автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Механизмы деградации кремниевых .... диодов и методы контроля их качества

еж

АКАДЕМИЯ наук украинской сср

институт шдупршодшкш

Для служебного.пользования

ЭКЗ. № /;}

На правах рукописи ' УД1{ 621,382,2.029

цщршиа щщшк викторшна тшщ деградщи крёшшш лпдир-ьи .и^юдсйз

И ШЮДО КОНТРОЛЯ ИХ КАЧЕСТВА

Ub.27.0I - твсрди'гелышй электроника и микроэлектроника

А в т о р й ф е р а т диссертации на иоискштс ученой стегшни кандидата тьхншшшшх: наук

- ЬлЛ

Работа выполнена ь {¡ииьскон н&учио-иееледоиатедьском институте "ОРИОН" и ь Институте полупроводников АН УССР.

Научные руководители: доктор технических иаук,

Лауреат Государственной премии УССР

■ • Р.В.КОНАКША

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, - ! Лауреат Государственной премии УССР

В,В,ИШ1И

Официальные оппоненты: чден-коррееповдент АН УССР,;

доктор физико-математических наук, профессор В.Г.ЛИТШЧШЖО кандидат физико-математических.наук, старший научный сотрудник " .. 13.М.ВОШ1Е

Ведущая организация - Научно-производственное объединение

"САТУРН" г.Киев

I Защита состоите' "21"__Ж)НЯ— 1991 г1- в 14 ЧЕС

на заседавши Специализированного совета К 0I6.2b.0I при Институте полупроводников АН УССР по адресу: 2ЬЙ6&0, ГСП, г.Киев-2В, пр. Науки, 45

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института иилупроводников' АН УССР. ■ •■

Автореферат разослан 20". . МЗЯ . Р>Э1г Ученый секретарь , ,

Специализированного еЬв'ети . А,Е,Беляев

ОНЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теин. Кремниевые ЛЦЦ и р- I -п диоды широко ис пользуются в современной СВЧ технике как активные элементы (534 генераторов, СВЧ генераторов шума, модуляторов и т.д. Принципиальные особенности диодов, условия эксплуатации, особенно жестки« ¡;ля ЛЦД ( Е > 105 В/смД\~ 200°С, 7> 104 А/см2), широкий диалп-эон внешних воздействий вызывают потребность глубокого изучения причин и механизмов развития отказов с целью их предотвращения. 1а всех стадиях жизненного цикла приборов для получения первичной тнформации применяются испытания до отказа в ускоренных режимах. )днако, форсированные испытания, основанные на использовании перенапряженных режимов работы диодов, как и ускоренные испытания !ри Повышенных температурах, нельзя считать неразругааицими. Поэтому в настоящее время все большее внимание уделяется развитии (етодов контроля и прогнозирования надежности по информативным ¡ераметрам, которые основаны на предположении о существовании спя 1И меаду надежностью и начальными значениями информативных пара-¡етров изделий. Обычно такие метода основаны на проведении неста-дартных измерений и исследований и несут информацию об интенсив-гасти процессов, приводящих к ухудшению основных эксплуатационных араметров. Они позволяют выявить те признаки, по которым можно удить о потенциальной ненадежности прибора. Основное преимущест-о методов электрофизического диагностирования заключается в юс кспрессности, большой достооерности и в том, что они являются ераз рушащими.

Большое значение для технических приложений, помимо дальне!1-его развития методов диагностики потенциально-ненадежных прибо-ов и прогнозирования срока службы, имеет также разработка спосо -ов повышения выходных параметров и стабилизации их во времени, ри решении этих задач наряду с технологическими (выбор защитны? атериалов для герметизации СВЧ диодов) в последнее время начали гзвиваться и другие методы, использующие активные воздействия, ним относится, в частности, метод воздействия на приборы ^ -квантами Со6®, в основе которого лежит процесс преобразоватш гфоктов в кристаллической решетке.

Перечисленные вше физические я технические проблемы были »дметом изучения в настоящей диссертации.

Цель и задачи работы. Целью работа являлось исследование !Хпшзмов деградации кремниет-с ЛПД со структурой р+-л~п'~ или

р'-р-и-н' и p-L-п диодов¡разработка неразрушаюцих методов контроля ;; определение информативных параметров для оценки качества р-п-переходов исследованных приборовj а также поиск путей устранения отказов приборов. JU« достижения этой цели в работе решались следующие основные задачи:

1. Разработка методов неразрушдацего контроля качества кремниевых ЛДЦ и p~L -п диодоь, позволяющих производить отбраковку потенциально-ненадежных диодов,

2. Выяснение механизмов деградации ШЧ диодов на основании исследований процессов, происходящих при долговременной наработке, а такие выяснение природы дефектов, приводящих к отказам.

