автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Метод и приборы электрофлуктуационного неразрушающего контроля качества и надежности электронных элементов

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХШЖЖШ УНИВЕРСИТЕТ вд.А.Н.ТУПОЛЕВА

Г Б ОД На правах рукописи

ОСТРОВА СВЕТЛАНА ОЛЕГОВНА

МЕТОД И ПРИБОРЫ ЭЛЖТРОФЛУКТУАЩОННОГО НЕРАЗРУШАЩШГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА И НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

05.<3.05 — Элементы и устройства вычислительной техники и систем упрабления

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Казань 1994

Работа выполнена в Казанском государственном техническс университете им.А.Н.Туполева.

Официальные оппоненты: д.т.н., профессор Клочко В.А.;

член-корр. ЭАН РФ, д.т.н., профессор Голенищев-Кутузов В.А.; д.т.н., профессор Ференец В.А.

Ведущая организация: ЦКБ "Алмаз" г.Москва.

Защита состоится 3° ¿е-ин^ {9 9Ц,- на заседали специализированного совета ССД 063.09.02 Казанского государствен ного технического университета им.А.Н.Туполева. 420111, Казань, К.Маркса, 10, КГТУ.

С диссертацией монно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного технического университета им.А.Н.Туполева.

Автореферат разослан 3 О ^ ¿^¿М 139 Чг

Ученый секретарь

специализированного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Появление новых материалов, конструкторско-технологических эиантов, электронных элементов, применяемых в вычислительной шике и системах управления, предъявляет повышенные требования методам и средствам их контроля.

Надежностью элементной базы прежде всего определяется надеж-зть сложных систем и устройств, отказ которых часто влечет за Зой больше экономические затраты и может быть связан с риском * жизни человека. Например, по сведениям зарубежного журнала эимость одного отказа в среднем составляет: для промышленной зктронной системы - 215 долл., для военной - 1000 долл.,для косовской - 200 млн. долл.

Одним из эффективных методов контроля качества и надежности эктронных элементов является электрофлуктуационный (шумовой) не-зрушающий метод. Он отличается информативностью относительно эгих видов дефектов, цростотой технической реализации,быстротой лучения информации на основе неразрушающих испытаний, возможно-ью автоматизации контрольно-измерительных операций, применимо-ью к широкому кругу электронных элементов. Данный метод отно-тся к группе методов интегральной диагностики.

Несмотря на то, что электрофлуктуационный метод неразрушаю-го контроля качества известен, известны его достоинства, широ-го и эффективного использования в промышленности он не нашел.

Во-первых, выпускаемые промышленностью измерители шумовых ха-ктеристик недостаточно чувствительны для измерений шумовых ха-ктерис'тик высоконадежных, особенно маломощных и низкоомных ре-стивных элементов, уровень шума которых^Ю-1^ В2/1 д.

Во-вторых, отсутствуют методики применения электрофлуктуаци-онного контроля, позволяющие разработчику решить • конструкторско-технологические задачи на различных этапах создания элементов.

Поэтому актуальными являются создание высокочувствительных приборов электрофдуктуационного неразрушающего контроля и методик эффективного использования этих приборов.

Цель работы. Обеспечение и прогнозирование качества и надежности электронных элементов средствами и методом электр^луктуаци-онного неразрушающего контроля на основе разработками"' методик, применяемых на всех этапах создания электронных элементов.

На защиту выносятся;

1. Теоретические зависимости спектральной плотности шума от неоднородности проводимости.

2. Способ модуляции токовых шумов электронных элементов.

3. Комплекс теоретических соотношений для определения модуляционного выигрыша в чувствительности.

4. Методы измерения малых уровней нелинейности вольт-амперных характеристик номинально-линейных элементов.

5. Экспериментальные зависимости шумовых характеристик мало-шумящих резистивных элементов от конструкторских, технологических и надежностных параметров.

6. Методики применения электрофдуктуационного контроля на различных этапах создания электронных элементов.

' 7. Комплекс высокочувствительных диагностических приборов для электрофлуктуационного контроля электронных элементов.

Научная новизна

1. Теоретические зависимости спектральной плотности шума от неоднородностей проводимости впервые получены с учетом статистических свойств флуктуаций и неоднородностей, распределенных по объему материала.

2. Предложенный способ модуляции токовых шумов в отличие от известных способов позволяет одновременно с повышением чувствительности разделить информативные(токовые) шумы электронных элементов от неинформативных (тепловых).

3. Полученные теоретические соотношения для модуляционного выигрыша в чувствительности позволяют оптимизировать технические-параметры диагностических приборов для конкретных видов электронных элементов по отношению ко входу и наилучшему прямому методу измерения при равномерном, //^ , равномерном и спектрах собственного шума измерительного прибора.

4. Предложенные метода на основе исследования эффектов модули и детектирования на нелинейной вольт-амперной характерноти-

| впервые использованы для создания высокочувствительных прибоев контроля качества и надежности электронных элементов.

5. Впервые установленные для малошумящих резистивных элемен-в зависимости шумовых характеристик от конструкторских, техно-отческих, надежностных параметров представляют собой основу для 1зра<5отки эффективных методик контроля, позволяющих на ранних 'адиях отбраковать потенциально ненадежные образцы, оптимизиро-,ть конструкцию, технологические режимы и режимы испытаний элек-юнных элементов.

Практическая ценность

I. Разработанные приборы электрофлуктуационной диагностики :еют чувствительность на порядок по напряжению и на два порядка мощности выше цромышленно выпускаемых приборов, а разработан-:е методики позволяют в 3-5 раз повысить надежность электронных :ементов и в 2 раза сократить время испытаний.

2..Комплекс высокочувствительных диагностических приборов и ■едложенные методики электрофлуктуационной диагностики качества надежности могут быть использованы не только для рассмотренных диссертации, но и других электронных элементов, а также в раз-чных областях народного хозяйства: в химической, бумажной про-шенности, в металлургии, в медицине, например, в рефлексоте-лии.

Реализация результатов. Результаты диссертации в виде прибо-в и методик электрофлуктуационной диагностики качества и надеж-сти электронных элементов внедрены в ЦКБ "Алмаз" г.Москва, Ш1Ф, г.Москва, НИИФП г.Зеленоград, НИИТТ г.Зеленоград, НЙШП Зеленоград, НИИЭП г.Краснодар, НИЙТМ г.Москва, НИИТМ г.Харьков, ^телевидения г.Ленинград, Республиканском медицинском диагно-ическом центре г.Казань.

Апробация работы. Результаты докладывались на международном :ектротехническом конгрессе (Москва 1977 г.), на международной нференции "Надежность в электронике" (Венгрия, г. Будапешт, 7,7 г.), на Ш Польско-Советской конференции "Комплексная автома-:зация в цромышленности" (Польша, г.Вроцлав, 1988 г.), на междуродной конференции по рефлексотерапии (США, Нью-Йорк, 1992 г.), . 1-ой международной конференции "Шумы в физических системах и уктуации" (США, Сент-Луис, 1993 г.), на международной конферен-ж по гипертенезии (Казань, 1993 г.), на Поволжской Учредитель-

ной и 1-ой научно-практической конференции по традиционной медицине (Казань, 1993 г.), на 19 Всесоюзных научно-технических конференциях .и отраслевых семинарах в промышленности, а также на отчетных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава в Казанском авиационном институте (1975-1993 гг.).

Результаты диссертации опубликованы в 50 печатных работах, получено 13 авторских свидетельств на изобретения, удостоены серебряной медали ДЦНХ СССР. .

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, приложений и библиографии.Изложена на 322 страницах, включающих 80 рисунков, 50 страниц приложении и список использованных источников из 272 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОШ

Во введении обоснована актуальность решаемой проблемы и кратко раскрыты основные результаты работы.

