RU2602416C1 - Method for determining resistance of microwave semiconductor devices to effect of ionizing radiations - Google Patents

Method for determining resistance of microwave semiconductor devices to effect of ionizing radiations Download PDF

Info

Publication number
RU2602416C1
RU2602416C1 RU2015133038/28A RU2015133038A RU2602416C1 RU 2602416 C1 RU2602416 C1 RU 2602416C1 RU 2015133038/28 A RU2015133038/28 A RU 2015133038/28A RU 2015133038 A RU2015133038 A RU 2015133038A RU 2602416 C1 RU2602416 C1 RU 2602416C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
noise
cycle
integral
increment
dose
Prior art date
Application number
RU2015133038/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Георгиевич Усыченко
Владимир Николаевич Вьюгинов
Александр Григорьевич Гудков
Владимир Анатольевич Добров
Татьяна Юрьевна Кудряшова
Сергей Анатольевич МЕШКОВ
Александр Владимирович Мещеряков
Иван Николаевич Маржановский
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Priority to RU2015133038/28A priority Critical patent/RU2602416C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2602416C1 publication Critical patent/RU2602416C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: invention can be used for rejecting semiconductor devices. Core of invention is feeding to each device from a group of single-type instruments with constant supply voltages, applying a sequence of cycles of ionizing radiation, the dose of which is accumulated in each cycle in order to obtain caused by it increment of integral low-frequency noise of the device over the noise of its initial state, analyzing the increments of integral noise with growth of the cumulative dose, determining the increment of integral noise achieved by the moment of completion of the M-th cycle, from which there is the start of a firm registration of change of operating current of the device, rejecting instruments of those types, in which the average value of integral noise increment per a dose unit achieved by the moment of completion of the M-th cycle is higher than that of other types instruments.
EFFECT: provided is higher reliability of determining resistance of semiconductor devices to infiltrating ionizing radiations.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к полупроводниковой технике, а именно к способам отбраковки тех типов полупроводниковых приборов (ПП), которые недостаточно стойки к воздействию ионизирующих излучений (ИИ). Это особенно важно применительно к типам сверхвысокочастотных ПП (смесительные и детекторные диоды, биполярные и полевые транзисторы, микросхемы сверхвысокой частоты (СВЧ), и т.п.), которые используются в высокочувствительных приемных устройствах и высокостабильных передающих устройствах космических аппаратов.The invention relates to semiconductor technology, and in particular to methods of rejecting those types of semiconductor devices (PP) that are not sufficiently resistant to ionizing radiation (AI). This is especially important in relation to the types of microwave transmitters (mixing and detector diodes, bipolar and field effect transistors, microwave circuits, microwave, etc.), which are used in highly sensitive receivers and highly stable transmitting devices of spacecraft.

Под приборами разных типов будем понимать приборы одного класса или подкласса, которые выполнены по разным технологиям, различаются свойствами полупроводникового материала, металлизацией, контактами, конструкцией, геометрией и т.п., а также наименованиями. Например, среди приборов подкласса кремниевые биполярные транзисторы СВЧ имеются типы 2Т3120А, 2Т3132А, 2Т990-2, 2Т996-2 и т.д., которые отличаются друг от друга основными характеристическими параметрами: напряжением питания, током, мощностью, верхней рабочей частотой и т.п.By devices of different types, we mean devices of the same class or subclass, which are made using different technologies, differ in the properties of the semiconductor material, metallization, contacts, construction, geometry, etc., as well as the names. For example, among the devices of the subclass silicon bipolar microwave transistors there are types 2T3120A, 2T3132A, 2T990-2, 2T996-2, etc., which differ from each other in the main characteristic parameters: supply voltage, current, power, upper operating frequency, etc. P.