3. Определение типа структурных дефектов, ответственных за высокий уровень избыточного тока в диодах« на основании сопоста-

вдёнмя результатов рентгеноструктурных исследований кремниевых

+

р -п-п структур о электрическими характеристиками созданных на их основе приборов.

4. Исследование влияния малых доз ^-радиации на электрические параметры кремниевых СВЧ диодов с целью разработки низкотемпературного метода очистки р-п-нереходов от точечных дефектов

Объекты исследования. В диссертации исследовались кремниевые ЛВД со структурами р+-п-н+ и р+-р-п-п+. В структурах р+-и-п1 р+-п-нереход создавался диффузией йсра в епитаксиальный н-слой кремниевой и'-п пластины. Для стр^-сгур р'-р-н-п+ 6ui использован ооитаксиальный метод получения р-п-перехода. Контактом для обоих тшшв структур к р+-слоо служила система ыеталлизацииТ! -Р<А~Ai. или Cr-Pt-Au , к п+-слою - 'Tl-6-Ri-Au, Концентрация легирующей примеси в п-слое ph~n-u' cipyiciyp составляла (3-5) -10*^ см*"3 или <1,7-1,9) -10^ в р- и n-слиях р^-р-п-п1 - (3,3 -

- 4,0) 1035 см"-3 и (3,U - 3,b)-JU16 см-3, соответственно. В р--L-п диодах концентрация легирующей примеси в высокоошшм слое лежала в диапазоне о - 2,5-Ю^ см-**; ширина базы у дио-дои из различных riap'inii была 1,0 - 5,2 мкм. Диаметр р-п-перкхо-да составлял, ь осношюы, 40-60 moi для ЛДЦ и 50-70 мкм цлн р-•■ i il диодов.

Научная HObiiJiiu. Установлен.), что доминирующей причиной це» |.ачац|ш кремниевщ )ШЦ с мноп.слойшм контактом (например, 1 î im au) ивляыоя об^зг.-ииние интермвталяических соединение • н| .¡кшпгипной ui.vtciii, н 'го нремн irait основной причиной

деградации параметров p-i -п диодов является возникновение про-»одяяих кяналов у поверхности.

Установлено, что краевые дислокации, проросшие из подложки 5 эпитаксиальный слой, ответственны за высокий уровень тушгельно-"о тока в Jliyt, снижение выходной ШЧ мощности и долговечности ди-)Дов при их плотности ь Ш4 см"^. Такая же плотность дислокацион-шх петель в подложке не приводит к ухудшению характеристик ЛВД.

Обнаружено, что значительный уровень спектральной плотности ющности шума характерен для ЛПД с высоким уровнем туннельной [омпонента тока. Это является следствием роста флуктуаций обрат-[ого тока, приводящего к дополнительным флуктуациям лавинного тога.

Впервые п р-t -п диодах экспериментально исследовано плия-1ие концентрации примеси в базе и ширины базы на величину критической плотности тока ХКр импульсных БАХ.^Установлено, что в I-Í -п диодах возникновение (при Т ~ Хир ^обусловлено схемным арядом неравновесных носителей тока, а при J > УКр , как пра-ило, наблюдается эффект шнурования тока.

Выяснена причина улучшения статических и динамических хара-теристик Кремниевых ЛДЦ при облучении |-квантами и пред-ожена модель радиационно-стимулированного преобразования дефек-ов.

Практическая ценность. Разработан способ отбраковки кремни-вых шумовых ДПД, защищенный а.с. № 1100586, позволяющий отбирать йоды с высоким уровнем (ВЧ шума непосредственно с кремниевой пастины.

Разработана установка для измерения импульсных ВАХ с дли-эльностьи импульсов 15-40 не, защищенная а.с. № II3400I, на азе которой созданы методики отбраковки р-1 -п диодов, а также 1ределения теплового сопротивления диодов и, соответственно, змпературы р-п-переходов.

Разработана методика, позволяющая по виду производных ВАХ области развития лавинного пробоя производить неразрушающий жтроль качества р-н-переходов и отбирать ЛДЦ с долговечностью фи Тр.,,.. = 200°С) вше 25 тыс.ч, в случае использования в мно->слойной контактной металлизации PcL . При использовании в поздней Pt данная методика позволяет отобрать диоды со сред-га временем наработки до отказа О, 10^ ч.

Разработан и защищен n.c. 8J8J66 компаунд КЭН-Ic, исполь-

зииание которого в серийном производстве для защити ЩЦ и р~ I -п диодов позволило получить приборы, ¡задерживающие испытания ш вдагоустойчивость по X и УШ степеням жесткости ГОСТа £;().£/?,406--81, соответственно.