Глава I. Электрофлуктуационный метод неразрушающего контроля качества электронных элементов

В главе дается обоснование необходимости проведения настоящей работы и постановка задач исследования.

Известны два подхода к исследованию надежности электронных элементов: вероятностно-статистический и физический.

Вероятностно-статистические методы основаны на обобщении боль шого количества экспериментальных данных и широко применяются для оценки надежности как отдельных элементов, так и устройств,систем в целом. Однако для высоконадежных элементов эти методы требуют больших затрат времени и средств.

Физические методы могут быть использованы уже на ранних стадиях создания элементов. Однако они имеют свои трудности, связанные с тем, что даже в одном элементе могут протекать одновременно и взаимодействовать друг с другом различные деградационнке процес^ сы. Это затрудняет построение адекватных физических моделей надеж' ности элемента.

Электрофлуктуационный метод неразрушающего контроля качества позволяет сочетать вероятностно-статистический и физический подходы и наиболее полно реализовать преимущество каждого из них.

Суть метода состоит в пропускании через элемент электрическо го тока, измерения на его выводах шумовых характеристик и исследовании их. Шум элемента представляет собой аддитивную смесь различных шумовых составляющих: теплового шума, генерационно-реком-бинационного шума, шума 1 /$ , импульсного шума.

Наличие импульсного шума почти всегда говорит о наличии де-!кта в элементе. Образцы с импульсным шумом легко отбраковывают-[. Из других составляющих наибольший интерес с точки зрения ка-ютва и надежности электронного элемента представляет шум ^//. 'о спектральная плотность пропорциональна току через элемент и ¡ратно пропорциональна частоте ^ в диапазоне, охватывающем не-;олько частотных декад.

Собственный шум //У элемента может ограничивать чувстви-гльность измерительной системы, в составе которой он применен, юме того, шум /// содержит информацию о внутренних дефектах в груктуре или контактах элемента, способных с течением времени и )д воздействием эксплуатационных нагрузок привести к его отказу.

Поскольку суммарный шум на выводах элемента состоит из Разиных шумовых источников, распределенных в материале, то пред-савляет интерес изучение зависимости его спектральной плотности с неоднородности проводимости, распределенной по объему мате-яала.

Такие шумовые модели могут быть использованы для изучения ¡адовых свойств электронных элементов с различной структурой ма-зриала. Они позволяют оценить значение предельной чувствительного измерения шумовых характеристик конкретного вида электронных цементов, что является одной из важнейших задач при проектирована приборов электрофлуктуационного неразрушапцего контроля.

Как было уже отмечено, актуальной проблемой является повыше-ие чувствительности измерителей шумовых характеристик для целей еразрушаюцего контроля.

Проведенный в данной главе анализ известных методов повыше-ия чувствительности, которые можно использовать при измерении,то-овых шумов элементов показал, что предпочтительным является мо-уляционный метод.

Для того, чтобы с одной стороны, расширить номенклатуру кон-ролируемых элементов, а с другой стороны повысить достоверность онтроля целесообразно в рамках данной работы рассмотреть возможность повышения чувствительности измерения малых уровней нелиней-:ости вольт-амперных характеристик номинально линейных электрон-нх элементов.

Разрабатываемые методики должны увязать в единуи систему за-;ачи в области электрофдуктуационного контроля, решаемые при раз-)аботке электронных'элементов с целью обеспечения и прогнозирова-гая их качества и.надежности.

На основании выше изложенного в работе были поставлены следующие задачи:

1. Обоснование требований к основным техническим параметрам диагностических приборов с учетом физических особенностей контролируемых элементов.

2. Исследование модуляционного метода измерения в применении к токовым шумам электронных элементов и разработка высокочувствительных измерителей шумовых характеристик.

3. Исследование методов измерения малых уровней нелинейности номинально линейных элементов и разработка высокочувствительных приборов.

4. Построение математических и физических моделей, определяющих связь шумовых характеристик с параметрами материала и его структуры. Исследование на их основе шумовых свойств электронных элементов.

5. Разработка методик использования информации, содержащейся в шумовых характеристиках, на различных этапах создания электронных элементов.

Глава ГГ. Теоретические аспекты электрофлуктуационного неразрушающего контроля качества электронных элементов

В данной главе предлагаются теоретические основы создания высокоинформативных приборов и метод электрофлуктуационного неразрушающего контроля качества электронных элементов.

2.1. Методологический принцип электрофлуктуационного

неразрушающего контроля качества электронных элементов

Можно условно выделить следующие известные направления исследований электрических флуктуации:

1. Физические основы электрических флуктуаций (изучение природы, связи с различными процессами в структуре материалов, в том числе деградационными).

2. Исследование статистической связи между шумовыми характеристиками и надежностью электронных элементов, которые, как правило, проводятся в промышленных условиях, в организациях разрабатывающих и выпускающих электронные элементы.

Настоящая диссертация является связующим звеном между этими направлениями и представляет собой физико-техническое направление исследований электрических флуктуаций (электрофлуктуационную диагностику, ЭФД). Рассмотрен методологический принцип системности ЭФД.

представляет собой последовательное решение взаимосвязанных фи-ческих аппаратурных конструкторско-технологических задач для движения единой цели - обеспечения и прогнозирования надежности ектронных элементов.

2.2. Исследование связи между шумами и неоднородностью

проводимости

В отличие от известных решений поставленной задачи в данной аве учитываются статистические свойства флуктуаций и неоднород-стей распределенных по объему материала. Задача решалась от-льно для случая слабодисперсных и сильнодисперсных материалов.

Для слабодисперсных материалов макроскопическую удельную про-димостъ можно представить в виде

(2.2.1)

,е <о0-«(о ) Vv - средняя по объему удельная статическая оводимость, ^ (%)-<о\¡5б(Т,1^бв]- относительная величина статической неоднородности удельной проводимости; £(z)~ ^ "¿у ~ се d - толщина пленки; (4,-fc) ><.] -

'носительная величина флуктуаций удельной проводимости.

При решении задачи принималось, что случайные поля £ (l) и

1. Мали по величине. Это допущение следует из условия поставки задачи и позволяет применить математический аппарат теории >следовательных приближений.

2. Независимы. Считаем, что неоднородность проводимости, оп-зделяется случайными отклонениями технологических режимов,а флук-гацшi определяются физическими свойствами материала. Это допуще-ie позволяет разделить усреднение флуктуаций и неоднородностей.

3. Эргодичны, то есть допустима замена среднего по времени эедним по ансамблю. В силу малости £ ('lit) и £ ('t) на достаточ-э большом образце реализуются все возможные значения реализации элей.

4. Однородны и изотропны. Это допущение возможно, т.к. имеем ело с макроскопическими величинами, которые получены в результа-е усреднения.

При таких допущениях и с учетом того, что интерес представля-т низкочастотные флуктуации (<106 Гц) распределение потенциала системе можно описать уравнением

V ЪУ^Ь)] =0 (2.2.2)

с граничными условиями, соответствующими идеальности контактов и отсутствию неоднородностей на границе.

Решение уравнения в рамках сделанных допущений имеет следующий -вид

Зр.^г.р-» «>!,£„, ю и.»],««-«

где С/0 - постоянный ток через образец. Выражение в квадратных скобках описывает поправку за счет флуктуаций и неоднородностей в линейном по £ (%,Ь)ш приближении.

С учетом допущения (3) и (4) можно записать выражение для спектральной плотности флуктуаций в виде

где (со) - спектральная плотность флуктуации проводимости однородного образца, а выражение под знаком суммы описывает добавку за счет неоднородности проводимости.

Проиллюстрируем результат с использованием гауссовых корреляторов, например, в виде

<£(1*1к !)= 1)есср [- )1 (2.2.5)

ехр {-(&12/а г2$)],

где и - радиусы корреляции флуктуаций и неоднородно-

стей, которые много меньше размеров образца

, << <7, ё .