Воздействие ИИ приводит к образованию разнообразных дефектов как в полупроводниковом материале прибора, так и в созданных на его базе структурах (переходы, барьеры, контакты и т.п.), которыми определяются характеристики ПП. Известно, что энергетический спектр низкочастотного шума содержит информацию о всех видах дефектов, и единичных (точечных), и протяженных, таких как дислокации, их скопления, границы зерен, кластеров (см. Жигальский Г.П., Флуктуации и шумы в электронных твердотельных приборах. М., Физматлит, 2012, с.90-98, 295-297, 464-492).The effect of AI leads to the formation of various defects both in the semiconductor material of the device and in the structures created on its basis (transitions, barriers, contacts, etc.), which determine the characteristics of the PP. It is known that the energy spectrum of low-frequency noise contains information about all types of defects, both single (point) and extended, such as dislocations, their clusters, grain boundaries, clusters (see Zhigalsky G.P., Fluctuations and noise in electronic solid state devices M., Fizmatlit, 2012, p. 90-98, 295-297, 464-492).

Рост числа дефектов, возникающих при старении ПП, или создаваемых любыми видами воздействий, ведет к деградации прибора. В процессе деградации ПП интенсивность его низкочастотных шумов может меняться на порядки, в то время как значения токов или иных параметров меняются на единицы процентов (см. Закгейм А.Л. и др. Физика и техника полупроводников, 2012, т. 46, вып. 2, с. 219-224). Таким образом, низкочастотный шум является наиболее чувствительным индикатором роста дефектов и деградации прибора.An increase in the number of defects that occur during the aging of PPs, or created by any type of exposure, leads to degradation of the device. In the process of PP degradation, the intensity of its low-frequency noise can vary by orders of magnitude, while the values of currents or other parameters change by units of percent (see Zakheim A.L. et al. Physics and Technology of Semiconductors, 2012, v. 46, no. 2, p. 219-224). Thus, low-frequency noise is the most sensitive indicator of the growth of defects and degradation of the device.

Технологические операции, применяемые для изготовления ПП, также создают дефекты. Чем больше дефектов, тем больше низкочастотный шум, тем меньше надежность ПП.Technological operations used for the manufacture of PP, also create defects. The more defects, the greater the low-frequency noise, the lower the reliability of the software.

Известен способ отбраковки мощных светодиодов на основе InGaN/GaN посредством измерения спектральной плотности шума на частотах 1-10 Гц (см. RU №2523105, кл. H01L 33/30, 20.07.2014).A known method of rejecting high-power LEDs based on InGaN / GaN by measuring the spectral density of noise at frequencies of 1-10 Hz (see RU No. 2523105, class H01L 33/30, 07.20.2014).

Шум каждого светодиода измеряется в ограниченных диапазонах температур и плотностей токов до и после проведения процесса старения светодиода, осуществляемого в течение времени не менее 50 часов. Светодиоды со сроком службы менее 50000 часов выявляют по превышению уровня спектральной плотности низкочастотного шума после процесса старения более чем на порядок по сравнению с значениями до процесса старения.The noise of each LED is measured in a limited range of temperatures and current densities before and after the aging process of the LED, carried out for at least 50 hours. LEDs with a service life of less than 50,000 hours are detected by exceeding the level of spectral density of low-frequency noise after the aging process by more than an order of magnitude compared to the values before the aging process.

Недостатком известного способа является его узкая применимость для отбраковки только ненадежных InGaN/GaN светодиодов. Для отбраковки других классов и даже типов ПП, например, красных светодиодов, способ не годится.A disadvantage of the known method is its narrow applicability for rejecting only unreliable InGaN / GaN LEDs. For rejecting other classes and even types of PCBs, for example, red LEDs, the method is not suitable.

Известен способ сравнительной оценки надежности интегральных схем (см. RU №2492494, кл. G01R 31/26, 27.01.2012) по среднеквадратичному напряжению шума на частотах менее 200 Гц, измеряемому в цепи питания микросхемы. Менее надежными считаются микросхемы, у которых шумы больше.A known method for a comparative assessment of the reliability of integrated circuits (see RU No. 2492494, class G01R 31/26, 01/27/2012) by the rms noise voltage at frequencies less than 200 Hz, measured in the power circuit of the chip. Microcircuits with more noise are considered less reliable.