Основные положении, вшосимце на ааарт.у,

I. Основной причиной деградации кремниевых Л1Щ является ухудшений ьлектричеейоги и теплового сопротивления контактов вследствие взаимной диффузии материалов контакта и кремния. Энергия активации процесса деградации ДВД в случае контакта Тс - Рс1 ~Аи (к р'*-слою) составила 0,6 зВ, Использование контакта С^-Р1~Аи позволило увеличить энергию активацию процесса деградаций А° 1.2 оВ и достигнуть среднего времени наработки на отказ 4-10 ч. Катастрофические отказы кремниевых ЛСД связаны с закорачиванием р-п-перехода проводящим каналом, образующимся вследствие шцуро-ьания тока в области локальной неоднородности.

«,. Высокий уровень обратного тика в кремниевых /ШД с плотностью краевых дислокаций в подложке 7- 10 обусловлен тун-иелированием носителей в 0113 р-п-перехода через уровни в запрещенной зоне связанные с храевими дислок.ациями (многошаговое ту-инезшров&ние). Этот аффект сопровождается ростом флуктуаций обратного тока и, соответственно, флуктуации лавинного тока, что приводит к увеличению спектральной плотности мощности щума ЛСД.

3. впервые в кремниевых Ж1Д экспериментально обнаружено, предсказанное теорией отрицательного дифференциального сопротивления (ОДС), возрастание критической плотности тока тир импуль сиси ЬАХ ('Сц = 15 не) р-1-п диодов с ростом концентрации примеси в базе и ширины база. Эта зависимость свидетельствует о том, чти (ДС обусловлено сбъспнш ааредом неравновесных носителей тока. При 7 ° р-1 -и диодах происходит шнурование лавинного тока.

4. Эффект улучшения статических и динамических характеристик кремниевых ЛГЩ при облучении |-квантами Со^ обусловлен радиационно-стимулированным окиюи сложных рекомбинационних центров в кристалле, сопровождающимся изменением рекомбинационных и электрических параметров диодных структур.

Апробация работы. Основше результаты работы били доложеш иь всесоюзной совещании "Методы повышения надежности полупроводник .л. ых приборов" (Севастополь, ШЮ г.), на научно-технической

онференции "Оценка и обеспечение длительной работоспособности зделий электронной техники в радиоэлектронной аппаратуре народ-о-хозяйственного значения" (Севастополь, 1981 г.), на I Всесо-зной конкуренции "Физические основы надежности и деградации по-упрсводниковьк приборов" (Кишинев, 1982 г.), на 1У Международно!! ундской конференции по примесям с глубокими уровнями в полупро-одниквх (Венгрия, Эгер, 1983 г.), на IX Республиканском семина-з по физике и технологии тонких пленок (Ивано-Франковск, 1908 г.) а 1У Республиканской научно-технической конференции по методам иатестирования в задачах управления качеством и надежностью Чернигов, 1989 г.), на III Всесоюзной конференции по физика и эхнологии тонких полупроводниковых пленок (Ивано-Франковск, Э90 г.), на научных семинарах Института полупроводников АН УССР.

Публикации. По результатам выполненных исследований имеется L публикаций в центральной научной печати, 5 публикаций в мате-лалах Всесоюзных, Республиканской и Международной конференций и авторских "свидетельства.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из вве-гния, четырех глав, заключения, списка литературы и публикаций, риложений. Она изложена на 260 страницах, включая 70 рисунков, 5 таблиц и список литературы из 223 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика работы. Обоснована {туальность теш, сформированы цель и задачи исследований, ломаны научная новизна и практическая ценность результатов рабо-i, представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе изучена природа избыточного тока в кремниевых ¡ффуэионных диодах и его влияние на. динамические характеристики 1Д. В главе приведен краткий анализ теоретических зависимостей, фактерных для генерационно-рекомбинационного, лавинного и тун-гльного токов, а также тока поверхностной утечки. Обсуждена при-эда дефектов, ответстпонных за избыточные токи в р-п-переходе. ^смотря на большое число гипотез, тип дефектов и природа уровней, 5у с лов л ивающих избыточные токи п диодах с широким р-п-переходоч, ;о еще не выяснены однозначно. Поэтому в данной главе делается зпытка установить тип дефектов, обусловливающих избыточный ток диффузионных р-п-гомспороходпх с шириной области пространствен-

ноге заряда (003) более 1000 А.

Далее представлены экспериментальные результате исследования ПАХ кремниевых ЛДД и р-1 -и диодов с диффузионным р-п-пере-ходом. Экспоненциальный закон изменения избыточного обратного тока от напряжения и отсутствие наклона его температурной зависимости свидетельствовали о туннельной природе этого тока. Получено удовлетворительное согласие мевду экспериментальными и рассчитанными значениями избыточного тока в предположении туннельного механизма прохождения тока. Рассмотрены возможные пути тун нелирования носителей при обратном смещении в широких р-п-пере-ходах; через цепочку уровней в запрещенной зоне (многошаговое туннелирование) и через область локального сужения р-п-перехода.