Тогда спектральная плотность шума на выводах образца

м^р! е.,.«

Ч ь

где £ - площадь образца.

Для материалов с сильнодисперсной структурой (тонкие металлические пленки, резистивные пасты) условие малости относительной неоднородности удельной проводимости не выполняется. Если структура материала гранулярная, то на основе соображений, используе-

- при моделировании случайных полей, задачу можно свести к рас-отрению непрерывной эффективной среды с флуктуирующей удельной оводимостыо.так как гранулярный резистивный материал можно предавать в виде дискретного аналога некоторого непрерывного поля.

Рассматривался композиционный материал, состоящий из множе-ва соприкасающихся гранул. При решении задачи были сделаны сле-шще допущения.

1. Флуктуации сопротивления обусловлены сопротивлением стя-вания, шумовые свойства материала обусловлены только контактами жду гранулами.

2. Контакты между гранулами образованы в результате пласти-ской деформации в однородных условиях по давлению в системе.

3. Число гранул в единице объема плавно распределено по се-нию образца.

4. В макроскопическом смысле рассматриваемая система являет-однородной и изотропной.

С учетом сделанных допущений спектральная плотность относи-льных флуктуаций сопротивления может быть записана в виде

3(со)=1Г2^с13Ъи со) . (2.2.7)

С учетом допущений (3) и (4) корреляционные свойства локалъ-х источников шума можно описать следующим выражением

торое является определением радиуса корреляции флуктуаций.

Спектральная плотность относительных флуктуаций полного со-ютивления

3(со)=и2/д г^ (а) б (г, о)) с/Ч. ' (2.2.9)

V

Величина, стоящая под знаком интеграла, есть приходящаяся на [иничный объем спектральная плотность_мощности, рассеиваемая за' сет флуктуаций проводимости в точке % .

С учетом допущения (4)

бЧ^&МД^АЛ (2.2.10)

№ & (<~о) и Л ^б - постоянные по объему образца.

Описывая & (сО) полуэмпирическим соотношением Хуте, получаем

¿(фаСЗГ'&ОО (20ойГ* (бс<34)3 V4 А/;', (2.2.11)

где о1 - постоянная Хуге, со - частота, Л/с - концентрация но сителей в материале гранул, 1/ - объем образца.

Из (2.2.11) следует, чем меньше эффективная проводимость об разца по сравнению с проводимостью материала гранул,тем выше уро вень шума.

■ Описывая &(из) соотношением Вандаме, можно учесть окисну пленку на межгранульных контактах

¿(и)-«** ( 1 + 20ФЖ« оЬ ) (2 2 12

20Ыси\в ) СО V / + Ф* / ' 2

где ф - 13пл/йк - 1<3С /С1с<ом , I - толщина окисной пленки, <оп/,

проводимость пленки, N'пл- концентрация носителей в пленке, Ок радиус контактного пятна.

Выводы

1. Впервые с учетом статистических свойств флуктуации и не однородностей показано, что для однородного образца спектральнг плотность шума пропорциональна отношению площади с размерами пс рядка радиуса корреляции флуктуации к общей площади образца,а р личение шума вследствие неоднородности проводимости обратно прс порционально отношению радиуса корреляции неоднородности к ради} су корреляции флуктуации.

Это обстоятельство накладывает ограничение на метод ЭФД, тг как для независимых флуктуаций и неоднородностей при протяженное ти флуктуаций больше протяженности характерных неоднородностей флуктуации становятся нечувствительными к деталям структуры.

2. Для сильнодисперсионных материалов на основе модельно1 рассмотрения получены соотношения, между спектральной плотностью флуктуации сопротивления и параметрами материала с учетом е физических особенностей.

3; Дальнейшее развитие представлений о диагностических сво* ствах шумовых характеристик должно идти по пути построения бол< сложных многокомпонентных моделей, учитывающих относительные вш ды различных механизмов проводимости и флуктуаций.

2.3. Повышение метрологических характеристик приборов • электрофлуктуационной диагностики

К важнейшим характеристикам, обеспечивающим эффективность I . боров электрофлуктуационной диагностики относятся:

1. Чувствительность измерения. Чем выше чувствительность приборов, тем более тонкие дефекты можно обнаружить и наблвдатъ их в динамике на ранних стадиях развития.

2. Помехозащищенность. Имеет значение с точки зрения эксплуатации приборов. Обеспечение высокой помехозащищенности позволяет их использовать в помещениях, не требующих специального экранирования, например, в цеховых условиях.

3. Многофункциональность. Предусматривает измерение комплекса характеристик (интегральных, спектральных, вольт-шумовых). Это дает возможность получить более полную информацию о качестве и надежности электронных элементов.

В результате проведенного в первой главе анализа возможных методов повышения чувствительности в данной работе выбран наиболее перспективный для электрофлуктуационного неразрушаицего контроля модуляционный метод. Модуляционный метод для измерения малых уровней флуктуаций предложен Дайком в 1946 г., а теоретически исследован Троицким B.C., которым установлены зависимости модуляционного выигрыша в чувствительности от параметров прибора, реализующего этот метод.

Главной проблемой в построений модуляционного измерителя шума для неразрушающего контроля качества является выбор способа модуляции измеряемых токовых шумов резистивного элемента.

На входе измерительного устройства действуют собственный шум усилителя, тепловой шум контролируемого элемента, токовый шум контролируемого элемента, который необходимо выделить и измерить.

В известных типах модуляционных измерителей шума (по методу Дайка), предназначенных для измерения в области сверхвысоких частот, используются для модуляции различные модуляторы, основанше на прерывании сигнала с определенной частотой. Использование таких модуляторов в диапазоне низких частот, в котором измеряют тум iff , не представляется возможным по следующим причинам. Во-первых, одновременно происходит модуляция как токового шума,так и собственного теплового шума контролируемого элемента. Во-вторых, токовый шум измеряют на фоне в миллионы раз превышающего его напряжения на контролируемом элементе, которое при модуляции по методу Дайка также модулируется.

Идея предложенного.в данной работе способа модуляции состоит в том, что при измерении через контролируемый элемент пропускают не постоянный, а переменный ток, частота которого лежит ниже граничной частоты полосы частот, в которой измеряют шум. В результате одновременно с повышением чувствительности происходит разделе-

ние токовых (информативных с точки зрения качества элемента) шумов от тепловых- (неинформативных, помехи).

Проанализированы два режима модуляции: с постоянной составляющей и без постоянной составляющей. Во-втором случае частота сигнала на выходе узкополосного фильтра в два раза выше частоты модулирующего сигнала. Установлено, что при модуляции с постоянной составляющей выигрыш в чувствительности в 1,17 раза выше, чем при модуляции без постоянной составляющей. Однако в первом случае схема измерения усложняется и увеличивается время измерения.В результате сравнения обоих режимов, для реализации диагностического прибора выбран способ модуляции токовых шумов без постоянной составляющей.

В общем случае шум i/J- представляет собой случайный нестационарный процесс. Его нестационарность связана с бесконечно боль шой величиной спектральной плотности мощности при частоте * О

Иногда шум i/J- рассматривают как случайный процесс со стационарными приращениями (Малахов А.Н.), для которых коррелирован-ность приращений не зависит от момента времени приращений, а зависит лишь от их разности.

Вследствие того, что измерение шума 1/ j производится в конечной полосе частот A F = F¿- Fпричем Fe » О , то можнс допустить стационарность процесса на входе измерительного устройства за время измерения. Поэтому для оценки выигрыша в чувствительности при измерении модуляционным методом шума i/j- были использованы методы расчета, применяемые для исследования стадиона! ных случайных процессов.

