CC BY
87
УДК 621.3.049.77.019.3
ВЛИЯНИЕ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ
ТРАНЗИСТОРОВ КТ602 М.И. Горлов, Д.Ю. Смирнов, Е.А. Антонова
Изучено воздействие рентгеновского излучения на параметры биполярных транзисторов КТ602 Ключевые слова: транзистор, рентгеновское излучение, низкочастотный шум
Известно, что электрические параметры транзисторов зависят от внешнего воздействия, особенно радиационных излучений, температуры, длительного хранения и др. [1].
Поставлена задача исследовать зависимость электрических параметров транзисторов п-р-п-типа КТ602 от воздействия рентгеновского излучения, электростатического воздействия и температуры.
Для эксперимента было выбрано 7 эпитаксиально-планарных кремниевых
транзисторы большой мощности (Рк.макс > 1,5 Вт) высокой частоты (30 МГц < &р < 300 МГц) п-р-п проводимости типа КТ602БМ [2]. Для каждого прибора сначала были измерены коэффициент усиления транзистора в схеме с общим эмиттером
Н21Э при 1к = 2,5мА, ибэ=0,79В, 1б=4,5мА и
значения низкочастотного (НЧ) шума иш на
переходах эмиттер-база и коллектор-база методом прямого измерения по выводам «эмиттер - база и коллектор - база» на частоте f = 1000 Гц при рабочем токе 10 мА (ширина полосы измерения частот М = 200 Гц, время усреднения т = 2с).
После измерений было проведено воздействие на приборы рентгеновским излучением на установке УРС-55 мощностью 0,5 Р/с в течение 2ч, что составило дозу 3600Р, с последующим
измерением значения к21Э и напряжения НЧ шума
Пш на обоих переходах приборов. Дополнительно
было проведено воздействие рентгеновским излучением мощностью 0,5 Р/с в течение 3ч, что составило дозу 5400Р (суммарная доза составила
9000р), с замером к21Э и , затем провели отжиг
в нормальных условиях в течение 21 суток и измерили значения И21Э и напряжения НЧ шума
и2 на обоих переходах приборов.
После этого все приборы были подвергнуты воздействию электростатическим разрядом (ЭСР), которое осуществлялось по модели «тело человека» [3], напряжением 1700В по 5 ударов положительной и отрицательной полярности на каждый переход прибора, после чего измерили
И2
Данную партию приборов разделили пополам (партия I и партия II). Первую партию (приборы №1-3) подвергли отжигу при 100 0С в течение 1ч, а приборы партии II (№ 4-7) не подвергали отжигу. Измерили коэффициент усиления и напряжение НЧ шума у первых трех приборов. Дополнительно было проведено воздействие рентгеновским излучением мощностью 0,5 Р/с в течение 3ч, что составило дозу 5400Р (суммарная доза составила
14400Р) и измерили значения к21Э и напряжения
НЧ шума и^ на обоих переходах всех приборов.
Данные измерений коэффициента усиления транзистора в схеме с общим эмиттером типа КТ602БМ до и после облучения 3600Р, 9000Р, после 21 суток отжига в нормальных условиях, после ЭСР 1700В, после отжига 100 0С в течение 1ч и после облучения дозой 5400Р (суммарная доза составила 14400Р) приведены в табл. 1.
Таблица 1
и
№ прибора к п2\Э нач Значение параметра к2^ после
Э=3600Р Э=9000Р отжига 21 сутки ЭСР 1700В отжига 100 0С в течение 1ч Э=1440 0Р
1 108 116 97 ш 106 115 187
2 195 207 171 193 185 201 173
3 182 198 159 180 180 219 102
4 246 258 220 246 242 231
5 241 255 214 247 242 224
6 246 231 190 218 209 201
7 214 260 223 232 238 234
Горлов Митрофан Иванович - ВГТУ, д-р техн. наук, профессор, тел.(4732) 43-76-95 Смирнов Дмитрий Юрьевич - ВГТУ, докторант, тел.(4732) 23-77-98
Антонова Екатерина Александровна - ВГТУ, аспирант, тел. 89507766665
Для перехода эмиттер-база значение НЧ шума течение 1ч и после облучения дозой 5400Р
транзисторов типа КТ602БМ до и после облучения (суммарная доза составила 14400Р) приведены в
3600Р, 9000Р, после 21 суток отжига в нормальных табл. 2, для перехода коллектор - база в табл. 3.