Для выяснения природы дефектов, ответственных за туннельцу! компоненту тока, исследовано вдияние исходного структурного несовершенства подложки и выращенного на ней эпитаксиального слоя на электрические характеристики созданы.« на их основе ЖЩ. Сравнивались структуры, полученные на основе подложек: бездислока-циошшх, содержащих краевые дислокации с плотностью 1(Р - 10^ см"й или дислокационные петли. Тип дефектов определялся с помощью рентгеновских и металлографических методов. Показано, что ъь сокая плотность краевых дислокаций в подложке ( N > 1-10 см-*') вызывает появление туннельного тока и может обусловливать закора чиваниё р-п-переходов. В то же время такая же плотность дислокационных петель в подложке не приводит к ухудшению характеристик диодов. Существенно, что структуры, полученные на бездислокацион них подложках, характеризовались значительной величиной упругих напряжений. Это хорошо согласуется с расчетом згшры распределена напряжений (деформаций) ь системе. Показано, что снятию упругих напряжений способствует отжиг структур при 800°С в течение V час

Далее представлены результаты исследования динамических характеристик ЛЦД: СВЧ мощности и спектральной плотности мощности шума (С11МШ) диодов, в зависимости от величины и вида избыточного тока. Сшишние генерируемой СВЧ мощности с рортоы туннельной ком понон-гц тока обусловлено, очевщно, уменыиением запаздывания по фазе лавинного тока (6 <■ 90°) вследствие уменьшения времени раз пития лавиш. Обнаружена немонотонная (с максимумом) зависимость величины ИШ111 ЛЦД от уровня туннельной компоненты тока, что поа-воли'Ю разработать способ отбраковки шумовых ЛПД. Возрастание С11М11 сенчшю с ростом флуктуаций лавинного тока при появлении ка нала дни ауннс-лировашш, а послецуищее снижение СНМШ - с умень-

иием коэффициента ударной ионизации при значительном возраста-и туннельного тола.

Во второй главе содержится краткий анализ неразрушанщих медов контроля качества диодоп. Проанализированы достоинства и достатки данных методов. Показано, что наиболее перспективны-для анализа качества кремннееых ЛДЦ и р-1 -п диодов являются тоды модуляционного дифференцирования ВАХ и измерения импульс-к (изотермических) ВАХ. п

Анализ первой гш) и второй гш) производных ВАХ ис-здованнда кремниевых ЛДЦ позволил установить связь между X (17) ГШ) с выходными ШЧ параметрами и сроком службы диодов, вменить данный метод для изучения р-1 -п диодов не позволяло галение релаксационных колебаний в цепи диода, обусловленных эицательным дифференциальным сопротивлением на обратной ветви [.

Обнаружено, что долговечность ЛДЦ завися* от характера де-:тов в р-п-переходе, что отражается на виде I w) , I ' (U) (бсолптном разбросе напряжения пробоя л . Анализ этих паря-•ров совместно с результатами ускоренных испытаний (см. Главу позволил разработать методику отбраковки потещиально-ненадеж-кремниевых ЛПД к показать, например,, что максимальной должностью в исследояанноИ группе приборов обладают JIM, у кото-al/^p лежит в диапазоне дЦ,< аЦ^5 10<sl/T (лЦ, - рас-ное значение абсолютного разброса напряжений пробоя в случае ородного пробоя).

Далее в главе приведено описание аппаратуры, позволяющей педовать импульсные ВАХ кремниевых ЛСД и р-с -п диодов при -шальной длительности импульсов 15 но. Впервые эксперимента> изучено влияние концентрации примеси в базе и ширины базы )еличину критической плотности тока импульсной ВАХ. Ус-

илено, что в р-1 -п диодах увеличение концентрации примеси 1зе и ширины базы приводит к росту JHp , что хорошо согласу-i с теорией возникновения ОДС на ВАХ. Показано, что при J ¡некие напряжения на диоде происходит скачком, что объясняет-щурованием тока в р-1 -п диодах. Исследование импульсных ВАХ ЛДЦ показало, что полученное .анных характеристик дифференциальное сопротивление диода полет более точно рассчитать величину теплового сопротивления, ледовательно, и температуру Тр.л, необходимую для нормальной луатоции приборов.

е

Выбор совокупности информативных параметров, оказывающих рь шащее влияние на достоверность контроля, в большинстве случаев представляет собой очень сложив задачу. Он невозможен без изуче ния физических причин, механизмов отказов и подробного анализа ввдов отказов. Только такой подход позволяет выявить свнзь между значением параметра и надежностью изделий. Необходимую для этого информацию можно получить в ходе ускоренных испытаний самих иэде лий.