2.4. Исследование модуляционного выигрыша в чувствительности при измерении шумов со спектром вида //У

Схема модуляционного измерителя шума представляет собой типовое радиотехническое звано, состоящее из широкополосного усилителя, , детектора, узкополосного усилителя.

На входе широкополосного усилителя действует шум контролируемого элемента и собственный шум усилителя

Uoj(-t)=- Uujtok (i) sert Qt+L/шгепл (t) + Uuj соЪ (t), (2'3'Г

где Uщ ток (~t)- шум структуры контролируемого элемента, обнаруж ваемый при пропускании электрического тока со.спектральной плотн стью вида A/J- , A-COnst , J - частота измерения; иштеп/) ( тепловой шум структуры, имеющий спектральную плотность <$0 , рав

номерную во всем диапазоне частот измерения; (Ушсоб (t) ~ собственный шум широкополосного усилителя, приведенный ко входу.

Согласно задачам диагностики тепловой шум структуры элемента и собственный шум усилителя представляют собой сигнал помехи

тепл (t) + Uujcobit) = U шп) (2.3.2)

где Uщ п - напряжение помехи, представляющее собой случайный процесс со спектральной плотностью вида

$n (2.3.3)

где 8 = const , J- - частота измерения.

Поскольку измерения производятся на низких частотах,то в составе собственного шума усилителя учитывается составляющая вида

Vi •

Предполагалось, что амплитудно-частотные характеристики широкополосного и узкополосного усилителей прямоугольны. Дисперсия полезного сигнала и дисперсия помех <о% на выходе линей-

ного детектора равны

б\ =- d^ (О' Sin Qtff (2.3.4)

где <а%-А Ы F & / FH >

где б20 = л F ó 0 = B8n Fq/Г л •

Рассмотрим сигнал на выходе в двух практически важных случаях.

I. ос » <3 п В этом случае мощностью помехи можно пренебречь и на выходе действует сигнал вида

=<э£ ¡Zsi'n&i I. (2-3-6)

Так как за детектором стоит узкополосный фильтр, можно пренебречь флуктуирующей частью спектральной плотности на выходе детектора 2 2

|3smot'|a<5m (2.3.7)

Это выражение соответствует изменяющейся во времени мощности огибающей модулированного токового шума на выходе детектора.Тогда напряжение на выходе детектора будет иметь следующий вид

и$ = тШ l^nQt !. (2.3.8)

С учетом разложения I SL^ I в ряд

3(i"§Cos2Qt + 4cos6ni'+.J. (2.3.9)

Наибольшую интенсивность на выходе детектора имеет составляющая удвоенной частоты, которая усиливается узкополосным усилителем.

?COS2Qt. (2.3.10)

2. б с ^ ® %. »то есть выделение токового шума структуры элемента происходит на фоне существенно превышающего его суммарного теплового шума структуры и собственйого шума усилителя. В этом случае суммарная мощность на входе равна

е* = <з2п 4<з% \osin sii\z. (2.з.id

Напряжение за счет модулированных токовых шумов, представляющая собой полезный измеряемый сигнал, на выходе детектора имеет вид

uut cg — 32(l-COS2Qt). (2.3.12;

Узкополосный усилитель, настроенный на удвоенную частоту модуляции 2 Q , выделит гармонику с амплитудой

Отношение сигнал/помеха на выходе избирательного усилителя 2 2

К , - ' 7 CoS 2 (2.3.14,

Поскольку помеха является смодулированным шумом, то

ВSM tn +

Вх

+ В2 - (2.3.15

Тогда отношение сигнал/помеха модуляционного измерителя

j <3Z с, =7*7=* , г- п ,.....(2.3.16)

Здесь и в дальнейшем значение тока 7} принято равным I. Принимая во внимание, что отношение сигнал/помеха на входе одуляционного устройства

K-c/„=_. (2.3.17)

Модуляционный выигрыш в чувствительности определяется по фор-

уле:

U< ¿.лР+ВСпУ'Ъ) . Й.3.М)

Рассмотрим практически важные случаи:

I. Немодулированный шум, слагаемый из теплового шума струк-уры элемента и собственного шума усилителя, является шумом с рав-омерной в полосе частот Л F спектральной плотностью. Если

0 отношение сигнал/помеха на выходе модуляционного измерителя меет вид

К . . Л1П01М , (2.3.19)

. модуляционный выигрыш в чувствительности по отношению ко входу П__i_ fZV /1Ё . (2.3.20)

V FH

^отношение (2.3.20) соответствует классическому выражению для модуляционного выигрыша в чувствительности, полученному B.C. Троиц-:им.

Для целей диагностики представляет больший интерес выигрыш

1 чувствительности, реализуемый при модуляционном методе измере-шя по сравнению с наилучшим прямым методом, у которого

к* л 1/7 (Та / Яу) , (2.3.21;

Пс/п 2 30 Л Р 2 5оР*

цри Л Р —О,

где Кс/п ~ отношение сигнал/помеха на выходе устройства при щм мом методе измерения, если

5о ЛР » В еп(Н . (2.3.22;

Значение Кс/пбых/К^/п целесообразно использовать в качестве критерия эффективного уменьшения мощности помехи по отношению к мощности сигнала на выходе измерительного тракта. В данном случае выигрыш по отношению к наилучшему прямому методу можнс определить по формуле

(2*= -4= Ш /Ш ¿п (1+ А£ ) (2.3.23!

Так, например, при Fu = 200 Гц, Л/ = 0,1 Гц, Л Г=Ю00 И выигрыш в чувствительности составит

1. а, = 28, а 10.

Максимальный выигрыш в чувствительности реализуется при = 4.

2. В составе не модулированного шума, включающего в себя те: ловой шум структуры контролируемого элемента и собственный шум ус лителя, преобладает в полосе частот шум вида

<32n = Bin4й- (2-3-24

hH

В этом случае модуляционный выигрыш в чувствительности по о ношению ко входу

Q^JUjlítoáh^ML , (2.3.25 J Fh Fh

а по сравнению с наилучшим прямым методом

Л* п -J— rp¿ (2.3.26

Ы2~ VZ7 "

В этом случае при FH = 200 Гц, Aj = 0,1 Гц, йР = 1000 выигрыш в чувствительности составит Q* = 25. В общем случа

>асчет проводят о учетом конкретных значений $а я В

п*_ 4 _eti(i+œ)U->n)_ гщ

Jïk , (2.3.27)

С увеличением значений параметра П максимум выигрыша в чув-¡твительности сдвигается в стороны более высоких частот.

Например, при JH = 200 Гц, Aj = I Гц, Л F = 1000 Гц, П = = 0,5. Т.е. на частоте 100 Гц собственный шум усилителя равен шу-iy Найквиста. Тогда ¿2 ^ = 12,8.

Если fi = Ю, то G* = 22,3.

Результаты исследований представлены в виде графиков и в ком-шзксе с теоретическими соотношениями позволяют оптимальным образом по критерию выигрыша в чувствительности выбрать параметры измерителя шумовых характеристик.

2.5. Повышение метрологических характеристик измерителей

Перспективным представляется создание универсального тестера для неразрушающего контроля качества электронных элементов,который бы позволял измерять как шумовые характеристики, так и уровни нелинейности вольт-амперных характеристик. Поэтому, также, как ж при разработке измерителей шумовых характеристик, актуальной является задача повышения метрологических характеристик измерителей лалых уровней нелинейности.

Известные методы измерения малых уровней нелинейности основаны на измерении параметров (напряжения, тока, мощности) новых гармонических составляющих, возникающих при действии на исследуемый объект гармоническим напряжением одной или двух частот.

В настоящее время известны методы на основе эффектов преобразования и умножения частоты, которые имеют следующие недостатки.

Метод третьей гармоники предъявляет жесткие требования к качеству фильтров в тракте усиления. Это, с одной стороны, приводит к удорожанию аппаратуры, а с другой стороны, к возможности проникновения на вход усилителя высокочастотных помех от работающих радиостанций и другого промышленного оборудования. .