условиях, после ЭСР 1700В и после отжига 100 0С в
Таблица 2
№ прибор а П 2 ш эб нач, мкВ2 Значение параметра ПШ эб, мкВ2 после
Б=3600Р Б=9000Р отжига 21 сутки ЭСР 1700В отжига 100 0С в течение 1 ч Б=14400 Р
1 15,39 15,18 15,54 15,57 15,3 15,1 15,12
2 15,38 15,14 15,43 15,23 15,8 15,37 15,22
3 15,35 15,1 15,4 16,04 15,1 15,07 15,11
4 15,37 15,17 14,56 15,6 15,16 15,64
5 15,37 15,17 15,46 15,72 15,14 15,1
6 15,36 15,13 15,46 16,11 15,1 15,52
7 15,32 15,2 15,55 15,26 15,14 15,14
Таблица 3
№ прибор а и2 ^ ш кб на1, мкВ2 Значение параметра ПШ кб, мкВ2 после
Б=3600Р Б=9000Р отжига 21 сутки ЭСР 1700В отжига 100 0С в течение 1ч Б=144 00Р
1 16,32 16,01 16,31 16,12 15,95 16,34 16,37
2 16,76 16,5 16,87 17,22 16,5 16,7 16,45
3 16,86 16,59 16,85 17,02 16,61 16,06 15,96
4 16,68 16,41 16,72 16,71 16,47 16,58
5 16,37 16,17 16,39 16,11 16,07 16,04
6 17,67 16,31 16,66 16,7 16,32 16,26
7 16,55 17,43 17,79 17,72 17,35 17,36
По табл. 1 построены зависимости
коэффициента усиления транзисторов типа КТ602БМ для партии I (№ 1-3) от внешнего воздействия (рис. 1а), а для партии II (№ 4-7) -рис.1б.
Как известно [4], наблюдаемый разброс
значений И21Э связан с различной степенью
исходной дефектности структуры изделий.
Из рис. 1 видно, что значение И21Э у
транзисторов типа КТ602БМ при воздействии рентгеновским излучением Б=3600Р увеличилось у
87% приборов (№1-5,7), и лишь у прибора №6 к21Э
уменьшилось.
После дополнительного облучения дозой
9000Р значение й21Э резко упало у 100% приборов,
что повидимому связано с энергетическим положением дефектов в запрещенной зоне
полупроводника [5].
Вследствие длительного отжига (21 сутки при
нормальной темперетуре) значение И21Э
увеличилось у 100% приборов вследствии отжига
дефектов [6].
При воздействии ЭСР напряжением 1700В значение коэффициента усиления уменьшилось у 87% (№1-6), что обьясняется вероятно, внесением некоторого количества дефектов в обьем и на поверхность кристалла
а)
б)
Рис. 1. Зависимость коэффициента усиления
транзисторов типа КТ602БМ от внешнего воздействия: а) для партии I (приборы №1-3); б) для партии II (приборы №4-7)
При влиянии повышенной температуры на партию I наблюдается отжиг дефектов 100%
приборов (увеличение к21Э), то есть их релаксация,
и как следствие, уменьшение значения шумов [7].
Заключительным воздействием было дополнительное рентгеновское излучение дозой 5400Р (суммарная доза составила 14400Р), после
которой значение И21Э уменьшилось у 87% (№2-7).
Исключением является прибор №1, у которого
значение И21Э увеличилось, что повидимому
свидетельствует об увеличении числа поверхностных и обьемных дефектов в приборе после облучения.
Изменение НЧ шума от внешнего воздействия транзисторов типа КТ602БМ показано на рис. 2.
Из рис. 2 видно, что при воздействии на транзисторы рентгеновским излучением Б=3600Р значение НЧ шума уменьшилось у приборов №1-6 на обоих переходах, что повидимому связано с энергетическим положением дефектов в запрещенной зоне полупроводника [5]. Исключением является прибор №7 на переходе коллектор-база, у которого НЧ шум увеличился, что можно обьяснить наличием дополнительно внесенных поверхностных и обьемных дефектов после облучения.
После дополнительного облучения дозой 9000Р значение НЧ шума увеличилось у большинства приборов (№1-3,5-7 на обоих переходах), также можно обьяснить наличием дополнительно внесенных поверхностных и обьемных дефектов после облучения. Исключением является прибор №4 на переходе эмиттер-база, у которого НЧ шум уменьшился.
