Научная статья на тему 'ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ СТРУКТУРЫ И КОНСТРУКЦИИ НА ТЕПЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МОЩНЫХ БИПОЛЯРНЫХ СВЧ-ТРАНЗИСТОРОВ'

ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ СТРУКТУРЫ И КОНСТРУКЦИИ НА ТЕПЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МОЩНЫХ БИПОЛЯРНЫХ СВЧ-ТРАНЗИСТОРОВ Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
102
24
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МОЩНЫЙ БИПОЛЯРНЫЙ СВЧ-ТРАНЗИСТОР / ТЕПЛОВАЯ МОДЕЛЬ / ДЕФЕКТЫ / ТЕПЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ / POWERFUL BIPOLAR MICROWAVE TRANSISTOR / THERMAL MODEL / DEFECTS / THERMAL CHARACTERISTICS / MEASUREMENT / DIAGNOSTICS

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Сергеев Вячеслав Андреевич, Смирнов Виталий Иванович, Ходаков Александр Михайлович, Куликов Александр Александрович, Черняков Антон Евгеньевич

Мощные биполярные СВЧ-транзисторы (МБТ) работают, как правило, в режимах, близких к предельным, что требует контроля качества отвода тепла от активной области кристалла к корпусу транзистора и далее в окружающую среду. Одним из наиболее эффективных является контроль тепловых характеристик МБТ, включая зависимость теплового сопротивления переход - корпус прибора от параметров электрического режима. Однако количественные оценки связи дефектов с измерением тепловых параметров приборов в литературе отсутствуют. В работе представлены результаты моделирования с использованием программной среды COMSOL Multyphisics распределения температуры в структурах МБТ с дефектами электрофизической и теплофизической природы. Получены зависимости максимального перегрева рабочей поверхности кристалла от размера и месторасположения дефектов. Показано, что температурная зависимость плотности мощности, выделяющейся в структуре МБТ, приводит к нелинейной зависимости максимальной и средней температуры поверхности кристалла от полной рассеиваемой в МБТ мощности. Разработанные тепловые модели могут служить основой для создания методик диагностики МБТ по теплоэлектрическим характеристикам и выявления дефектных изделий. Сравнительные измерения тепловых характеристик серийных мощных СВЧ-транзисторов типа КТ920В без дефектов и с искусственно введенным дефектом электрофизического вида в диодном включении на измерителе T3Ster показали, что тепловое сопротивление переход - основание корпуса МБТ с дефектом возросло на 25-40 % по сравнению с тепловым сопротивлением бездефектного прибора. При этом тепловые характеристики МБТ в диодном включении перехода база - коллектор являются более чувствительными к дефектам структуры, чем в диодном включении перехода эмиттер - база, и соответствуют целям диагностики качества МБТ.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Сергеев Вячеслав Андреевич, Смирнов Виталий Иванович, Ходаков Александр Михайлович, Куликов Александр Александрович, Черняков Антон Евгеньевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

INFLUENCE OF DEFECTS OF STRUCTURE AND CONSTRUCTION ON THERMAL CHARACTERISTICS OF HIGH-POWER BIPOLAR MICROWAVE TRANSISTORS

Powerful bipolar microwave transistors (PBT) operate, as a rule, in conditions close to the limiting ones, which requires controlling the release of heat from the active region of the crystal to the transistor body and further to the environment. One of the most efficient is the control of PBT heat characteristics, including the dependence of the heat resistance - the device body on the electrical mode parameters. However, the quantitative evaluations of connection of defects with measuring the heat parameters of devices in literature are absent. In the work the results of modeling using the COMSOL Multiphysics software the temperature distribution in the structures of a power bipolar microwave transistor (PBT), with defects of electrophysical and thermal nature have been presented. The dependences of the maximum overheating of the crystal working surface on the size and location of the defects have been obtained. It has been shown that the temperature dependence of power density released in the structure of PBT leads to a nonlinear dependence of the maximum and average temperature of the crystal surface on the total power dissipated in PBT. The developed thermal models can serve as the basis for creating the methods for diagnosing the PBT of thermoelectric characteristics and identifying the defective products. The comparative measurements of thermal characteristics of the serial high-power microwave transistors of the KT920B type with no defects and with an artificially introduced electrophysical-type defect in a diode switch-on using a T3Ster meter have shown that the thermal resistance of the body-to-case PBT with the defects has increased by 25-40% compared to the thermal resistance of the defect-free device. In this case, the thermal characteristics of PBT in the diode switching on of the «base-collector» transition are more sensitive to structural defects than in the diode switching on of the emitter-base transition, and more preferable for the purposes of diagnosing the PBT quality.