Метод интермодуляционных частот накладывает жесткие требования на стабильность частот генераторов.

В диссертации предложены методы измерения малых уровней нелинейности на основе эффектов модуляции и детектирования на нелинейный вольт-амперной характеристики электронных элементов.

малых уровней нелинейности

Преимуществом модуляционного метода измерения малых уровне! нелинейности без постоянной составляющей является возможность об( стечения достаточно узкой полосы пропускания при использовании си хронного детектора. Недостатком этого метода является довольно сложная структурная схема устройства и входящих в ее состав блоков (резонансные усилители-ограничители, два детектора, схема удвоения) .

Модуляционный метод с постоянной составляющей исключает это: недостаток. Здесь нет необходимости использовать углубитель модуляции, а синхронный детектор работает непосредственно от генерак ра низкой частоты без удвоителя.

Таким образом, наиболее целесообразным является применена метода детектирования по следующим причинам:

1. Относительная простота технической реализации.

2. Возможность эффективной фильтрации полезной составляющее от мешающих, которые находятся в высокочастотной части спектра.

3. Высокая чувствительность, обусловленная возможностью использования чрезвычайно узкополосной системы избирательный усют гель - синхронный детектор.

4. Хорошая защищенность от высокочастотных помех.

В разработанном приборе ИМН-3 реализован метод измерения ма лых уровней нелинейности, в основу которого заложен эффект детек тирования ампдитудно-модулированного высокочастотного сигнала.

Выводы

1. Предложенный системный подход.к электрофлуктуационному н разрушающему контролю электронных элементов позволяет в комплекс решать задачи обеспечения, прогнозирования и управления их качес вом и надежностью.

2. Впервые с учетом статистических свойств флуктуации и нео нородностей проводимости установлено, что для однородного образц спектральная плотность мощности иума пропорциональна отношению в личины области корреляций флуктуации к общей площади, а увеличе ние уровня шума вследствие неоднородности проводимости обратно пропорционально отношению радиуса корреляции флуктуаций к радиу су корреляции неоднородности.

3. Установленные на основе модельного рассмотрения зависимо сти спектральной плотности мощности шума от параметров структура характеризующих ее неоднородность проводимости могут быть испол! зованы для обоснования требований к предельной чувствительное! разрабатываемых приборов электрофлуктуационной диагностики.

4. Дальнейшее совершенствование полученных зависимостей спектральной плотности шума от неоднородности проводимости должно идти по пути рассмотрения более сложных многокомпонентных моделей, учитывающих относительные вклады различных механизмов проводимости и конкретизации характера неоднородности, дающей вклад в общий уровень шума.

5. Предложенный способ модуляции резистивного элемента за счет пропускания низкочастотного переменного тока и теоретические соотношения для модуляционного выигрыша в чувствительности позволяют более, чем на порядок по напряжению и на два порядка по мощности повысить чувствительность измерения и разделить токовые(информативные) шумы от тепловых (неинформативных).

'6. Предложенные новые методы измерения малых уровней нелинейности на основе исследования эффектов модуляции и детектирования на нелинейной вольт-амперной характеристике элемента позволяют реализовать высокочувствительные диагностические приборы для работы в комплексе с измерителями шумовых характеристик.

Глава Ш. Приборы электрофлуктуационной диагностики изделий электронной техники

В период с 1965 г. по 1985 г. под руководством и непосредственном участии автора диссертации были разработали и переданы для внедрения в промышленности модуляционные измерители шумовых характеристик ИПМ-1, ИШМ-2, ИИМ-3, ИШ-4, ИШМ-5, позволяющие измерять как интегральное значение шума, так и его спектральные характеристики, а также ИШ-3, который в комплексе с ИШ-4 составил диагностический комплекс для контроля двух информативных параметров ("шум и нелинейность вольт-амперных характеристик").

Опыт разработки и совершенствования модуляционных измерителей шумовых характеристик и теоретические исследования модуляционного метода измерения в применении к электрофлуктуационному не-разрушавдему контролю элементов позволили предложить следующий подход к расчету приборов данного вида.

При разработке приборов электрофлуктуационной диагностики для конкретного вида электронных элементов, прежде всего, необходимо оценить требуемое значение предельной чувствительности измерения шумовых характеристик.

Для тонкопленочных резисторов эта задача решалась с использованием ф'ормулы 2.2.11.

Если выполняется закон Ома, то

< ищ> - 20 \ (5 ) СО '

где О, - средний ток через образец.

' Соответственно напряжение шума в полосе частот

где р

ЛР=(РВ~РН). (3.1.3)

Верхняя частота Рв полосы пропускания Л Р выбирается с учетом спада интенсивности шума по закону .

Нижняя частота полосы пропускания ¿1 р выбирается с учетом реального времени измерения при контроле элементов. Значения параметров ^р , , /\/с для конкретных видов материалов могут быть определены из соответствующей справочной литературы.

Методика оценки предельной чувствительности измерения шумовых характеристик, необходимой для обоснования требований к приборам электрофлуктуационной диагностики заключается в следующем.

1. Исходя из физических особенностей структуры контролируемых элементов выбирается соответствующая шумовая модель.

2. Проводится теоретическая оценка минимального значения напряжения шума с учетом физических особенностей контролируемых элементов.

3. Значение предельной чувствительности измерения выбирается равным удвоенному значению минимального напряжения шума данного вида контролируемых электронных элементов.

Проведя оценку минимального значения уровня шума для конкрет ного вида электронных элементов, необходимо таким образом спроек тировать прибор, чтобы обеспечить необходимый выигрыш в чувствительности для достижения требуемого значения предельной чувствительности при измерении шумовых характеристик.

В общем случае методика расчета заключается в следующем.

1. Исходя из требуемого времени измерения выбирается полоса пропускания узкополосного усилителя.

2. Нижняя частота полосы пропускания устанавливается на оснс ве экспериментального соотношения Рн /^о - (100-200), где уо -средняя частота полосы пропускания узкополосного усилителя.

3. С учетом спектральной плотности собственных шумов широкополосного усилителя, пользуясь соответствующим соотношением для

(3.1.1)

(3.1.2)

модуляционного выигрыша в чувствительности, находится оптимальное значение А Р/ Ри .

4. Реальный выигрыш в чувствительности определяется из соотношений для модуляционного выигрыша в чувствительности по отношению ко входу (2.3.23, 2.3.26, 2.3.27).

5. Полученное в результате расчета значение флуктуационного порога измерительного устройства сравнивают с расчетным значением минимального напряжения шума контролируемых элементов и, в случае необходимости, варьируя полосой пропускания узкополосного усилителя добиваются требуемого значения предельной чувствительности измерения шумовых характеристик.

Выводы

1. Разработанные шумовые модели позволяют обосновать требования к предельной чувствительности прибора электрофлуктуационной диагностики качества и надежности электронных элементов.

2. Полученные теоретические соотношения для модуляционного выигрыша в чувствительности (2.3.23, 2.3.26, 2.3.27)позволяют реализовать требуемое значение предельной чувствительности путем соответствующего выбора параметров прибора: А Л Р, Рд, Рц ■

Глава 1У. Применение приборов электрофлуктуационной

диагностики при решении задач обеспечения надежности в процессе разработки и изготовления электронных элементов

В главе проведены результаты исследований зависимости шумовых характеристик от конструкторско-технологических параметров и методики обеспечения надежности электронных элементов в процессе их создания.

Конструирование и технология изготовления являются теми основными этапами, на которых закладывается качество будущих электронных элементов. Конструкция и технология должны быть оптимальными не только относительно выходных параметров элементов, но и с точки зрения их временной стабильности и минимальной вероятности отказов.