В третьей главе представлен краткий анализ работ, посьящен-них изучению проблемы надежности СВЧ диодов. В частности, в ней рассмотрено влияние на выходные параметры диодов и их долговечность структурного несовершенства эпитаксиальных пластин - присутствия в них дислокаций, дефектов упаковки, ввделений второй фазы, скопления атомов металлов, Далее проанализированы достоинства и недостатки различных типов контактных систем металлизации использующихся в кремниевых СВЧ диодах, и их влияние на долговая ность приборов. Рассмотрены конструктивные ({акторы, определяющие величину теплового сопротивления Я,г ЩД, и, следовательно, рабочую температуру р-п-перехода, а также влияние состояния поверхности на 'надежность СВЧ диодов.

Далее представлены экспериментальные результаты ускоренных испытаний на долговечность кремниевых ЛЩ с различным типом контактной металлизации к р^-слою -И-РсЬАи шш Сг~ Р1~/\и и металлизацией к п+~слою Ц-Сг-РсЬАи. Для диодов, с металлизацией к р+~слою содержащей Рс{ , среднее время наработки на отказ составляло ~ б-10 ч, В случае использования в составе металлизации в качестве барьерного металла Р1 , сроднее вреш наработки на отказ составило ~ 4-10® часов. Существенно, что такое вреш было характерно для ЛЦД, отобранных с испомьашани-ем разработанной методики отбраковки структурно-несовершенных р-п-переходов на базе метода дифференцирования'В АХ. Отказавшие при проведении ускоренных испытаний Л11Д были исследованы на рас-троьом электронном микроскопе в режиме вторичной электронной эмиссии. Наблюдались следующие виды отказав: нарушение целостности верхних слоев контактной металлизации или ее обвисанне, приводящее к закорачиванию р-п-перехода; закорачивание р-п-переходов по обьеиу и.чн поверхности в точке шнурования тока проводящим каналом.

Для исследования р- » -и диодов был использован, главным оо {¡иоы, ыьтод импульсных ИлХ (см. Главу И). При атом нре,потаили-

лось целесообразным увязать параметры измеряемых характеристик с качеством р-с-п диодов. Так, била обнаружена зависимость между величиной скачка напряжения на импульсной ВАХ (д\/ ) и числом катастрофических отказов р-Ь-п диодов и импульсном и статическом режимах при наступлении пробоя. Предлагается использование измерений импульсных ВАХ для оценки качества р-1-п диодов, при этом д1/ может служить информативным параметром при отбраковке структурно-несовершенных приборов.

Четвертая глава диссертации посвящена исследованию возможности повышения долговечности диодов. При этом изучалось влияние таких факторов, как структурное совершенство р-п-переходов, ради-ациошо-стимулированное генерирование точечных дефектов в апита-ксиальных слоях и защита поверхности полупроводниковых кристаллов от воздействия окружающей среды.

Особое место в технологии получения совершенной кристаллической структуры полупроводниковых приборов занимают высокотемпературные методы геттерирования дефектов и примесей из активных областей приборов. Недостатком последних являются такие нежелательные процессы, как изменение градиента концентрации легирующей примеси, появление термических напряжений и др. Поэтому практически важное значение имеет разработка низкотемпературных способов геттерирования дефектов, например, под воздействием жесткого ионизирующего излучения. С целью разработки низкотемпературного ме тода внутреннего генерирования дефектов в генераторных диодах, последние подвергались воздействию ^-квантов Со®®. Установлено, что в диапазоне доз 1-10^ - 8-Ю'' Р у диодов с высоким.уровнем обратного тока насыщения и низкой выходной СВЧ мощностью облучение вызывает снижение термогенерационного тока, увеличение диффуэиышой длины неосновных носителей заряда и увеличение' генерируемой мощности.

Большое значение для повышения долговечности диодов имеет защита поверхности р-н-переходов от воздейстаиа окружающей среды. В данной главе исследуются герметизирующие мааериалы для защити поверхности кремниевых СВЧ диодов. Рассчиташ значения ьле-ктроизоляционних характеристик: удельного объемного и поверхностного сопротивлений, электрической прочности материала, пригодного для герметизации исследуешх ЩЦ и р-Ь-и диодов с целью выбора оптимально*" герметизирующего материала. Были исследованы зависимости и изучены влагозащитные. свойстве* ир-емнийор

гшшчеоких ШОУ/и, К0-08, КОЧШ, КО-07) и полншшдннх (1Ш1-1,

С! 1-12} лаков, кремнийор»анических компаундов (ЮЭТ-1, КЭТ-2, КУТ--1н. КЭТ-2н, КЭТ-1с, ЮН-1с, КЭ11-4, КВЭН-13), фосфорносиликатно-го стекла, эластичного материала на основе пояиорганосилоксано-вого каучука "Эластосил 1110". Обнаружено, что наиболее устойчивыми к воздействию влаги оказались диоды, защищенные кремнийор-ганическими компаундами типа КЭТ и КЭН. Лучшими температурными характеристиками ( до 240°С не превышал 2-10"^)

обладают компаувд КЭТ-2 и разработанный компаувд КЭН-1с.