Текст научной работы на тему «ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ СТРУКТУРЫ И КОНСТРУКЦИИ НА ТЕПЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МОЩНЫХ БИПОЛЯРНЫХ СВЧ-ТРАНЗИСТОРОВ»

ЭЛЕМЕНТЫ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ INTEGRATED ELECTRONICS ELEMENTS

УДК [621.382.3:536.37]:681.518.3 DOI: 10.24151/1561-5405-2019-24-5-479-488

Влияние дефектов структуры и конструкции на тепловые характеристики мощных биполярных СВЧ-транзисторов

12 12 1 В.А. Сергеев ' , В.И. Смирнов ' , А.М. Ходаков ,

1 3

А.А. Куликов , А.Е. Черняков

1 Ульяновский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А.Котельникова Российской академии наук, г. Ульяновск, Россия

2 Ульяновский государственный технический университет, г. Ульяновск, Россия

Научно-технологический центр микроэлектроники и субмикронных гетероструктур Российской академии наук, г. Санкт-Петербург, Россия

sva@ulstu.ru

Мощные биполярные СВЧ-транзисторы (МБТ) работают, как правило, в режимах, близких к предельным, что требует контроля качества отвода тепла от активной области кристалла к корпусу транзистора и далее в окружающую среду. Одним из наиболее эффективных является контроль тепловых характеристик МБТ, включая зависимость теплового сопротивления переход - корпус прибора от параметров электрического режима. Однако количественные оценки связи дефектов с измерением тепловых параметров приборов в литературе отсутствуют. В работе представлены результаты моделирования с использованием программной среды COMSOL Multyphisics распределения температуры в структурах МБТ с дефектами электрофизической и теплофизической природы. Получены зависимости максимального перегрева рабочей поверхности кристалла от размера и месторасположения дефектов. Показано, что температурная зависимость плотности мощности, выделяющейся в структуре МБТ, приводит к нелинейной зависимости максимальной и средней температуры поверхности кристалла от полной рассеиваемой в МБТ мощности. Разработанные тепловые модели могут служить основой для создания методик диагностики МБТ по теплоэлектрическим характеристикам и выявления дефектных изделий. Сравнительные измерения тепловых характеристик серийных мощных СВЧ-транзисторов типа КТ920В без дефектов и с искусственно введенным дефектом электрофизического вида в диодном включении на измерителе T3Ster показали, что тепловое сопротивление переход - основание корпуса МБТ с дефектом возросло на 25-40 % по сравнению с тепловым сопротивлением бездефектного прибора. При этом тепловые характеристики

© В.А. Сергеев, В.И. Смирнов, А.М. Ходаков, А.А. Куликов, А.Е. Черняков, 2019

МБТ в диодном включении перехода база - коллектор являются более чувствительными к дефектам структуры, чем в диодном включении перехода эмиттер - база, и соответствуют целям диагностики качества МБТ.

Ключевые слова: мощный биполярный СВЧ-транзистор; тепловая модель; дефекты; тепловые характеристики

Для цитирования: Влияние дефектов структуры и конструкции на тепловые характеристики мощных биполярных СВЧ-транзисторов / В.А. Сергеев, В.И. Смирнов, А.М. Ходаков и др. // Изв. вузов. Электроника. - 2019. - Т. 24. - № 5. -С. 479-488. DOI: 10.24151/1561-5405-2019-24-5-479-488

Финансирование работы: работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ и Правительства Ульяновской области (проект № 18-47-730024).