Для применения электрофлуктуационной диагностики качества и надежности на этих этапах необходимы:

- экспериментальные корреляционные зависимости между шумовыми характеристиками и параметрами, определяющими безотказную работу электрошок элементов;

- экспериментальные зависимости шумовых характеристик от параметров конструкции и технологических параметров.

Дяя конкретных видов электронных элементов установлены вышеназванные зависимости и получены следующие результаты.

1. Коэффициент корреляции мезду напряжением шума и стабильностью номинала сопротивления для тонкопленочных резисторов гибридных микросхем составил 0,8±0,06; дагя заготовок серийных резисторов типа СПО - 0,72±0,09.

2. Коэффициент корреляции между коэффициентом токового шума и стабильностью приемников излучения на основе фоторезисторов составил 0,72±0,02.

3. Установленная зависимость мевду напряжением шума и ■ вероятностью отказа, тонкопленочных резисторов гибридных микросхем позволяют обосновать требования к пороговому значению шумовых характеристик в зависимости от требований, предъявляемых к надежности элементов.

4. Измерение напряжения шума серийных резисторов типа ТВО позволило разделить их на группы "надежные", для которых среднее значение вероятности отказа при достоверности 0,95 составило 0,03 и "ненадежные", для которых среднее значение вероятности отказа при достоверности 0,95 составило 0,5.

5. Полупроводниковые серийные терморезисторы типа ММТ-1 с уровнем шума не превышающим 0,3 •Ю-2 мкВ/В имели уход номинала сопротивления не более 0,4% после каждого вида испытаний, причем суммарный уход за время испытаний не превышал -1%, от начального значения, что позволило рекомендовать измерение шума как метод отбора высокостабильных образцов, при этом количество образцов, имеющих повышенный уровень шума и нестабильность омического сопротивления не превышало 10% от количества образцов в партии.

6. Установленная зависимость между напряжением шума и удельным поверхностным сопротивлением тонкопленочных резисторов гибридных микросхем позволяет обосновать предельное значение толщины пленок с учетом требований к стабильности номинала сопротивления.

7. Установленные зависимости напряжения шума от геометрических размеров резисторов гибридных микросхем позволяют обосновать геометрические размеры с учетом требования к надежности элементов.

8. Установленная зависимость напряжения шума от напряжения нагрузки резисторов позволяет оценить предельное значение мощности, допустимой на элементе с точки зрения его надежности.

9. Установленная связь коэффициента токового шума с пороговой нестабильностью на различных этапах изготовления приемников излучения позволяет отбраковать потенциально ненадежные образцы на ранних стадиях.

10. В результате сравнения визуального метода контроля с контролем резисторов по напряжению шума, показаны преимущества последнего метода, который позволил разделить партию резисторов на две группы "нешумящие" образцы, доверительные интервалы вероятности которых составили Р1 = 0,0014 и - 0,082 и образцы "с повышенным уровнем шума", для которых доверительные вероятности отказа составили Р, = 0,42 й Рг = 0,81.

В данной главе предложена методика и проведено исследование эффективности применения шумовых характеристик как параметров оптимизации с использованием методов планирования эксперимента.

В первом случае объектом исследования были тонкопленочные ре-зистивные элементы, выполненные методом напыления в вакууме на диэлектрическую подложку. Материал резистивного слоя - металлоси-лицидный сплав.

Среди технологических факторов были отобраны те.которые, во-первых, на основании априорной информации значительно влияли на уровень шума элементов и, во-вторых, могли контролироваться с достаточно высокой степенью точности. К таким факторам были отнесены время напыления, температура подгонки при напылении, время отжига на воздухе, температура подложки при отжиге. Остальные факторы поддерживались согласно ТУ на данный тип резисторов.

Во втором случае исследовался шум как один из возможных параметров оптимизации технологических режимов подложки номинала сопротивления толстопленочных резисторов, изготовленных из палладие-во-серебряных паст с различным удельным сопротивлением. Номинал резисторов подвергался лазерной подгонке с помощью установки "Квант-9". Напряжение на накопителе, частота следования импульсов и процент подгонки номинала варьировались на двух уровнях, согласно полному факторному эксперименту. Общее количество исследованных резисторов 240 шт.

Как показали результаты исследования, технологические режимы влияют на шумовые характеристики резистивных элементов (тонкопленочных, толстопленочных, полупроводниковых). Это дает возможность использовать "шум" в качестве параметров оптимизации технологических процессов, если за критерий оптимальности выбран максимальный процент выхода годных изделий. При этом значительно сокращаются материальные затраты и время за счет замены операции "испытание" после факторных экспериментов на операцию "Контроль шума".

Глава У. Применение приборов электрофлуктуационной диагностики при разбраковке элементов на выходном контроле и при испытаниях

В главе исследуются методы прогнозирования резистивных элементов по шумовым характеристикам.

После того, как конструкция и технология изготовления элемен тов данного вида оптимизированы с точки зрения максимального процента выхода годных изделий, следующим этапом использования шумовых характеристик является выходной контроль и сокращенные по вре мени испытания с периодическим измерением шумовых характеристик.

В качестве объекта исследования были выбраны тонкопленочные резистивные элементы микросхем как малошумящие прецизионные изделия.

Исследования проводились с применением методов распознавания образцов, с учетом физических особенностей шума </у в тонкопленочных резистивных материалах, с учетом статистических моделей распределения значений шумовых характеристик в партиях элементов, а также априорной информации о классах надежности.

Для оценки информативности шумовых характеристик было проведено также прогнозирование надежности по значениям относительного ухода номинала сопротивления ( Кет )• За критерий отказа было выбрано значение

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы,

1. Применение контрольной операции "Разбраковка по шуму" не выходе технологического процесса позволили без проведения специальных испытаний на основании априорной информации разделить резисторы на классы "надежные" и "ненадежные" с учетом ошибок распознавания.

2. При сравнении различных методов распознавания образов i применении к прогнозированию безотказной работы резисторов по"щу-му" наименьшее значение опасной ошибки о(2 (отнесение ненадежного образца к классу "надежные") и вероятности отказа в группе аш ментов повышенной надежности получены для метода Байеса и для метода потенциальных функций.

3. Обработка результатов кратковременных испытаний резисторов с периодическим замером напряжений шума дала возможность отобрать элементы, удовлетворяющие заданному критерию безотказной работы с ошибками распознавания с(f = 17% с(2 =2,9$.

4. Применение прогнозирования безотказной работы резисторов по шумовым признакам уменьшило по сравнению с контрольной операцией "разбраковку по шуму" наиболее опасную ошибку о(2 , и веро-

.тность отказа в группе элементов повышенной надежности примерно ! 2 раза.

5. Анализ результатов разделения резисторов на классы "надеж-не" и "ненадежные" путем прогнозирования по шумовым признакам и ;о значениям коэффициентов старения показал, что в первом случае пасная ошибка о(2 почти в 5 раз, а вероятность отказа в группе лементов повышенной надежности примерно в 3 раза меньше.

6. Применение системы шумовых признаков позволяет за более :ороткий срок по сравнению с системой из значений коэффициентов дарения разделить резисторы на классы "надежные" и "ненадежные".

7. Применение алгоритма на основе информативной меры Шеннона юзволило для прогнозирования безотказной работы резисторов выдать оптимальную с точки зрения размерности пространства систему ¡умовых признаков с потерей информации 0,1% и минимальными значе-[иями ошибок распознавания.

Г л а в а Л. Перспективы развития модуляционных измерителей шумовых характеристик и возможные области применения приборов и методов электрофяуктуационной диагностики

В главе рассмотрены возможности создания модуляционного ана-шзатора спектра токовых шумов, модуляционного устройства для из-иерения шума элементов при воздействии вибрационных нагрузок, вы-¡окочувствительного устройства для измерения вольт-шумовых зави-;имостей элементов. Разработка таких приборов позволит расширить шформацию, получаемую о качестве и надежности электронных эле-яентов по шумовым характеристикам, получить новые знания и взаимо-;вязи флуктуационных процессов в материалах и особенностях их зтруктуры.