В известных способах низкочастотный шум используется как индикатор качества и надежности приборов, изготовленных в процессе производства. Однако технологические дефекты существенно отличаются от дефектов, создаваемых ИИ: по структуре, по физическим свойствам, по местам локализации, по информативности спектрального состава, по способам выявления и т.д. Оба описанных способа не приспособлены для оценки стойкости ПП к воздействию ионизирующих излучений, а лишь подтверждают возможность использования низкочастотного шума в качестве индикатора дефектов в ПП.In known methods, low-frequency noise is used as an indicator of the quality and reliability of devices manufactured in the production process. However, technological defects significantly differ from defects created by AI: in structure, in physical properties, in places of localization, in the information content of the spectral composition, in detection methods, etc. Both of the described methods are not suitable for assessing the resistance of PP to the effects of ionizing radiation, but only confirm the possibility of using low-frequency noise as an indicator of defects in the PP.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении достоверности определения стойкости к проникающим ИИ сверхвысокочастотных ПП разных типов и подклассов посредством использования низкочастотных шумов, спектральная плотность которых чувствительна к различным дефектам, возникающим в объеме любого ПП при воздействии проникающих ИИ, начиная с доз, которые на два-три порядка меньше необходимых для изменения значений основных параметров ПП. К проникающим ИИ будем относить потоки энергичных протонов, нейтронов, электронов, гамма квантов и т.д., глубина проникновения которых в материал, из которого изготовлен ПП, намного превышает размеры ПП.The technical result to which the invention is directed is to increase the reliability of determining the resistance to penetrating AI of microwave RFs of various types and subclasses by using low-frequency noise, the spectral density of which is sensitive to various defects that occur in the volume of any RFI when exposed to penetrating AI, starting with doses , which are two to three orders of magnitude less than necessary to change the values of the main parameters of the software. We will refer to penetrating AI the fluxes of energetic protons, neutrons, electrons, gamma quanta, etc., whose penetration depth into the material of which the PP is made is much larger than the size of the PP.

Указанный технический результат достигается тем, что Способ определения стойкости полупроводниковых приборов СВЧ к воздействию ионизирующих излучений реализуется при подаче на каждый прибор из группы однотипных приборов неизменных напряжений питания, приложении последовательности циклов ионизирующего излучения, доза которого накапливается в каждом цикле с тем, чтобы получить вызванное ею приращение интегрального низкочастотного шума прибора над шумами его исходного состояния; анализе приращений интегрального шума с ростом накопленной дозы, определении приращения интегрального шума, достигнутого к моменту окончания М-го цикла, с которого начинают уверенно фиксироваться изменения рабочего тока прибора, выбраковке приборов тех типов, у которых среднее значение приращения интегрального шума на единицу дозы, достигнутое к моменту окончания М -го цикла, оказывается больше, чем у приборов других типов.The specified technical result is achieved by the fact that the Method for determining the resistance of microwave semiconductor devices to the effects of ionizing radiation is implemented by applying constant voltage to each device from the group of the same type of devices, applying a sequence of cycles of ionizing radiation, the dose of which accumulates in each cycle in order to get caused by it increment of the integrated low-frequency noise of the device over the noise of its initial state; analysis of integral noise increments with increasing accumulated dose, determining integral noise increments reached by the end of the Mth cycle, from which changes in the operating current of the device begin to be confidently recorded, culling devices of those types that have an average value of the integral noise increment per unit dose achieved by the end of the Mth cycle, it turns out to be more than that of devices of other types.

Изобретение будет понятно из последующего описания и приложенных к нему чертежей.The invention will be apparent from the following description and the accompanying drawings.

На фиг. 1 показан вид энергетических спектров низкочастотного шума ПП, нормированных на квадрат тока.In FIG. Figure 1 shows a view of the energy spectra of low-frequency noise PP, normalized to the square of the current.

На фиг. 2 приведены статические характеристики биполярного транзистораIn FIG. 2 shows the static characteristics of a bipolar transistor

Обозначим через S1(F), [А2/Гц] энергетический спектр низкочастотных шумов тока ПП, измеренный при токе I на частоте анализа F. Введем энергетический спектр этих же шумов, нормированных на квадрат тока:

Figure 00000001
, [1/Гц]. Характерная для сверхвысокочастотных ПП форма энергетических спектров шума изображена на фиг. 1 в двойном логарифмическом масштабе. Кривые призваны отобразить лишь форму спектров, поэтому ось ординат отражает порядок изменений безотносительно к какому-либо типу ПП и реальному уровню его шума. На высоких частотах спектр шума равномерный. Информативным является тот участок спектра, на котором с уменьшением частоты анализа F интенсивность шумов, часто называемых фликкерными шумами, возрастает в среднем пропорционально 1/F. Иногда измеренные зависимости могут иметь плавные отклонения от закона 1/F, вызванные вкладом генерационно-рекомбинационных шумов, возникающих при взаимодействии носителей заряда с многочисленными ловушками, залегающими в запрещенной зоне полупроводника на одном уровне. Все составляющие фликкерного шума, принадлежащие любой частоте, имеют примерно одинаковую информационную ценность.We denote by S 1 (F), [A 2 / Hz] the energy spectrum of low-frequency noise of the PP current measured at current I at the analysis frequency F. Let us introduce the energy spectrum of the same noise normalized to the square of the current:
Figure 00000001
, [1 / Hz]. The shape of the energy spectra of noise, characteristic of microwave frequencies, is shown in FIG. 1 on a double logarithmic scale. The curves are designed to display only the shape of the spectra, so the ordinate axis reflects the order of changes regardless of any type of PP and the real level of its noise. At high frequencies, the noise spectrum is uniform. Informative is the part of the spectrum in which, with a decrease in the analysis frequency F, the intensity of the noise, often called flicker noise, increases on average in proportion to 1 / F. Sometimes the measured dependences can have smooth deviations from the 1 / F law, caused by the contribution of generation-recombination noises arising from the interaction of charge carriers with numerous traps lying in the band gap of the semiconductor at the same level. All components of flicker noise belonging to any frequency have approximately the same information value.

Кривая 0 на фиг. 1 характеризует шумы ПП в исходном состоянии, т.е. до облучения, кривая 1 - шумы после первого цикла воздействия, кривая 2 - шумы после второго цикла воздействия.Curve 0 in FIG. 1 characterizes PP noise in the initial state, i.e. before irradiation, curve 1 - noise after the first exposure cycle, curve 2 - noise after the second exposure cycle.

По формулеAccording to the formula

Figure 00000002
Figure 00000002

вычисляется безразмерный интегральный низкочастотный шум исходного состояния. Множитель F в подынтегральном выражении, уравнивает информационный вклад всех составляющих фликкерного шума, попадающих в полосу интегрирования ΔF.the dimensionless integral low-frequency noise of the initial state is calculated. The integer F factor equalizes the information contribution of all the flicker noise components that fall into the integration band ΔF.

Из формулы следует, что безразмерный интегральный шум не зависит от токов и напряжений, а его значение определяется числом разнообразных дефектов и интенсивностью их воздействия на ток прибора. Если интегральный шум умножить на полное число носителей заряда, участвующих в переносе тока I, то получим интегральную форму известного коэффициента Хоуге, который широко используется для оценки степени дефектности полупроводниковых материалов и приборов, см., например, Н.М. Шмидт и др. ФТП, 2004. Т. 38, вып. 9, с. 1036-1038.From the formula it follows that the dimensionless integral noise does not depend on currents and voltages, and its value is determined by the number of various defects and the intensity of their impact on the current of the device. If the integral noise is multiplied by the total number of charge carriers participating in the current transfer I, we obtain the integral form of the well-known Houge coefficient, which is widely used to assess the degree of defectiveness of semiconductor materials and devices, see, for example, N.M. Schmidt et al. FTP, 2004.V. 38, no. 9, p. 1036-1038.

На фиг. 1 полоса ΔF интегрирования ограничена вертикальными штрихпунктирными линиями. Равномерный участок шумового спектра не содержит информацию о дефектах в ПП, поэтому включать его в полосу ΔF не следует. В области низких частот границу ΔF желательно приближать сколь угодно близко к нулевой частоте; на практике же она упирается в возможности используемого анализатора спектра.In FIG. 1 band ΔF integration is limited by vertical dash-dotted lines. The uniform section of the noise spectrum does not contain information about defects in the PP; therefore, it should not be included in the ΔF band. In the low frequency region, it is desirable to bring the ΔF boundary closer to the zero frequency arbitrarily close; in practice, it rests on the capabilities of the spectrum analyzer used.