Influence of Defects of Structure and Construction on Thermal Characteristics of High-Power Bipolar Microwave Transistors

V.A. Sergeev1'2, V.I. Smirnov1'2, A.M. Khodakov1,

* 1 3

A.A. Kulikov , A.E. Chernyakov

Ulyanovsk Branch of Kotelnikov Institute of Radioengineering and Electronics of Russian Academy of Sciences, Ulyanovsk, Russia 2Ulyanovsk State Technical University, Ulyanovsk, Russia 3Research & Engineering Center of Russian Academy of Sciences, St. Petersburg, Russia

sva@ulstu.ru

Abstract: Powerful bipolar microwave transistors (PBT) operate, as a rule, in conditions close to the limiting ones, which requires controlling the release of heat from the active region of the crystal to the transistor body and further to the environment. One of the most efficient is the control of PBT heat characteristics, including the dependence of the heat resistance - the device body on the electrical mode parameters. However, the quantitative evaluations of connection of defects with measuring the heat parameters of devices in literature are absent. In the work the results of modeling using the COMSOL Multiphysics software the temperature distribution in the structures of a power bipolar microwave transistor (PBT), with defects of electrophysical and thermal nature have been presented. The dependences of the maximum overheating of the crystal working surface on the size and location of the defects have been obtained. It has been shown that the temperature dependence of power density released in the structure of PBT leads to a nonlinear dependence of the maximum and average temperature of the crystal surface on the total power dissipated in PBT. The developed thermal models can serve as the basis for creating the methods for diagnosing the PBT of thermoelectric characteristics and identifying the defective products. The comparative measurements of thermal characteristics of the serial high-power microwave transistors of the KT920B type with no defects and with an artificially introduced electrophysical-type defect in a diode switch-on using a T3Ster meter have shown that the thermal resistance

of the body-to-case PBT with the defects has increased by 25 -40% compared to the thermal resistance of the defect-free device. In this case, the thermal characteristics of PBT in the diode switching on of the «base -collector» transition are more sensitive to structural defects than in the diode switching on of the emitter-base transition, and more preferable for the purposes of diagnosing the PBT quality.

Keywords: powerful bipolar microwave transistor; thermal model; defects; thermal characteristics; measurement; diagnostics

For citation: Sergeev V.A., Smirnov V.I., Khodakov A.M., Kulikov A.A., Chernyakov A.E. Influence of defects of structure and construction on thermal characteristics of highpower bipolar microwave transistors. Proc. Univ. Electronics, 2019, vol. 24, no. 5, pp. 479-488. DOI: 10.24151/1561-5405-2019-24-5-479-488

Funding: the work has been supported by the RFBR and the government of Ulyanovsk region (project number № 18-47-730024).

Введение. Элементная база современной электроники развивается по нескольким направлениям, среди которых можно выделить силовую электронику (мощные MOSFET- и IGBT-транзисторы) и СВЧ-электронику (HEMT-, MESFET- и HBT-транзисторы). Несмотря на то что мощные биполярные СВЧ-транзисторы (МБТ) по некоторым параметрам уступают перечисленным транзисторам, они активно используются как в силовой электронике, так и в СВЧ-электронике. МБТ работают, как правило, в режимах, близких к предельным, что требует контроля качества отвода тепла от активной области кристалла к корпусу транзистора и далее в окружающую среду. При производстве СВЧ-транзисторов в результате нарушения технологических процессов в структуре и конструкции МБТ возникают макродефекты, приводящие к неоднородному распределению плотности тока и мощности в структуре прибора и, как следствие, к локальным перегревам, теплоэлектрической неустойчивости токораспределения и отказам.

Для контроля качества МБТ используются различные методы. Одним из наиболее эффективных является контроль их тепловых характеристик, включая зависимость теплового сопротивления переход - корпус приборов от параметров электрического режима [1]. Однако количественные оценки связи размеров дефектов с измерением тепловых параметров приборов в литературе не приводятся.