Исследовано влияние герметизации защитными материалами КЭТ--2, КЭН-4, 1Ш1-1. (как наиболее нагревостойких) и КЭТ-2* КЭНИс на характеристики ДИД и р-1-п диодов, соответственно. Установлено, что использование указанных материалов, за исключением КЭН-4, не приводит к ухудшению СВЧ параметров диодов, поэтому КЭТ-2, КЭН-1с и ИАИ-1 могут использоваться для герметизации ЛЦЦ и р-1-п диодов, Как показали результаты испытаний серийных р-1 -п диодов, их минимальная наработка, после защиты боковых поверхностей меза--структур компаундом !Ш~1с, стала составлять 15 тыс. часов.

Результаты настоящей работы использованы на п/я М—5191( п/я М-5159, п/я А-П20 и Ш1 АН УССР. Экономический эффект от внедрения результатов работы в производство составил 98,6 тыс. рублей п год.

вывода

Основное содержание работы заключается в том, что в ней изучен механизм деградации кремниевых ЛЦЦ и р-1-п диодов и разработаны эффективные методы контроля их качества.

Основные результаты работы могут быть сформулированы следующим образом.

I. В результате проведения ускоренных испытаний на долговечность ЛЦЦ с металлизацией Ть- Рс1-Аи, и Сг ~ Р"Ь-Аи. к р+-слою в форсированных режимах ( Тр п = 270, 280, 290°С) получены следующие результаты:

- определены значения энергии активации процесса деградации, которые оказались равными Е^» 0,6 эВ и 1,2 эВ для указанных типов металлизации, соответственно;

- впервые проведена оценка долговечности кремниевых ЛЦЦ с разной степенью дефектности р-п-перехода (разных групп классификации) и определен критерий годности - допустимое значение абсолютного разброса напряжений пробоя д I/ по площади р-п-перехода;

показало, что среднее время наработки до отказа ЛЦД с PL металлизацией и однородным р-п-пьреходом составляет^-10^ ч,- проведен анализ отказов диодов, в результате которого дегра-дационные отказы связываются с ухудшением качества омического и теплового контактов, процессом взаимной диффузии материала контакта и кремния; показано, что катастрофические отказы, в основном, связаны с закорачиванием р-п-перехода проводящим каналом, возникающим, по-видимому, вследствие шнурования тока.

2. Показано, что присутствие краевых дислокаций в^ подложке кремниевых р-п-п структур с плотностью выше МО cu~¿ приводит к значительному увеличению обратного тока, снижению выходной СВЧ мощности и долговечности ЛЯД. Такая же плотность дислокационных петель в подложке не вызывает ухудшения характеристик ЛЦД.

3. (¡равнение экспериментальной и расчетной обратной ветви ВАХ, содержащей туннельную компоненту тока, показало, что удовлетворительное согласие с экспериментом достигается в предположении модели многошагового туннелирования либо лонального сужения области пространственного заряда р-п-перехода.

4. Разработан способ отбраковки кремниеных ЛДЦ с высоким уровнем щума, в основе которого лежит обнаруженная в работе связь между величиной CIMií и уровнем избыточного обратного тока. Показано, что рост Т0£р диодов вначале сопровождается увеличением СИШ1, по-видимому, вследствие роста флуктуьций тока насыщения, приводящих к дополнительным флуктуация» лавинного тока. Дальнейший рост l0sp сопровождается снижением величины С1ШШ, вероятно, из-за уменьшения коэффициента ударной ионизации.

Выработаны критерии отбраковки шумовых ЛЛД по виду обратной статической ветви ВАХ, защищенные а,с. № 110058o, которое внедрено в серийное производство.

5. На основе анализа производных ПАХ проведена классификации >п-переходгв кремниевых ЛЛД по вицу и степени неоднородности ла-шнного пробоя. Установлено, что в Л11Д неоднородность развития швинного пробоя, характеризующаяся величиной д Ц1(1<<; I Ü не ока-¡ивает влияния на выходную СВЧ мощность и рабочую Частоту диодов. ' диодов с большим разбросом напряжения пробоя по площади диода

д U^ I В) генерируемая мощность часто существенно шьно, для шх характерны повышенный уровень (¿34 шумов и выгорание при рабо-iiix плотностях тока.