Для измерения спектральной плотности S1(F) низкочастотного шума используется цифровой анализатор спектра, в состав которого входят малошумящий усилитель с фильтром, формирующим необходимую полосу пропускания ΔF, и аналого-цифровой модуль E20-10, соединенный через USB с персональным компьютером, снабженным программным обеспечением «PowerGraph». Значение спектральной плотности шумов определяется с помощью быстрого преобразования Фурье. Вычисление интегрального шума и вся дальнейшая обработка результатов измерений осуществляются по специальной программе, написанной на базе системы MatLab.To measure the spectral density S 1 (F) of low-frequency noise, a digital spectrum analyzer is used, which includes a low-noise amplifier with a filter that forms the necessary bandwidth ΔF, and an analog-to-digital module E20-10 connected via USB to a personal computer equipped with software "PowerGraph". The value of the spectral density of the noise is determined using the fast Fourier transform. The calculation of integral noise and all further processing of the measurement results are carried out according to a special program written on the basis of the MatLab system.

Кривые 1 и 2 на фиг. 1 - это спектры шумов, измеренные после последовательных циклов воздействия ионизирующими излучениями, глубина проникновения которых в материал, из которого изготовлен ПП, намного превышает размеры ПП. Циклов воздействия может быть значительно больше двух. После каждого цикла шумы измеряются при тех же значениях приложенных к ПП напряжений, при которых измерялся шум исходного состояния. После каждого измерения находится интегралCurves 1 and 2 in FIG. 1 are noise spectra measured after successive cycles of exposure to ionizing radiation, the penetration depth of which into the material of which the PP is made is much larger than the size of the PP. Cycles of exposure can be significantly more than two. After each cycle, the noise is measured at the same values of the voltage applied to the PP at which the noise of the initial state was measured. After each measurement is the integral

Figure 00000003
Figure 00000003

где m=0, 1, 2, …, M - номер цикла, включая исходное (нулевое) состояние и завершающий цикл M.where m = 0, 1, 2, ..., M is the cycle number, including the initial (zero) state and the final cycle M.

Измерения начинаются с подачи доз ИИ, которые на два-три порядка меньше необходимых для появления признаков деградации основных параметров ПП. Первым информативным циклом является цикл m=1, по окончании которого значение интеграла J, уверенно превысит значение J0 интегрального шума исходного состояния, например, вдвое. С каждым последующим циклом доза ИИ увеличивается в определенное число раз. По окончании испытаний строится зависимость Jm(Dm) значений Jm интегрального шума от накопленной дозы Dm. По этой зависимости находится средняя скорость роста интегрального шумаMeasurements begin with the delivery of doses of AI, which are two to three orders of magnitude less than necessary for the appearance of signs of degradation of the main parameters of PP. The first informative cycle is the cycle m = 1, at the end of which the value of the integral J will surely exceed the value J 0 of the integral noise of the initial state, for example, twice. With each subsequent cycle, the dose of AI increases a certain number of times. At the end of the test, the dependence J m (D m ) of the integral noise values J m on the accumulated dose D m is built . From this dependence, the average growth rate of integral noise is found

Figure 00000004
,
Figure 00000004
,

порождаемого дефектами, возникающими только под воздействием ИИ. Действительно, шумы исходного состояния приведенная формула исключает. Менее стойкими к воздействию ИИ считаются ПП, у которых значение VМ,0 скорости роста интегрального шума больше. Соответственно, менее стойкими к воздействию ИИ считаются те типы ПП, у которых значение 〈VМ,0〉 скорости роста интегрального шума, усредненное по числу обследованных приборов, больше, чем у приборов других типов.generated by defects that occur only under the influence of AI. Indeed, the above formula excludes the noise of the initial state. PPs are considered less resistant to the effects of AI, in which the value of V M, 0, the growth rate of the integral noise is greater. Correspondingly, those types of PP are considered less resistant to the effects of AI for which the value 〈V M, 0 〉 of the integral noise growth rate, averaged over the number of examined devices, is greater than that of other types of devices.

