Учебное пособие 800594

Рентгеновская дифракция подтверждает фазовый состав плёнки CuO. На пленке полученной при 250° находится единственный рефлекс CuO (1,1,0) 31,7˚, что говорит о слабой кристаллизации пленки. После отжига пленок при 400 и 500 оС кристаллизация более выражена и проявляются рефлексы: (1,1,0) 31,7˚, (-1,1,1) 35,5˚, (1,1,1) 38,8˚, характерные CuO.

Были исследованы зависимости относительного сопротивления образцов от времени в процессе отжига при 400 и 500 оС, результаты приведены на рис. 2.

Рис. 2. Относительное сопротивление плёнки CuO от времени при 400 и 500 оС

Как видно из зависимости, при 400 оС сопротивление плёнки стабилизируется медленнее, чем при 500 оС. При 400˚С сопротивление стабилизируется за 1,5 ч, а при 500 оС за 45 мин.

Зависимость удельного сопротивления от температуры отжига, после остывания образцов до комнатной температуры показана на рис. 3. Отжиг в данном случае проводился в течение 1 ч.

Из рис. 3 видно, что отжиг приводи к уменьшению удельного сопротивления от 350 до 20 Ом∙см. Наименьшее сопротивление получено при температуре 400 оС.

100

По зависимости (αhν)2 от можно увидеть незначительное влияние температуры отжига на ширину запрещенной зоны, которая составила 2,65 эВ.

Тонкая пленка CuO была получена золь-гель. Образцы с пленкой отжигались группами при 400 и 500 оС. Сопротивление образцов контролировалось при постоянной температуре, через омические контакты. Было выяснено, что при 500 оС сопротивление плёнки стабилизировалось быстрее, чем при 400 оС. Сопротивление для пленки до отжига и после 350 и 20 Ом∙см, соответственно. Для исследования фазового состава пленок была выполнена рентгеновская дифракция. Оптические параметры: прозрачность около 45%, коэффициент поглощения 4∙105 см-1 и ширина запрещенной зоны 2,65 эВ. Из результатов работы можно сделать вывод, что отжиг улучшает параметры плёнок оксида меди. Высокий коэффициент поглощения и не высокое сопротивление позволят использовать пленки CuO в солнечной энергетике, в качестве эффективного поглощающего слоя.

Литература

1.Yang Y. Cu2O/CuO bilayered composite as a high-efficiency photocathode for photoelectrochemical hydrogen evolution reactionscientific reports [Текст] / Y. Yang, D. Xu, Q. Wu // Sci. Rep.– 2016. – V. 6.

–P. 35158.

2.Chafiand F.Z. Fe-doped CuO deposited by spray pyrolysis technique [Текст] / F.Z. ChafIand // 3rd International Renewable and Sustainable Energy Conference (IRSEC). – 2015. - P. 1 – 5.

3.Baturay Ş. N-type conductivity of CuO thin films by metal doping [Текст] / Ş. Baturaya, A. Tombakb, D. Batibay // Applied Surface Science. – 2019. – V. 477. - P. 91 - 95.

4.JianBo L. Single phase CuO thin films prepared by thermal oxidation in air with water vapor [Текст] / L. JianBo // Advanced Materials Research. – 2015. - V. 1109. - P. 544 - 548.

5.Ramya V. CuO thin film prepared by chemical bath deposition technique: A review [Текст] / V. Ramya // International Journal of NanoScience and Nanotechnology. – 2017. – V. 8. - № 1. - P. 11 - 15.

Воронежский государственный технический университет

102

УДК 621.3

М.Н. Лубкин

МОДЕЛИРОВАНИЕ БИКМОП ИНВЕРТОРА НА ПОЛЕВЫХ LDD-ТРАНЗИСТОРАХ

Работа посвящена моделированию интегральной схемы БиКМОП инвертора на основе полевых и биполярных транзисторов. Топология структуры изготавливалась с минимальной проектной нормой 35 нм, соответствующей ширине затвора LDD-транзистора.

Технология БиКМОП объединяет биполярные и КМОПтранзисторы в одной интегральной микросхеме.

Технология КМОП сохраняет преимущество перед биполярными транзисторами в рассеивании мощности, пределах помехоустойчивости и плотности упаковки, а также способности интегрировать сложные функции с высокими выходными значениями. Биполярная технология имеет преимущества перед КМОП по скорости переключения, шумовым характеристикам, аналоговым возможностям и количеству операций ввода – вывода в единицу времени. Последний пункт особенно важен, учитывая растущую важность ограничений плотности упаковки компонентов в высокоскоростных системах.

Надежность, присущая БиКМОП в отношении изменений температуры и внутренних процессов, влечет за собой устойчивость электрических параметров, что, в свою очередь, приводит к увеличению процента исправных элементов на выходе производства, что является важным экономическим преимуществом.

