца, что свидетельствовало о связи обнаруженных пиков ВТ с пьезоэлектрическим полем, возникающим в объеме образца при изгибной деформации.

Также установлено, что высота пиков уменьшается при возрастании равновесной концентрации свободных носителей заряда и оптическом облучении, вызывающем внутренний фотоэффект. В результате была показана перспективность использования метода

диэлектрической релаксации для исследования глубоких центров в полуизолирующих монокристаллах полупроводников А3В5.

26

УДК 621.382

А.В. Руднев

ОПТОАКУСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛАСТИН ФОСФИДА ИНДИЯ

Развитие фоточувствительных устройств на поверхностных акустических волнах (ПАВ) является примером рождения новой области электроники. Такие устройства обладают широкими возможностями для применения в области обработки оптических сигналов, так как позволяют осуществлять селективную обработку сигнала непосредственно в фотоприемнике. Целью данной работы является исследование эффекта импульсного оптического возбуждения упругих колебаний в высокоомных монокристаллах фосфида индия, легированного примесью железа.

Исследования проводились с помощью установки для измерения внутреннего трения в полупроводниках. Измерялось как внутреннее трение при возбуждения изгибных колебаний образца от генератора, так и возбуждение резонансных изгибных колебаний с помощью световых импульсов от пары инфракрасных светодиодов.

В экспериментах использовались монокристаллические пластины полуизолирующего InP, выращенного методом Чохральского с жидкостной герметизацией расплава.

Прямоугольные монокристаллические пластины полуизолирующего фосфида индия, легированного железом, облучались импульсным светом с длиной волны излучения 860 нм. С помощью емкостного датчика были зарегистрированы индуцируемые световыми импульсами изгибные колебания образца на частоте 9,4 кГц.

В пластине полуизолирующего фосфида индия, легированного железом, удалось с помощью световых импульсов, вызывающих внутренний фотоэффект, возбудить изгибные резонансные колебания.

27

УДК 53.087.42

Т.Г. Меньшикова, Д.В. Чуков

ИССЛЕДОВАНИЕ СТОЙКОСТИ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА И ЕГО СПОСОБНОСТИ ПОГЛОЩАТЬ

ЭНЕРГИЮ ПРИ ЛАВИННОМ ПРОБОЕ

Выход из строя полевого транзистора по причине лавинного пробоя в схеме с индуктивностью – одна из возможных причин поломки любой электрической схемы, которая содержит эти элементы. Поэтому при производстве полевых транзисторов один из этапов контроля качества готового изделия – это проверка его на способность противостоять лавинному пробою.

Целью данной работы является сбор статических данных для исследования влияния тока стока и индуктивности нагрузки на значение энергии лавинного пробоя, а также расчёт максимальной энергии лавинного пробоя для исследуемого МОП-транзистора.

Объектом исследования является полевой n-канальный транзистор 2П767Е.

На измерительном стенде первой серией экспериментов находили, какой вклад в лавинный пробой вносят ток стока и индуктивность нагрузки, проверяли теоретические предположения. Для этого производили замеры с постоянным током стока в 16 А, но разными катушками индуктивностями: 0,44 МГн; 2,0 МГн; 2,7 МГн; 3,2 МГн; 4,5 МГн; 6,1 МГн; 7 МГн; 9,1 МГн; 14 МГн и 30 МГн. Затем на одной катушке в 2,7 МГн меняли ток стока. Был сделан вывод, что индуктивность нагрузки вносит меньший вклад в лавинный пробой, чем ток исток\стока, что соответствует теоретическим формулам.

Далее был произведен подбор параметров для достижения лавинного пробоя транзистора. Для этого использовались катушки индуктивности 0,44 МГн и 2,7 МГн. Были зафиксированы максимальные значения тока, которые предшествовали пробою. На основе этих данных была вычислена средняя максимальная энергия лавинного пробоя для транзистора 2П767Е.

28

УДК 621.3.08

А.В. Строгонов, Д.С. Пермяков, М.А. Белых

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА СТАРЕНИЯ НА СХЕМОТЕХНИЧЕСКОМ УРОВНЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ БИС

В работе проводился учет влияния горячих электронов (HCI) на деградацию КМОП схем с использованием моделей надежности AgeMos Cadence при схемотехническом проектировании c применением SPICE-симулятора Spectre в среде аналогового моделирования Virtuoso Analog Design Environment (ADE). Горячие носители приводят к возникновению проблем, связанных со стабильностью МОПТ при их длительной работе. Эти проблемы являются результатом инжекции электронов в подзатворный оксид.

Для подключения расчета деградации в Spice-модели MOS (LEVEL 3) задавались параметры деградации и электрического стресса. По результатам моделирования кольцевого генератора из 11 звеньев по КМОП-технологии с учетом воздействия HCI в течение 4 лет была сформирована таблица с результатами деградации пара-

метров ICИ , Vt , Vo и gm для каждого МОПТ. Деградация Vt задается в абсолютных значениях. Деградация параметров ICИ , Vo и gm

выражается в процентах от исходных значений. Все четыре параметра деградации сравниваются с установленными критериями отказов (как правило, не превышающих 10 %). Если деградация, по какому либо параметру превышает соответствующий критерий отказа, транзистор отображается как поврежденный. Изменение тока подложки IПОДЛ и эффективное значение параметра Age показало,

что в подсхеме x1 транзистор m1 (p-МОПТ) наиболее сильно подвержен деградации, и проектировщик должен внести конструктивные изменения в электрическую схему генератора, чтобы обеспечить безотказную работу в течение 10 лет.

29