Для каждого ПП конечным является цикл М, по окончании которого уверенно фиксируются изменения характеристических параметров ПП, в первую очередь - тока прибора. Вплоть до М-го цикла низкочастотный шум является основным индикатором роста дефектов, порождаемых ИИ. После М-го цикла шумовые измерения могут продолжаться с целью отыскания корреляций с поведением других параметров.For each PP, the final cycle is M, at the end of which confidently recorded changes in the characteristic parameters of the PP, primarily the current of the device. Up to the Mth cycle, low-frequency noise is the main indicator of the growth of defects caused by AI. After the Mth cycle, noise measurements can continue in order to find correlations with the behavior of other parameters.

Дополнительную информацию о динамике деградации ПП можно получить, анализируя скорость роста шума при переходе от произвольного цикла m-1 к следующему циклу m, которую определяют по формулеAdditional information on the dynamics of PP degradation can be obtained by analyzing the noise growth rate during the transition from an arbitrary cycle m-1 to the next cycle m, which is determined by the formula

Figure 00000005
,
Figure 00000005
,

где Dm-1 и Dm - дозы излучения, полученные прибором в (m-1)-м и m-м циклах соответственно. Можно также получить информацию о начальной скорости деградации ППwhere D m-1 and D m are the radiation doses received by the device in the (m-1) m and m m cycles, respectively. You can also get information about the initial rate of degradation of PP

Figure 00000006
,
Figure 00000006
,

зная дозу Dm, после получения которой интегральный шум Jm-J0 возрос над шумами исходного состояния, например, на 10 дБ. При этом чем меньше значение Dm, тем выше скорость деградации на начальном этапе.knowing the dose D m , after receiving which the integral noise J m -J 0 increased above the noise of the initial state, for example, by 10 dB. Moreover, the lower the value of D m , the higher the rate of degradation at the initial stage.

После каждого цикла на ПП подаются одни и те же напряжения питания, желательно такие, при которых в токе ПП проявляется наибольшее количество источников шума. Например, в прямом токе диода могут проявлять себя два источника шума, одним из которых является барьер (переход), другим - сопротивление базы и контактов. Ток диода описывается формулойAfter each cycle, the same supply voltages are applied to the PCB, preferably those at which the largest number of noise sources appear in the PCB current. For example, in the direct current of a diode, two noise sources can manifest themselves, one of which is a barrier (transition), the other is the resistance of the base and contacts. The diode current is described by the formula

Figure 00000007
,
Figure 00000007
,

где q - абсолютное значение заряда электрона, k - постоянная Больцмана, T - температура диода, n - коэффициент идеальности барьера, от которого зависит интенсивность низкочастотного шума барьера; Ub=Ud-IR - напряжении на барьере, где Ud - напряжение на диоде, R - сопротивление базы диода. При малых токах на экспоненциальном участке ВАХ проявляются шумы барьера. Шумы сопротивления базы начнут проявляться при повышенных значениях тока, т.е. на участке ВАХ, на котором экспоненциальный рост тока меняется на линейный.where q is the absolute value of the electron charge, k is the Boltzmann constant, T is the diode temperature, n is the ideality coefficient of the barrier, on which the intensity of the low-frequency noise of the barrier depends; U b = U d -IR is the voltage at the barrier, where U d is the voltage at the diode, R is the resistance of the diode base. At low currents, barrier noise appears on the exponential portion of the I – V characteristic. Base resistance noise will begin to appear at higher current values, i.e. in the I – V characteristic, in which the exponential increase in current changes to linear.

При испытании транзисторов наиболее информативным является режим вблизи тока насыщения. На фиг. 2 на примере ВАХ биполярного транзистора эта область помечена вертикальной штриховой линией. Значения тока базы IБ и напряжения UКЭ между коллектором и эмиттером выбираются такими, чтобы попасть в зону изгиба тока IК коллектора. В этом режиме в шумы тока коллектора соизмеримый вклад дают источники шума, локализующиеся как в области перехода эмиттер-база, так и в области коллекторного перехода. Подобные области имеются и у транзисторов других подклассов - полевых, с высокой подвижностью электронов и т.д.When testing transistors, the most informative mode is near the saturation current. In FIG. 2, using the I – V characteristic of a bipolar transistor as an example, this region is marked with a vertical dashed line. The values of the base current I B and the voltage U KE between the collector and the emitter are chosen so as to fall into the bend zone of the current I K of the collector. In this mode, noise sources localized both in the emitter-base transition region and in the collector transition region make a comparable contribution to the collector current noise. Similar areas exist for transistors of other subclasses - field, with high electron mobility, etc.