На данный момент в СНГ технологию БиКМОП широко используют НПО «Ангстрем» и ОАО «Интеграл». На данных предприятиях имеется возможность проектировать и изготавливать ИС, в их числе и БиКМОП инверторы, обладающими минимальными технологическими нормами от 4 до 0,18 мкм.

Данная технология суммирует преимущества различных типов транзисторов, которые будут иметь следующие достоинства:

103

–создание схем СБИС с быстродействием и плотностью распределения мощности, недостижимой для каждой технологией в отдельности;

–повышенная скорость поля сравнению с КМОП;

–снижение рассеиваемой мощности по сравнению с биполярным транзистором;

–повышенная производительность при взаимодействии с аналоговыми сигналами;

–высокая помехоустойчивость;

БиКМОП позволяет изготовлять сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) с такими показателями скорости, мощности и плотности, которые ранее были недостижимы использованием каждой из этих технологий в отдельности. Адаптивность, высокая скорость и низкое потребление статического электричества в БиКМОП делают его очевидным выбором для реализации высокопроизводительных систем. Поэтому ключевым аспектом успеха БиКМОП является соотношение цена-качество, отличающее его от биполярной или КМОП технологий [1 - 3].

Цель работы – моделирование ИС БиКМОП инвертора на LDD-транзисторах в САПР TCAD (таблица).

Например, для образования LDD n-канального транзистора применяется ионная имплантация мышьяка (энергия 80 КэВ, доза загоняемой примеси 3 мкКл) и последующая разгонка (в течение 5 мин. при температуре 840 ) используется для образования LDD n-канального транзистора. Формирование спейсера, ограничивающего сток-исток от затвора, моделируется при помощи конформного осаждения нитрида кремния (толщина 0,6 мкм) [4].

Результаты измерений БиКМОП инвертора

104

Смоделированная ИС обладает ключевой особенностью любого подобного инвертора, а именно производит переключение логического нуля в единицу и наоборот. Напряжение выхода соответствует 4,67 В и несмотря на потери в инверторе, приблизительно равно напряжению источника (5 В).

В результате проведенных измерений характеристик полевого n-канального транзистора было отмечено, что пробивное напряжение данного транзистора многократно превосходит напряжение источника питания. Данный инвертор имеет высокое быстродействие, при этом в нем не наблюдается эффект короткого канала, так как его пороговое напряжение находится ниже значения логического нуля (0,658 В). Также быстроту переключения из логической единицы в ноль и низкий показатель потребления в схеме обеспечивает ток стока – затвора равняется 1,1 10-10 А. Несмотря на то, что напряжения К – Б и К – Э почти совпадают коэффициент усиления биполярного транзистора NPN-типа равняется 230,4, что почти вдвое превышает оптимальный уровень (100).

Для р-канальных полевых транзисторов описанная выше модель поведения n-канальных транзисторов также сохраняется.

Результаты данного моделирования демонстрируют функциональную работоспособность и корректное поведение БИКМОП инвертора в разных состояниях.

Литература

1.Alvarez A.R. BiCMOS Technology and applications second edition [Текст] / A.R. Alvarez – Springer Science+Business Media, LLC, 1993 – 411 р.

2.Prasad R. Digital design [Текст] / R. Prasad // BiCMOS Technology and Applications Second Edition: Springer Science+Business Media, LLC, 1993. – Р. 196 – 241.

3.Levitt M.E. Sun microsystems: Testing [Текст] / M.E. Levitt // BiCMOS Technology and Applications Second Edition – Springer Sci-

ence+Business Media, LLC, 1993. – Р. 270 – 295.

4. Victory Process User’s Manual DEVICE SIMULATION SOFTWARE Silvaco, Inc. 4701 Patrick Henry Drive, Bldg. 2 January 16, 2016, Santa Clara, CA 95054, 1070 с.

Воронежский государственный технический университет

105

УДК 621.382

Р.С. Гусев, А.А. Винокуров

ИССЛЕДОВАНИЕ БЛОКОВ ПИТАНИЯ ВО ВРЕМЯ ЭЛЕКТРОТЕРМОТРЕНИРОВКИ

Приведены статистические данные об отклонениях от нормы параметров источников питания в процессе электротермотренировки. Разработаны рекомендации по снижению количества брака. Объектом исследования являются источники постоянного напряжения МАА. В работе рассмотрены электрические параметры источников питания, измеренные в процессе электротермотренировки, приведены исследования температурной защиты, сделаны выводы о причинах появления отказов.

Источники вторичного электропитания (ИЭП) относятся к важнейшим компонентам обеспечивающей части радиоэлектронных средств, в том числе систем управления всевозможных объектов, и в значительной мере определяют их массогабаритные показатели, энергопотребление, эффективность функционирования, надежность и время готовности к работе. Они предназначены для электропитания функциональных узлов и блоков аппаратуры с заданными параметрами и уровнем качества электрической энергии (КЭЭ) [1, 2].