Модуляционный анализатор спектра по сравнению с модуляционном измерителем интегрального шума позволит выделить и анализировать отдельные составлявдие спектра, особенно высокочастотные, которые сложно измерить прямым методом.

При воздействии на изделие электронной техники вибрационных 1агрузок может возникнуть дополнительный виброшум, например, за зчет локальных дефектов в контактных узлах- или в проводящей структуре. Разработка специальных измерительных устройств позволит выцедить виброшум на фоне помех и будет способствовать дальнейшему развитии? исследований в области неразрушащего контроля элементов но виброшумам.

Идея предлагаемого устройства состоит в следующем. Через элемент, например, резистор, пропускают постоянный ток. При воздей-

ствш вибраций на выводах резистора можно измерить виброшум - эф фект от хаотических изменений в контактах или структуре. Настраи вал избирательный усилитель на частоту колебаний вибростенда,мож но выделить модулированные с частотой колебаний вибростенда шумы отделив их тем самым от других немодулированных помех.

Одной из важнейших шумовых характеристик является йольт-шу-мовая характеристика электронного элемента. По изменению крутизн этой характеристики можно судить о допустимой мощности индивиду ально каждого элемента и прогнозировать его качество и надежност:

Рассмотренные в гл.Ш модуляционные измерители шумовых харак теристик позволяют непосредственно замерить напряжение шума толь ко при фиксированном напряжении нагрузки. Если дополнительно I низкочастотным синусоидальным напряжением подавать на элемент пи лообразное напряжение, то можно с высокой чувствительностью изме^ рять его вольт-шумовую характеристику и определить значение на грузки, при котором происходит изменение ее крутизны.

Приведены схемы реализации предложенных устройств.

Измерение шума может служить одним из способов определена адгезионной прочности пленок к основанию. Сущность его заключает ся в следующем.

Исследуемый образец размещают в магнитном поле, пропускаю через него электрический ток, увеличивают напряженность магнитно го поля и определяют адгезионную прочность по величине этих пара метров в момент возрастания уровня шума, которое предшествует е нарушению. Этот способ отличается от известного большей точность: определения адгезионной прочности.

Разработанная в диссертации методология электрофлуктуацион ной диагностики качества и надежности резистивных электронных эл ментов во многом может быть использована для любых других элект ронных элементов, в которых токовый шум (или нелинейность вольт амперной характеристики) являются источниками информации о компо нентах ненадежности и возможных деградационных процессах.

Приведены результаты исследования возможности применения ра работанных методов для контроля качества толстопленочных конденс торов, для оптимизации технологических режимов при получении ион но-имплантированных полупроводниковых слоев.

Метод электрофлуктуационной диагностики может быть использо ван и в других отраслях народного хозяйства.

Например, в химической промышленности для контроля однород ности проводимости электропроводящей композиции П-2ЭС-1 на основ полиэтилена. Это необходимо для исключения возможности накоплена

статического электричества и возможности взрыва при транспортировке взрывоопасных веществ по трубам, изготовляемым из данной композиции.

В бумажной промышленности метод электрофлуктуационной диагностики может быть использован для контроля качества полупроводящей бумаги.

В порошковой металлургии объектом исследования, методом электрофлуктуационной диагностики может быть качество компактирования (консолидации) огромного числа отдельных гранул в монолитное изделие, Дефекты могут возникнуть в результате того, что на поверхности гранул могут образовываться тончайшие слои различных неметаллических соединений, которые в дальнейшем будут препятствовать процессу консолидации. Суммарная поверхность массы спекания гранул представляет собой значительную величину.Поэтому даже следы неметаллических поверхностных соединений в целом могут составить заметное количество и отрицательно влиять на характеристики готовых изделий.

Большое распространение найдут методы флуктуационной диагностики в мембранологии и медицине.

Установлено, что источником iff шума являются биологические мембраны живой клетки - тончайшие оболочки, связывающие эти клетки с внешним миром. Характеристики //у1 шума содержат информацию об изменении ионных потоков через мембрану, о процессах перестройки в клетках, происходящих в результате воздействия внешних факторов.

В свою очередь частотный спектр внешних факторов вызывает различную реакцию живого организма. Это дало основание для рассмотрения информативности шумовых характеристик в электронных элементах и биологических объектах с единых методологических позиций, разработанных в диссертации.

Для проверки выдвинутой в диссертации гипотезы о возможности применения различных физических факторов, флуктуирующих по закону //у1 , в рефлексотерапии (электрический ток, лазерный луч,вибрации и др.), были разработаны приборы Старт-5ЭАП, Старт-бЭАП для электрорефлексотерапии и медицинский лазер АЛТП-2 для лазерной рефлексотерапии.

Приборы прошли клинические испытания в Республиканском медицинском диагностическом центре г.Казани. Методики лечения разработаны главным врачом, к.м.н. Клюшкиным И.В. и врачом рефлексотерапевтом Абдуллиной A.M. и показали высокую эффективность. Например, при лечении прибором Старт-бЭАП у 71,7$ больных отмечалось

значительное улучшение состояния, у 20,1$ - улучшение, у 8,2% не было перемен, ухудшения не наблюдалось. Таким образом, эффективность прибора Старт-5ЭАП по оценкам медицинской комиссии составила 91,8$.

Заключение

Результаты работы представляют собой связующее звено мезду фундаментальными исследованиями в области электрических флуктуации и практическими задачами, решаемыми разработчиком и изготовителем электронных элементов в области электрофдуктуационного не-разрушавдего контроля качества.

Разработанные на основе теоретических' и экспериментальных исследований приборы и метод электрофлуктуацио'нного неразрушагацего контроля позволяют решать задачи обеспечения и прогнозирования надежности на различных этапах создания и испытания электронных элементов, осуществлять оперативную обратную связь от параметров качества на производство.

Результаты диссертационной работы использованы в промышленности при отработке технологических режимов получения полупроводниковых слоев для изделий "Кипрей", "Садсан", "Бриг", "Копье". Эффективность их использования заключается в возможности контролировать процесс ионной имплантации, оптимизировать его режимы,проводить отбраковку потенциально ненадежных образцов на ранних этапах изготовления. Для промышленно выпускаемых резистивных сборок Б19 установлена связь мезду шумовыми характеристиками и эксплуатационной надежностью. Использование разработанных приборов и методик при оценке эффективности испытаний позволит оптимизировать последовательность и величины нагрузок при испытаниях электронных элементов, сделать испытания неразрушавдими, разработать методики ускоренных испытаний.

Результаты диссертационной работы использованы при разработке аппаратов электро-лазеро флуктуационной рефлексотерапии Старт-5ЭАП, Старт-бЭАП, АЛТП-2 и методик безлекарственного лечения язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, органов дыхания, опорно-двигательного аппарата, сердечно-сосудистых заболеваний и др.

Эффективность- предложенного способа воздействия на биологически активные точки и разработанных медицинских приборов обусловлена наиболее физиологичным для организма человека воздействием фликкер-шумом, что, позволило, без применения лекарственных средств снизить дозу внешнего воздействия, сократить сроки лечения,исклю-

ть возможные побочные отрицательные эффекты лечения, возможные и известных методах рефлексотерапии.

Основным научно-техническим результатом диссертации являются сзработанные методики и высокоинформагивные приборы электрофлук-гационной диагностики качества и надежности электронных элемен-IB, позволяющие в 10 и более раз повысить чувствительность изменим шумовых характеристик, в 3-5 раз повысить надежность элект-1нных элементов, в 2 раза сократить время испытаний.