При неизменных напряжениях питания и накоплении достаточной дозы ИИ после M-го цикла начнет меняться ток ПП. Начиная с этой дозы, о скорости деградации ПП можно судить по изменению не только шумов, но и различных характеристических параметров прибора, таких как, токи, проводимости, ВАХ, подвижность носителей и т.п. Преимущество заявляемого способа в том, что он информативен, начиная с предельно малых доз, когда иные методы обнаружения дефектов нечувствительны.With unchanged supply voltages and the accumulation of a sufficient dose of AI, after the Mth cycle, the PP current begins to change. Starting from this dose, the rate of PP degradation can be judged by the change not only in noise, but also in various characteristic parameters of the device, such as currents, conductivities, I – V characteristics, carrier mobility, etc. The advantage of the proposed method is that it is informative, starting with extremely small doses, when other methods for detecting defects are insensitive.

Минимальная доза, после которой в эксперименте будет замечено первое уверенное возрастание интегрального шума (например, на 2 дБ), в каждом последующем цикле удваивается. Так продолжается до тех пор, пока не начнется деградация характеристических параметров ПП. В последующих циклах следят как за изменением интенсивности шума, так и за деградацией параметров прибора. В результате создается полная картина деградации ПП под воздействием ИИ, начиная с самых малых доз и заканчивая параметрическим или катастрофическим отказом.The minimum dose, after which the experiment will notice the first confident increase in integral noise (for example, by 2 dB), doubles in each subsequent cycle. This continues until the degradation of the characteristic parameters of the PP begins. In subsequent cycles, they monitor both the change in noise intensity and the degradation of the device parameters. As a result, a complete picture of PP degradation under the influence of AI is created, starting with the smallest doses and ending with a parametric or catastrophic failure.

Claims (1)

Способ определения стойкости полупроводниковых приборов СВЧ к воздействию ионизирующих излучений, заключающийся в подаче на каждый прибор из группы однотипных приборов неизменных напряжений питания, приложении последовательности циклов ионизирующего излучения, доза которого накапливается в каждом цикле с тем, чтобы получить вызванное ею приращение интегрального низкочастотного шума прибора над шумами его исходного состояния, анализе приращений интегрального шума с ростом накопленной дозы, определении приращения интегрального шума, достигнутого к моменту окончания М-го цикла, с которого начинают уверенно фиксироваться изменения рабочего тока прибора, выбраковке приборов тех типов, у которых среднее значение приращения интегрального шума на единицу дозы, достигнутое к моменту окончания М-го цикла, оказывается больше, чем у приборов других типов. A method for determining the resistance of microwave semiconductor devices to ionizing radiation, which consists in applying constant voltage to each device of the same type of device, applying a sequence of cycles of ionizing radiation, the dose of which is accumulated in each cycle in order to obtain an increment of the integrated low-frequency noise of the device caused by it noise of its initial state, analysis of increments of integral noise with increasing cumulative dose, determination of increment of integral noise a, achieved by the end of the Mth cycle, from which changes in the operating current of the device begin to be confidently recorded, culling devices of those types for which the average value of the integral noise increment per unit dose reached by the time the Mth cycle ends is greater than other types of appliances.
RU2015133038/28A 2015-08-07 2015-08-07 Method for determining resistance of microwave semiconductor devices to effect of ionizing radiations RU2602416C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015133038/28A RU2602416C1 (en) 2015-08-07 2015-08-07 Method for determining resistance of microwave semiconductor devices to effect of ionizing radiations

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015133038/28A RU2602416C1 (en) 2015-08-07 2015-08-07 Method for determining resistance of microwave semiconductor devices to effect of ionizing radiations

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2602416C1 true RU2602416C1 (en) 2016-11-20

Family

ID=57760069

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015133038/28A RU2602416C1 (en) 2015-08-07 2015-08-07 Method for determining resistance of microwave semiconductor devices to effect of ionizing radiations