Вследствие длительного отжига (21 сутки при нормальной темперетуре) значение НЧ шума уменьшилось у приборов №2,7 на переходе эмиттер-база и №1,4,5,7 на переходе коллектор-база вследствии отжига дефектов [6]. У остальных
приборов значение иЩш увеличилось, что
показывает недостаточность этого времени для релаксации дефектов.
При воздействии ЭСР напряжением 1700В значение НЧ шума уменьшилось у №1,3-7 на переходе эмиттер-база и №1-7 на переходе коллектор-база возможно из-за компенсации одних дефектов другими.
При влиянии повышенной температуры на партию I наблюдался отжиг дефектов: 100% на переходе эмиттер-база и 33% на переходе коллектор-база, то есть их релаксация, и как следствие, уменьшение значения шумов [7]. Исключением является приборы №1,2 на переходе к-б, увеличение шума которых можно предположительно обьяснить недостаточностью времени отжига.
а)
б)
г)
Рис. 2. Зависимость значения напряжения
низкочастотного шума транзисторов типа КТ602БМ от внешнего воздействия: а) партия I (приборы № 1-3) для перехода эмиттер-база; б) партия II (приборы № 4-7) для перехода эмиттер-база; в) партия I для перехода коллектор-база; г) партии II для перехода коллектор-база
Заключительным воздействием было дополнительное рентгеновское излучение дозой 5400Р (суммарная доза составила 14400Р), после которой значение НЧ шума увеличилось у 100% на переходе эмиттер-база и №1,4,7 на переходе коллектор-база из всех приборов, что повидимому свидетельствует об увеличении числа поверхностных и обьемных дефектов в приборе
после облучения. Уменьшение значения иШ от
облучения приборов на переходе к-б возможно связано с энергетическим положением дефектов в запрещенной зоне полупроводника.
Таким образом, при воздействии определенной комбинации внешних
«раздражителей» (рентгеновского излучения,
длительного отжига, ЭСР, отжига и рентгеновского излучения) значение НЧ шума в итоге незначительно уменьшилось по сравнению с первоначальным у приборов № 1-3,5,7 на переходе
э-б и № 2-6 на к-б, а значение й21Э уменьшается у
большинства приборов (№2-7).
Литература
1. Врачев А.С. Синтез сигнала со спектром 1^ типа на основании механической модели износа // Мат. докл.
науч. - техн. сем. «Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах». М.: 1997. - 114 - 121с.
2. Аронов В.Л. полупроводниковые приборы: Транзисторы, справочник / В.Л. Аронов, А.В. Баюков, А.А. Зайцев и др. ; под ред. Н.Н. Горюнова. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 904 с.
3. Горлов М.И. Электростатические заряды в электронике / М.И. Горлов, А.В. Емельянов, В.И. Плебанович. - Мн.: Бел наука, 2006. - 295 с.
4. Воробьев И.В. Сопоставление уровней
производства заводов-изготовителей мощных транзисторов методом шумовой диагностики / И.В. Воробьев, А.С. Врачев, А.К. Нарышкин, Н.А. Чарыков // Мат. Докл. Науч.-техн. Сем. «Шумовые и
деградационные процессы в полупроводниковых приборах». М.: 1993. - С. 38 - 39
5. Горюнов Н.Н. Влияние гамма - излучения на шумовые характеристики КМОП - структур / Н.Н. Горюнов, А.В. Паничкин // Мат. докл. науч. - техн. сем. «Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах». М.: 1995. - С. 247 - 257.
6. Чернышев А. А. Основы надежности полупроводниковых приборов и интегральных микросхем / А.А. Чернышев. - М.: Радио и связь, 1988. -256 с.
7. Горлов М. И. Отжиг электростатических дефектов / М.И. Горлов, А.В. Ануфриев // Известие вузов. Электроника. - 2001. - №2. - С. 35 - 39.
Воронежский государственный технический университет
INFLUENCE OF X-RAY RADIATION ON ELECTRIC PARAMETERS OF TRANSISTORS
KT602
M.I. Gorlov, D.J. Smirnov, E.A. Antonova
Influence of x-ray radiation on parametres of bipolar transistors KT602 is studied Key words: the transistor, x-ray radiation, low-frequency noise