Цель настоящей работы - компьютерное моделирование и экспериментальное исследование изменений тепловых характеристик МБТ при введении в их структуру макродефектов различного вида и размера.

Тепловая модель МБТ с дефектом электрофизического вида. Для исследования тепловых характеристик МБТ с дефектами различного вида в его структуре в работах [2, 3] разработана обобщенная теплоэлектрическая модель с учетом температурной зависимости выделяемой в структуре транзистора плотности тепловой мощности. Геометрия тепловой модели МБТ с дефектом электрофизического вида схематично показана на рис. 1.

Слой 1 представляет собой полупроводниковую пластину общей площадью П0 и размерами по соответствующим осям Lx1^Ly1^Lz1. На рабочей поверхности пластины сформирована приборная (гребенчатая) структура с площадью активной области Пж. Полупроводниковая пластина закреплена слоем припоя или теплопроводящего клея на массивном теплоотводе 2 толщиной Lz2. Размеры теплоотвода в плоскости xOy полага-

Рис.1. Геометрия тепловой модели МБТ с дефектом электрофизического вида: 1 - полупроводниковая пластина; 2 - теплоотвод Fig.1. Geometry of the PBT thermal model with defect of an electrophysical look: 1 - semiconductor plate; 2 - heat sink

Рис.2. Упрощенная геометрия структуры МБТ типа КТ920В (1-3 - номера групп дорожек

металлизации) Fig.2. The simplified geometry of structure powerful bipolar the microwave oven of the KT920B transistor (1-3 - group numbers of tracks of metallization)

ем неограниченными, поскольку они, как правило, во много раз превосходят соответствующие размеры полупроводниковой пластины. Толщина и глубина залегания активной области приборной структуры малы по сравнению с размерами полупроводниковой пластины, поэтому по аналогии с [3] предполагается, что источники тепла плотностью q(Tll) расположены на верхней поверхности пластины в ее активной области Пж. Дефект электрофизического вида площадью Пд представляет собой отклонение от номинальных значений электрических (как правило, инжекционных) параметров приборной структуры в некоторой локальной части ее активной области. Наличие дефекта приводит к перераспределению рассеиваемой структурой мощности между дефектной и бездефектной областями структуры даже в изотермическом режиме (до саморазогрева).

Для численного моделирования и сравнения расчетных характеристик с экспериментальными в качестве объекта исследования выбран кремниевый МБТ КТ920В с предельными эксплуатационными параметрами: максимальное напряжение коллектор - эмиттер ¿/кэтах = 36 В; максимальный ток коллектора = 3 А; максимальная мощность Рmax = 25 Вт; тепловое сопротивление переход - корпус ^Тп-к = 4 К/Вт. Упрощенная конструкция такого МБТ представляет собой закрепленную припоем на массивном

медном теплоотводе кремниевую пластину с геометрическими размерами а х Ь х с = 4,4 х 2,5 х 0,48 мм и гребенчатой транзисторной структурой (рис.2).

Рассмотрим частный случай не зависящего от температуры коэффициента теплопроводности полупроводника. Уравнения математической модели и граничные условия для этого случая следующие.

Стационарное уравнение теплопроводности:

Т

+ T + T = 0.

■ yy zz

Граничные условия:

T (0, y, z) = T (a, y, z) = 0, T (x, 0, z) = T (x, b, z) = 0 ;

(1)

(2)

( x ^ c) = <

qaK (T (x, y, c)), (x, y) e (Пак - Пд),

ЯД (T (x, y, c)), (x y) e Пд,

0, (x, y) e (П0 - Пак);

(3)

-X T (x, y,0) = avJ(x, y, 0) ; (4)

П = {(x, y): 0 < x < a,0 < y < b},

где qaK, qa - плотность потоков тепла в бездефектной активной и дефектной областях соответственно; gaK = U^J^, = UKJ ; JaK, J - плотность тока в бездефектной активной и дефектной областях соответственно; UK - напряжение на коллекторе; Пак, Пд -площадь активной области и области дефекта соответственно; X - коэффициент теплопроводности полупроводниковой структуры; арас = 1/(ab^c); ^ас (Xpac) - тепловое

сопротивление растекания [4]; Храс - коэффициент теплопроводности корпуса транзистора; T = (Tl -70); Т - температура слоя полупроводниковой структуры; Т0 - температура окружающей среды.