6. Показана, неэффективность иснользоьания метода диф}<;ры1-;11[юванил ВАХ для анализа качества p-i -п диоион в синаи с тем,

что у основной массы диодоь в режиме лавинного пробоя происходило шнурование тока, обусловленное отрицательным дифференциальным сопротивлением, и возникали релаксационные колебания.

7. Разработано устройство для измерения импульсных ВАХ диодов для длительности импульса 15-40 не, защищенное а.с. №1134001 с использованием которого проведено комплексное исследование импульсных ВЛХ кремниевых ЛЦЦ и р-и-п диодов.

Впервые экспериментально исследовано влияние концентрации примеси М0 . в базе и ширины базы х„ на величину критической плотности тока 7ир импульсной ВАХ (значение тока, при котором дифференциальное сопротивление импульсной ВАХ метет знак с положительного на отрицательный). Установлено, что в р-1-и диодах увеличение (\)0 и Х„ приводит к росту , что хорошо сог-

ласуется с теорией возникновения на ВАХ ОДС, обусловленного объемным зарядом носителей тока.

8. Для кремниевых Л11Д и р-с-п диодов рассчитаны значения удельного объемного и поверхностного сопротивлений, электрической прочности . Нр материалов, пригодных для герметизации.

Изучены влагозащитные и диэлектрические свойства кремнийор-ганических (КО-979, К0-08, 1(0-039, 1(0-87) и полиимидньк (11АИ-1, СП-12) лаков, кремнийорганических компаундов, фосфорносиликатно-го стекла, эластичного материала на основе иолиорганосилоксаново-го каучука "Эластосил 1110", Обнаружено, что наиболее устойчивыми к воздействию влаги оказались кремнийорганические компаувды тша КЭТ и КЭН, из которых лучшими температурными характеристиками ( Ь^ § до 240°С не превышает 2-10"^) обладают компаунп КЭТ-2 и, разработанный автором компаунд КЭН-1с, защищенный а.с. № 8181166.

9. Установлено, что использование компаунда ЮН-1с для защиты МЩ н р-1 -и диодов в серийном производстве позволяет получить приборн, выдерживающие испытания на влагоустойчивость по X и УШ степеням жесткости ГОСТа 20.57,406-81, соответственно, а также увеличить долговечность р-и-п диодов до 15 тыс. часов.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

I. Щербина Л.В., Рыбалка В.В. Некоторые особенности вольт-ямпо-рной характеристики кремниевых лавинно-пролетннх дмодон // Физика и техника полупроводников, - 1979. - Т.13, №12. -С. 2403-2405.

'.. Исследование и разработка методов защиты поверхности Ui'i дин дов органическими диэлектриками с целью повышения надежности диодов: Отчет о IUP (заключит.) / Руководитель В.Л.Прклодььо,

- ШИФР 3b4.I239Q.7/; » ГР ф 083L4/VOQ2624. - Кис.в, 1979. -140 е.; ил.-.- Отв.исполн. Т.Й.Голшная, Д.Б.Соболев, Л.В.Щьр-бипа. - Библиогр.: С. II3-I30.

I. Зайцевский И.Л., Конакова Р.В., Рыбалка В.В., Щербина Л.Ь, Использование методики модуляционного дифференцирования для исследования неоднородностей БАХ кремниевых ЛГ1Д // Микроэлектроника. - 1980, - Т.9, #3. - С.253-258. . FuitBet-cj Vl.,ttona.kooa. fridierbm* h.M, ßü&ooeb'M.S. Neaxtiiut rt&Stcuvii cuw£ ¿urretd iitatntai in. сшаЛин^е

сä // pw Sot. (A). - mi. - Voi. es, tJi~

P. 39-^3.

. A.c. 8I8II66 СССР, МНИ3 С 09 3) 4/82. Композиция для алок-троизоляционного покрытия / Ю.П.Саргиенко, Б.С.Кудрявцьв, Л.В.Щербина и др. (СССР). - Ii 2689170/23-05; Заявлено Ift. J2. 79j Опубл. 30.03.81, Бюл. № 12 // Открытия. Изобретения. -1981. - №12. - С.272. . Щербина Л.В., Зайцевский И.Л. Свнзь ввда модуляционных характеристик с надежности) Ш'1 диодов // Тез .докл. I Всеосюьн. конф., посвящ. физическим основам надежности и деградации по лупроводникових приборов, 25-27 мая, 1982 г. - Кишинев,

- 109 с.

, Щербина Л.В., Пузин И.Б. Релаксационные колебания - причина катастрофических отказов (ВЧ диодов // Тез.докл. I Всееоюзн. конф., посвящ. физическим основам надежности и деградации но лупроводниковых приборов, 2Ü-27 мая, 1982 г. - Кишинев, 1 \л±.:

- НО с.