Задачи обеспечения требуемого уровня надежности ИЭП специального назначения необходимо решать параллельно с проведением работ по улучшению удельных характеристик этих изде-

лий [3].

Целью работы является исследование поведения электрических параметров блоков питания в процессе электротермотренировки, анализ причин отказов и отклонений параметров от норм.

Рассматриваемые источники постоянного напряжения предназначены для работы в диапазоне входных напряжений 187 – 242 В, формируют выходные напряжения 5; 12; 15; 24; 27 В. Допустимый диапазон температур корпуса: -40 – +85 °С.

В табл. 1 представлены статистические данные испытаний серии модулей МАА. Всего на операции ЭТТ отказало 0,98 % из 19876 контролируемых изделий.

106

Тренировка проходила в течение трех часов при температуре от 80 до 88 °С. Источники питания находились в рабочем режиме с 70 – 90 % максимальной мощности. Необходимая мощность задавалась при помощи подключения реостата к выходу источника питания.

Таблица 1 Дефекты, выявленные в процессе ЭТТ модулей МАА

При испытании температурной защита температура окружающей среды последовательно повышалась до 98 °С. Защитный термодатчик источника питания расположен на боковой поверхности корпуса. При температурах выше 98 °С измерения не проводились, так как, если защита не сработала до данной температуры, модуль считается несоответствующим нормам. Температура корпуса контролировалась при помощи инфракрасного тепловизора TESTO-875. Температура срабатывания защиты модулей для выборки из 10 источников питания представлена в табл. 2.

Таблица 2 Результаты контроля температурной защиты модулей

В табл. 3 и 4 представлены результаты контроля выходного напряжения (Uвых) для выборки из 10 модулей. Выборки формировались таким образом, чтобы показать максимальный разброс пара-

107

метров. Модули, значения Uвых которых выходят за рамки ± 0,2 В, считаются несоответствующими нормам.

Таблица 3 Результаты контроля выходного напряжения модулей

Таблица 4 Результаты контроля пульсаций выходного напряжения модулей

Пульсации выходного напряжения измеряются осциллографом. Постоянная составляющая сигнала фильтруется, и анализируется сигнал с частотой 50 Гц. Допустимым является значение амплитуды пульсации Uпульс ≤ 100 мВ. Рассматриваемые выборки содержат разные модули.

Таким образом, электротермотренировка является эффективным способом выявления рассмотренных видов дефекты блоков питания. Механизмы отказов по рассмотренным группам параметров обусловлены разными функциональными блоками в составе модулей, поэтому статистика отказов по каждому параметру должна анализироваться отдельно.

Литература

1. Домрачев В.Г. О надежности источников вторичного электропитания аппаратуры специального назначения [Текст] / В.Г. Домрачев, В.М. Исаев // Лесной вестник. – 2007. – № 4. – С. 167

– 171.

2. Лихтциндер Б.Я. Внутрисхемное диагностирование узлов [Текст] / Б.Я. Лихтциндер. – Киев: Тэхника, 1989. – 168 c.

Воронежский государственный технический университет

108

УДК 621.3.049.77

К.А. Максимова, А.В. Арсентьев

ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО ВАРИАНТА КОНСТРУКЦИИ МАТРИЦЫ ЯЧЕЕК ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СИЛОВЫХ ДМОП ТРАНЗИСТОРОВ

В работе проведено исследование оптимального размера и количества транзисторов на единицу площади поверхности кристалла. Проведено моделирование, получены значения пробивных напряжений и величин протекающих токов. Даны рекомендации для выбора оптимального варианта ячеек для производства на полупроводниковом предприятии.

Современные силовые полевые транзисторы состоят из матрицы ячеек, представляющую собой отдельные полевые транзисторы, как правило выполнение по ДМОП технологии. Ячейки объединены общими затворами и общими областями стока и истока. Это сделано чтобы добиться пропускания высоких токов через кремний и достичь нужной величины пробивного напряжения. Выбор размера ячейки и их плотности на единицу кристалла, напрямую влияют на эти параметры. При чрезмерной плотности падает пробивное напряжение, а при разряженной структуре падает плотность тока через единицу площади кристалла. Таким образом конечный вариант силового транзистора, запущенного в производство, является компромиссом.

Первой структурой мощного МОП-транзистора, представленной на рынке промышленности полупроводников, была двухдиффузионная структура ДМОП. Длина канала этого устройства может быть уменьшена до размеров меньше одного микрона путем контроля глубины диффузии P области и N+ области истока без использования дорогостоящих инструментов литографии. Эти устройства нашли применение в электрических цепях высокой мощности, которые работали при низких напряжениях. Быстрая скорость переключения и прочность двухдиффузионной МОП-структуры облада-

109