При постоянном напряжении на коллекторе (UK = const) уравнения положительной обратной связи, учитывающие зависимость от температуры плотностей токов в бездефектной активной и дефектной частях области структуры, имеют вид

т (т л J f E - eUЭБ + KSaK - S J (T)) 1 m

Jак (Tl ) = Jяк0 eXP I--—- ; (5)

т(тл . J (Eg - eUэб + ^д^J■,(T)) 1 _

J (T ) = J*> exP I--Щ-1, (6)

где Eg - ширина запрещенной зоны полупроводника; e - заряд электрона; иЭБ - напряжение эмиттер - база; r и гд - входное омическое сопротивление бездефектной и дефектной частей транзистора соответственно в схеме с общей базой, r = ^+(1-a)r^ гэ - сопротивление эмиттера; гб - сопротивление базы; a - коэффициент передачи тока в схеме с общей базой; Лк0, Гд0 - слабо зависящие от температуры параметры; k - постоянная Больцмана; T = T (x, У,0) .

Должно выполняться условие включения транзистора в электрическую цепь:

Я Лк (T (x, У, 0)) dxdy + Я JR (T; (x, y, 0)) dxdy = I. (7)

(5ак) (^ )

Задача (1) - (7) решалась численным методом с помощью специально разработанной программы с использованием программной среды COMSOL Multiphysics [2]. Теп-лофизические характеристики кремниевой пластины взяты из базы данных программы COMSOL. Значение коэффициента теплообмена а - подгоночный параметр модели,

который выбирался в соответствии с экспериментальными значениями теплового сопротивления переход - корпус транзистора. Сила греющего тока изменялась в пределах I = 0,6...1,25 A, напряжение на коллекторе UK = 20 В. Имитация электрофизического

дефекта проводилась путем последовательного отключения дорожек эмиттера. Исследована зависимость максимальной температуры перегрева ^-и-перехода от силы тока I и расположения дефекта в активной области. Наибольшие значения максимального перегрева полупроводниковой структуры транзистора наблюдаются при отключенной второй дорожке (рис.3).

0,6 0,8 1,0 1,2 /, А

Рис.3. Зависимость максимальной температуры перегрева транзисторной структуры от силы тока и расположения дефекта: пунктир -без дефекта; 1 - AT ; 2 - ATmax; 3, 4, 5 - при отключении первой, третьей и второй групп

дорожек соответственно Fig.3. The maximum overheating of transistor structure depending on arrangement of defect; a dotted line - without defect: 1 - AT ; 2 - ATmax; at shutdown: 3 - 1 group of tracks; 4 - 3 group of tracks; 5 - 2 group of tracks

в

0,76 -0,72 -0,680,64 "

0,6 -I-,-,-,-,-,

0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 /, A

Рис.4. Напряжение эмиттер - база в зависимости от греющего тока при UK = 20 В: 1 - структура без дефекта; 2 - структура с дефектом

Fig.4. Tension the emitter base depending on size the heating current (UK = 20 V): 1 - without defect; 2 - with defect

В таблице приведены расчетные значения напряжения на эмиттерном переходе МБТ. На рис.4 показана зависимость напряжения ЦэБ от греющего тока I для бездефектной и дефектной структур при работе транзистора при UK = 20 В вплоть до предельного режима (Pmax = 25 Вт). Как видно из графиков, крутизна зависимости ЦэБ(7) МБТ с дефектом больше и может служить косвенным диагностическим параметром при контроле качества МБТ.