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2602416C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5166625A (en) * 1990-05-17 1992-11-24 Commissariat A L'energie Atomique Automatic device for measuring the noise level of electronic components
US6476597B1 (en) * 2000-01-18 2002-11-05 Full Circle Research, Inc. Ionizing dose hardness assurance technique for CMOS integrated circuits
RU2251759C1 (en) * 2003-10-27 2005-05-10 Воронежский государственный технический университет Method for grading semiconductor devices
RU2309417C2 (en) * 2005-12-01 2007-10-27 Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" Method for detecting potentially unreliable bipolar transistors
RU2472171C2 (en) * 2009-12-02 2013-01-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" Method of sorting semiconductor articles
RU2538032C2 (en) * 2010-07-20 2015-01-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" Method for comparative assessment of reliability of batches of semiconductor articles

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5166625A (en) * 1990-05-17 1992-11-24 Commissariat A L'energie Atomique Automatic device for measuring the noise level of electronic components
US6476597B1 (en) * 2000-01-18 2002-11-05 Full Circle Research, Inc. Ionizing dose hardness assurance technique for CMOS integrated circuits
RU2251759C1 (en) * 2003-10-27 2005-05-10 Воронежский государственный технический университет Method for grading semiconductor devices
RU2309417C2 (en) * 2005-12-01 2007-10-27 Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" Method for detecting potentially unreliable bipolar transistors
RU2472171C2 (en) * 2009-12-02 2013-01-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" Method of sorting semiconductor articles
RU2538032C2 (en) * 2010-07-20 2015-01-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" Method for comparative assessment of reliability of batches of semiconductor articles

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5057441A (en) Method for reliability testing integrated circuit metal films
EP0260321B1 (en) Method for the examination of electrically active impurities of semiconductor materials or structures and measuring arrangement for carrying out the method
US8552754B2 (en) Method of testing reliability of semiconductor device
US9041417B2 (en) Noncontact determination of interface trap density for semiconductor-dielectric interface structures
US20030064533A1 (en) Method and apparatus for monitoring in-line copper contamination
Voitsekhovskii et al. Dopant in Near-Surface Semiconductor Layers of Metal–Insulator–Semiconductor Structures Based on Graded-Gap p-Hg 0.78 Cd 0.22 Te Grown by Molecular-Beam Epitaxy
Chobola Noise as a tool for non-destructive testing of single-crystal silicon solar cells
Tiedje et al. An rf bridge technique for contactless measurement of the carrier lifetime in silicon wafers
Abubakar et al. Stability of silicon carbide particle detector performance at elevated temperatures
RU2602416C1 (en) Method for determining resistance of microwave semiconductor devices to effect of ionizing radiations
JP5817236B2 (en) Method for evaluating metal contamination in semiconductor sample and method for manufacturing semiconductor substrate
CN108226088A (en) A kind of drug test method and device
US6524872B1 (en) Using fast hot-carrier aging method for measuring plasma charging damage
Litvinov et al. Complex method of diagnostics of diode-like quantum well heterostructures with use of low frequency noise spectroscopy
CN112786472B (en) Deep energy level transient spectrum testing method for dielectric temperature coefficient correction
CN109521295A (en) A kind of low dose rate irradiation damage enhancement effect determination method
RU2375719C1 (en) Method for radiation-induced determination of potentially unstable semiconductor products
Strokan et al. Transport of the charge carriers in SiC-detector structures after extreme radiation fluences
Kitani et al. Q (t)-measurements of electrically deteriorated polymeric materials under environmental testing
Magnone et al. Low-frequency noise measurement in silicon power MOSFETs as a tool to experimentally investigate the defectiveness of the gate oxide
Gorlov et al. Testing Semiconductor Products Using Low-Frequency Noise Parameters
Brueske et al. Investigation of the insulator layers for segmented silicon sensors before and after X-ray irradiation
Bohomolov et al. Optical and electrical noise in RGB LEDs in the mHz to kHz frequency band
JP2006013532A (en) Apparatus and method for detecting soft breakdown of dielectric layer of semiconductor wafer
Jevtic Low-frequency noise diagnostic of microelectronic devices

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20200212

Effective date: 20200212