Щербит Л.В,, Торчинская Т.В. Шцурование тока в кремниеыи р+-н-яf диодах // Украинский физический журнал. - 1983. -Т.,.и, » 2. - С.268-271.

X^mattoo- К.А., !<Oiuiкооа U.V., Tor«i|uu.ifeayn. I' V., Л/ni/.t'г £ina L.V Fcü.n!krqV.T.. The id гЛ:£/< г^'ешА.

nation, in TMPATT diodej // ctf fourth '

"Lunff" Jnitriba-tionat dotierende. on c(t:ei> Leitet itnf><> КЬ'ел' in- £erni&m(£uü(or,\', nuxxi, /9ЛЗ- IkainnAu E^w

тз.-рш m *

10. Конакова P.Ö., Файнберг В.И., Щербина Л.В., Филатов М.Ю. Норазрушэнций контроль качества СВЧ диодов с помощью измерения обратных ВЛХ в статическом и импульсном режимах // Эле-KTpomian техника. Сер. 2, Полупроводниковые приборы. - 1983

- Вып. 5 (164). - С.87-09.

Г1. Дениоюк В.А., Конакова Р.В., Мирзажанов М.А., Торчинская Т.В., ФаГшберг В.Ц., Щербина Л.В. Радиационные эффекты в кремниевых ЛИД при малых дозах ^-радиации // Электронная техника. Сер. 7, Технология, организация производства и оборудование. - 1963. - Вып. 6 (121). - С.35-38.

12. KoaaAotm, R.V., Ruba-Ckn. V. V., Shdlierßin^ i.V., Zadficu-thU X.L. UA <4 tke тю<£и,6аЛиъд di^trKtdt-a-iiMth iedituyuc iß ¿luÄy ßnakdoum. itvkowi>qtjittl.Lr.t1 in curctia/udkL iraauiit W frli tjan. JioJt // $ofxdt- $lajc El ¿Ironie.-im - Vol. ¿T, d'l. - Р. 3J1-U3.

13. A.C. 1100586 СССР, МНИ3 G-01 R 31/26. Способ отбракстги шумовых лавшшо-прояетных диодов / П.Л.Лошицкий, Л.В.Щербина, Т.В.Торчинская (СССР). - № 3421290/18-21} Заявлено 09. 04.02; Опубл. 30.06.84, Бол. №24// Открытия. Изобретения.

- 1984. - № 24. - 139 с.

14. A.c. 1134001 СССР, »i3 G- Ol R. 31/26. Устройство для исследования уровня надежности p-L-n диодов с 5 -образной вольт-амперной характеристикой / В.И.Файнберг, Л.В.Щербина, Р.В.Конакова (СССР). - № 347091(3/24-21; Заявлено 16.07.82; Опубл. 07.01.85, Бюл. № I // Открытия. Изобретения. - 1985.

- №1.- 192 С.

15. Разработка метода модуляционного дифференцирования вольт-амперных характеристик и методики межоперационного контроля для отбраковки потенциально-ненадежных кремниевых структур: Отчет о НИР (заключит.) / Руководитель Л.В.Щербина. - Шифр 716.12390.85; » ГР ф 25696/5002II3. - Киев, 1986. - 62 е.: ил. - Отв. исиолн. А.А.Тухаринов, В.В.Чемерис. - Библиогр.: С.58-62.

16. СоловьевЕ,А., Тагаев М.Б., Конакова Р.В., Шкребтий А.П., Щербина Л.В. Особенности обратной яотви вольт-амперной характеристики 2МРЛТГ диодов // Вестник Каракалпакского филиала АН УзССР. - 1989. - М. - C.I2-I7.

17. Конакова Р.В., Скороход H.H., Щербина Л.В. Влияние исходной несовершенства подложки на качество р-п переходов кремниевьс ЛИД // Тез.докл. 1У Республ. н.-т.конф,, посвящ. физическим

методам диагностирования в задачах управления качеством и надежностью, 5-7 сентября, 1089г., Черни г он, 1989. - С.Ы-Ьи.

18. Конакова Р.В., Скороход Й.Я., Щербина Л.В. Свяаь избыточных токов кремниевых Л1Щ со структурным несовершенством эпитак-сцапышх сдоев // Электронная промышленность. - 1090. - № (¡>. - С.68-70.

!У. Щербина Л.В. Использование модуляционного дифференцировании для прогнозирования отказов тонконленочных крешшеиих ЛДЦ // Т(;У.докл. III Всьсоюэн. конф. по физике и технологии тонких полупроводниковых пленок, 9-11 октября, 1990. -Иван» Франков« к, 1990. - С.;:'.«).