Расчетные значения напряжения, В, на эмиттерном переходе МБТ иЭБ(Г) The calculated values of the voltage, V, at the emitter junction Ueb(I)

МБТ I, A

0,6 0,8 1,0 1,25

Без дефекта 0,773 0,738 0,70 0,64

С дефектом 0,762 0,724 0,681 0,61

Теплоэлектрическая модель МБТ с дефектом теплофизического вида. Одним из наиболее распространенных является дефект контактных паяных соединений МБТ -непропаи. Площадь пустот под полупроводниковой пластиной может достигать десятков процентов от площади паяного соединения. Дефекты этого вида приводят не только к ухудшению теплоотвода от кристалла МБТ, но и к перераспределению плотности тока и мощности в транзисторной структуре.

На рис.5 приведена упрощенная конструкция МБТ с дефектом теплофизического вида круглой формы, расположенным в области контакта полупроводникового кристалла и теплоотвода. Занимаемая структурой МБТ пространственная область О разделена на четыре подобласти: О1 — полупроводниковая структура; О2, О4 — контактный

слой без дефекта и с дефектом соответственно; О3 - теплоотвод. Неоднородность в контактной области задана модельными параметрами относительного размера дефекта и коэффициента его относительной теплопроводности:

Ks = £д / S0 < 1,

Kd =ХД /^ < 1,

где

S -

Рис.5. Геометрия тепловой модели МБТ с дефектом теплофизического вида круглой формы Fig.5. Geometry of the PBT thermal model with circle-shaped defect of thermal nature

площадь верхней поверхности

структуры; - коэффициент теплопроводности контактного слоя в области дефекта.

Решение задачи теплопроводности с положительной тепловой обратной связью, заданной в виде системы уравнений и граничных условий, получено численным методом в работе [3]. Комплексная программа включала в себя обращение к интерактивной моделирующей среде СОМБОЬ МиШрИуБ^Б [5]. Расчетные исследования проводились для структуры МБТ, приведенной в качестве примера в работах [2, 3].

На рис.6 представлены распределения температуры верхней поверхности кристалла и области контакта для структур без дефекта и с дефектом, расположенным в геометрическом центре контактной области. Дефект приводит к сильному возрастанию максимальной температуры как на поверхности, так и в области контакта. Средняя температура при этом растет в меньшей степени.

В качестве среды дефектной области с малым коэффициентом теплопроводности выбрана воздушная прослойка ( = 0,046 Вт/м-К). В этом расчетном варианте отношения приращений максимальных температур в структурах с дефектом и без него для активной и контактной области составляют 1,5 и 2,0 соответственно. Дефект такого типа может быть внесен в конструкцию МБТ путем просверливания отверстия в корпусе прибора.

Тепловые характеристики дефектных и бездефектных МБТ. Для оценки влияния дефектов на тепловые характеристики МБТ проведены сравнительные измерения тепловых характеристик бездефектного и дефектного (с отключенной частью гребенчатой структуры) транзисторов в диодном включении с помощью измерительного комплекса Т3Б1ег [6] Центра коллективного пользования НТЦ микроэлектроники РАН (г. Санкт-Петербург). Результат измерения получен в виде зависимостей куммулятив-ной структурной функции от теплового сопротивления [6].

На рис.7,а приведена данная зависимость для транзисторов типа КТ920В без дефектов и с искусственным дефектом в виде отключенной части гребенчатой структуры

Рис.6. Распределение температуры по поверхности структуры (кривая 1) и в области контакта (кривая 2) МБТ без дефекта (пунктир) и

с дефектом (сплошная линия) при P = 30 Вт Fig.6. Distribution of temperature on a surface (curve 1) of structure and in the field of contact (curve 2) PBT without defect (the shaped line) and with defect (the continuous line) at the power of 30 W

в диодном включении перехода база - коллектор. На начальном участке характеристики, который определяется тепловыми процессами в приборной структуре и контактном соединении, наблюдается общий сдвиг характеристики в сторону больших значений. Пики на характеристике соответствуют тепловому сопротивлению переход - основание корпуса, и у дефектного транзистора компонента теплового сопротивления увеличилась с 2,1 до 2,8 К/Вт (0,33 %). На рис.7,6 приведена такая же зависимость для транзисторов типа КТ920В без дефектов и с искусственным дефектом в виде отключенной части гребенчатой структуры в диодном включении перехода эмиттер - база. В данном случае также заметно проявляется сдвиг характеристики дефектного прибора вправо (в сторону увеличения тепловых сопротивлений). Однако компонента теплового сопротивления переход - основание корпуса МБТ в этом режиме по абсолютному значению значительно больше, чем в режиме диодного включения перехода база - коллектор, а увеличилась не намного - с 2,8 до 3,2 К/Вт (15%).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Рис. 7. Тепловая характеристика бездефектного (кривая 1) и дефектного (кривая 2) МБТ в диодном включении перехода база - коллектор (а) и перехода эмиттер - база (б) при токе 400 мА Fig. 7. Thermal characteristic faultless (curve 1) and defective (curve 2) PBT in diode inclusion of transition «base collector» (a) and transition «emitter base» (b) at current 400 мА

Заключение. Проведенные расчетные исследования обобщенной математической тепловой модели МБТ с дефектами электрофизического и теплофизического видов показали нелинейный характер зависимостей средней и максимальной температуры активной области структуры от рассеиваемой мощности и позволили оценить влияние размера и местоположения дефекта на максимальный перегрев структуры.

Результаты измерения тепловых характеристик бездефектных и дефектных (с отключенной частью гребенчатой структуры) транзисторов КТ920В в диодном включении с помощью измерительного комплекса T3Ster показали следующее. Тепловые характеристики МБТ в диодном включении перехода база - коллектор более чувствительны к дефектам структуры, чем в диодном включении перехода эмиттер - база, и соответствуют целям диагностики качества МБТ.

Литература

1. Сергеев В.А. Контроль качества мощных транзисторов по теплофизическим параметрам. -Ульяновск: УлГТУ, 2000. - 256 с.

2. Сергеев В.А., Ходаков А.М. Нелинейные тепловые модели полупроводниковых приборов. -Ульяновск: УлГТУ, 2012. - 160 с.

3. Сергеев В.А., Ходаков А.М. Теплоэлектрические модели мощных биполярных полупроводниковых приборов. I. Модель высокочастотного транзистора с дефектами // Радиотехника и электроника. - 2015. -№ 10. - С. 1097.

4. Sadeghi E., Bahrami M., Djilali N. Thermal spreading resistance of arbitrary-shape heat sources on a half-space: a unified approach // IEEE Trans Components Pack Technol. - 2010. - No. 33. - P. 267-277.

5. Ходаков А.М., Сергеев В.А. Комплексная программа моделирования и расчета температурных полей в биполярных осесимметричных структурах полупроводниковых изделий с температурозависимой плотностью мощности // Программы для ЭВМ, базы данных, топологии интегральных микросхем. - 2010. -№4. - С. 239.

6. T3Ster. - URL: https://www.mentor.com/products/mechanical/micred/t3ster/ (дата обращения: 02.03.2019г.)

Поступила в редакцию 18.03.2019 г.; после доработки 18.03.2019 г.; принята к публикации 18.06.2019 г.

Сергеев Вячеслав Андреевич - доктор технических наук, профессор, директор Ульяновского филиала Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук (Россия, 432071, г. Ульяновск, ул. Гончарова, 48/2), заведующий базовой кафедрой радиотехники, опто- и наноэлектроники Ульяновского государственного технического университета (Россия, 432027, г. Ульяновск, ул. Северный Венец, 32), sva@ulstu.ru

Смирнов Виталий Иванович - доктор технических наук, профессор кафедры проектирования и технологии электронных средств Ульяновского государственного технического университета (Россия, 432027, г. Ульяновск, ул. Северный Венец, 32), старший научный сотрудник Ульяновского филиала Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук (Россия, 432071, г. Ульяновск, ул. Гончарова, 48/2), smirnov-vi@mail.ru

Ходаков Александр Михайлович - кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Ульяновского филиала Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук (Россия, 432071, г. Ульяновск, ул. Гончарова, 48/2), ufire@mv.ru

Куликов Александр Александрович - кандидат технических наук, ведущий инженер Ульяновского филиала Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук (Россия, 432071, г. Ульяновск, ул. Гончарова, 48/2), kulikovaa36@yandex.ru

Черняков Антон Евгеньевич - кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Научно-технологического центра микроэлектроники и субмикронных гетероструктур Российской академии наук (Россия, 194021, г. Санкт-Петербург, Политехническая ул., 26, литера 3), chernyakov.anton@yandex.ru

References

1. Sergeev V.A. Quality control of high-power transistors by thermophysical parameters. Ulyanovsk, UlSTU Publ., 2000. 256 p. (Russian).

2. Sergeev V.A., Khodakov A.M. Nonlinear thermal models of semiconductor devices. Ulyanovsk, UlSTU Publ., 2012. 160 p. (Russian).

3. Sergeev V.A., Khodakov A.M. Thermoelectric models of high-power bipolar semiconductor devices. I. Model high-frequency transistor with defects. Radiotekhnika i elektronika = Journal of Communications Technology and Electronics, 2015, no. 10, pp. 1141-1146. (Russian).

4. Sadeghi E., Bahrami M., Djilali N. Thermal spreading resistance of arbitrary-shape heat sources on a half-space: a unified approach. IEEE Trans. Components Pack Technol., 2010, no. 33, pp. 267-277.

5. Khodakov A.M., Sergeev V.A. Comprehensive program of modeling and calculation of temperature fields in bipolar axisymmetric structures of semiconductor products with temperature-dependent power density. Bulletin «Gomputer Programs, databases, topologies of integrated microcircuits», 2010, no. 4, p. 239. (Russian).

6. T3Ster. Available at: https://www.mentor.com/products/mechanical/micred/t3ster/ (accessed 02.04.2019).

Received 18.03.2019; Revised 18.03.2019; Accepted 18.06.2019. Information about the authors:

Vyacheslav A. Sergeev - Dr. Sci. (Eng.), Prof., Director of Ulyanovsk Branch of Kotelnikov Institute of Radioengineering and Electronics of Russian Academy of Sciences (Russia, 432071, Ulyanovsk, Goncharova st., 48/2), Head of the Radioengineering, Opto- and Nanolectronics Department, Ulyanovsk State Technical University (Russia, 432027, Ulyanovsk, Severny Venetz st., 32), sva@ulstu.ru

Vitaliy I. Smirnov - Dr. Sci. (Eng.), Prof., Senior Scientific Researcher, Ulyanovsk Branch of Kotelnikov Institute of Radioengineering and Electronics of Russian Academy of Sciences (Russia, 432071, Ulyanovsk, Goncharov st., 48/2), Prof. of the Electronic Technology and Design Department, Ulyanovsk State Technical University (Russia, 432027, Ulyanovsk, Severny Venetz st., 32), smirnov-vi@mail.ru

Alexander M. Khodakov - Cand. Sci. (Phys.-Math.), Senior Scientific Researcher, Ulyanovsk Branch of Kotelnikov Institute of Radioengineering and Electronics of Russian Academy of Sciences (Russia, 432071, Ulyanovsk, Goncharov st., 48/2), ufire@mv.ru.

Alexander A. Kulikov - Cand. Sci. (Eng.), Senior Scientific Researcher, Ulyanovsk Branch of Kotelnikov Institute of Radioengineering and Electronics of Russian Academy of Sciences (Russia, 432071, Ulyanovsk, Goncharov st., 48/2), kulikovaa36@yandex.ru

Anton E. Chernyakov - Cand. Sci. (Phys.-Math.), Senior Scientific Researcher, Submicron Heterostructures for Microelectronics, Research & Engineering Center of Russian Academy of Sciences (Russia,194021, St. Petersburg, Polytechnicheskaya st., 26, litera 3), chernyakov.anton@yandex.ru

Информация для читателей журнала «Известия высших учебных заведений. Электроника»

С тематическими указателями статей за 1996 - 2018 гг., аннотациями и содержанием последних номеров на русском и английском языках можно ознакомиться на сайте:

http://ivuz-e.ru

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.