Основные теоретические результаты работы - математические и [зические модели электрических шумов электронных элементов, опре-шдацие связь характеристик шумов с параметрами материалов,и мо-гляционный метод измерения токовых шумов электронных элементов, 1зволяющий одновременно с повышением чувствительности разделить [формативные (токовые) шумы от неинформативных (тепловых).

Основными практическими результатами работы является внедре-ie разработанных приборов электрофшуктуационной диагностики в про-шшенности, учебный процесс, а также внедрение приборов электро-¡.зеро-фпуктуационной рефлексотерапии в медицинскую практику.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. A.c. 200632 (СССР). Устройство для измерения избытовых(то-шых) шумов непроволочных резисторов /С.0.Острова, Опубл. в БИ 17, 1967.

2. A.c. 251085 (СССР), Высокочувствительное устройство для змерения низкочастотных токовых шумов /В.А.Белавин, С.0.Острова. 1убл. в БИ И 27, 1969.

3. A.c. & 8780032 (СССР). Устройство для определения потен-1ально нестабильных полупроводниковых приборов /Измайлов Ф.Х., >трова С.О.

4. A.c. № 273805 (СССР). Специзобретение /Острова С.О., Ефи-)вских A.B.

5. A.c. JS 266092 (СССР). Специзобретение /Острова С.О., Ка-гшин В.М.

6. A.c. № 421942 (СССР). Устройство для измерения шумов кон-iktob резисторов /Острова С.О., Асадуллина В.Р. Опубл. в БИ № 12 v 25.11.74.

7. A.c. № I558I87 (СССР). Устройство для измерения шумовых эрактеристик двухполюсников /Острова С.О., Ключарев Ю.Е.

8. -A.c. )i II8709I (СССР). Устройство для измерения токовых /дав резистивных структур /Белавин В.А., Острова С.О.Долин С.Е. зубл. в БИ Js 39 от 23.10.85.

9. A.c. ü 506789 (СССР). Способ определения адгезии /Острова С.О.., Измайлов Ф.Х. Опубл. в БИ Л 10 от 25.05.76.

10. A.c. № 789898 (СССР). Устройство для измерения нелинейности линейных двухполюсников /Митряев Г.И., Острова С.О., Волков Ю.Л. Опубл. в БИ « 47 от 23.12.80.

11. A.c. № II53305 (СССР). Высокочувствительное устройство для контроля шумовых характеристик двухполюсников /Острова С.О., Закиев A.A., Прокофьева М.В. Опубл. в БИ J6 16 от 30.04.85.

12. A.c. № 1646392 (СССР), Способ контроля качества полупроводниковых и резистивных непроволочных элементов / Острова С.О., Денисов А.Г., Демидович М.В,, Ключарев Ю.Е., Закиер A.A., Булгаков А.Э.

13. A.c. Ü 159802 (СССР). Способ измерения токовых шумов двухполюсников в НЧ диапазоне /Демидович М.В., Ключарев Ю.Е., Острова С.О. Опубл. в БИ Л 38 от 15.10.90.

14. Решение о выдаче патента на изобретение по заявке $ 93-036176/14/035875 от 13.07.93 г. (Россия). Устройство для лазерной терапии /Булгаков А.Э., Закиев A.A., Ключарев Ю.Е., Острова С.О., Ларниин А.И., Салаев Ю.Н., Клюшкин И.В., Абдуллина A.M.

15. A.c. Л 4612175/24 (СССР). Способ контроля стойкости двухполюсников к электрическим перегрузкам /Острова С.О.,Закиев A.A., Прокофьева М.В. Решение о выдаче а.с. от 28.11.89.

16. Острова С. 0. Перспективы неразрушающего контроля и прогнозирования надежности изделий на основе проводящих структур по электрическим флуктуациям //Измерение, контрол, автоматизация. 1978. Л 3.

17. Острова С. 0. Измерение шума как метод контроля качества изделий электронной техники //"Труды конференции", "Надежность в электронике". Будапешт, 1977.

18. Острова С. 0. Модуляционный метод измерения электрических флуктуации резистивных и полупроводниковых пленок // Тезисы докладов и сообщений Всесоюзной конференции по автоматическому контролю и методам электрических измерений. Новосибирск, 1968 С.400-402.

19. Острова С. 0. Исследование и разработка метода неразрушающего контроля качества пленочных элементов на основе измерения фликкер-шума //Тезисы докладов УП Всесоюзной научно-техни ческой конференции по микроэлектронике. Львов, 1975. С.110.

20. Острова С. 0. НЧ-шум как метод физико-статистического исследования потенциальной надежности элементов радиоэлектроники и автоматики //Рефераты докладов Всесоюзного совещания по физике отказов. М., 1975. С.15-16.

21. Острова С. 0.,Митряев Г. И., Гераси-о в В. Б. Модуляционные шумомеры для резистивных элементов Научные приборы СЭВ. Комитет по научно-техническому сотрудниче-ву. М., 1974, № 4. С.25-29.

22. О с т р о в а С. 0., А с а д у л л и н а В. Р., Митяев Г. И.,Белякин А. М., Герасимов В. В.

м радиоэлементов как параметр оптимизации при решении некото-dc технологических задач //Аннотация и тезисы докладов Всесоюз-1Й научной сессии, посвященной Дню радио. М., 1973. С.60-61.

23. О с т р о в а С. 0., М и т р я е в Г. И. Модуляционный гмомер для исследования резистивных структур // Метрология и из-грительная техника, 1976, $ 8, реф. 8.321342.

24. Златоустов С. В. .Острова С. 0., А с а-уллина В. Р. Измерение токовых шумов как метод контроля зчества микропленочных резисторов //Радиоэлектроника, 1970.Т.13,

, C.II24-II29.

25. Острова С. 0.,Белякин А. М., А с а д у л -и н а В. Р., Т к а ч е в а И. Н. Использование шумовых харак-эристик при оптимизации технологического процесса //Радиоэлект-эника, 1974. Вып.12. С.80-82. !

26. О с т р о в а С. 0., X а й р у л л и н а А. М. Стати-гические модели распределения ЭДС шумов в партиях. тонкопленочных ззисторов //Электронная техника, серия 8.Вып.10 (28).С.111-114.

27. Острова С.О.,Тогулева Т. Н., Л. е о н т ь-в а И. Г., X а р у л л и н а А. М. Корреляция между низкочас-

отными токовыми шумами и стабильностью тонкопленочных резисто-ов //Электронная техника, 1974, серия 8.Вып.10 (28). C.II5-II9.

28. О с т р о в а С. 0., И з м а й л о в X., М и т р я-в ГЛ., Заки ев A.A. Аппаратура для неразрушающего кон-

роля качества ИЭТ по электрическим флуктуациям //Материалы кон-еренции по физическим аспектам качества электронных приборов и стройств. М., 1976.

29. Острова С. 0.,Асадуллина В. Р., И з-¡айлов Ф. X., Герасимов В. В. НЯ-шум - на службу вдежности в приборостроении //Актуальные вопросы схемно-конст-)укторского проектирования и обеспечения надежности радиоэлект-юнной аппаратуры. М., 1975.

30. Острова С. 0., Измайлов Ф. X. О возможно-;ти неразрушающего контроля приемников инфракрасного изй^йния ю низкочастотному шуму //Микроэлектроника. Казань, 1976. Вып.2.

76-78.

31. О с т р о в а С. 0., Т о г у л е в а Т. П.,Л е о н т ье в а И. Г. Распознавание образцов в задаче прогнозирования надежности резистивных микросхем по шумам //Микроэлектроника.Казань, 1978. Вып.8.

32. О с т р о в а С. 0., М и т р я е в Г. И. Новый прибор для неразрушающего контроля качества ИЭТ по надежности //Аннотация и тезисы докладов ХХХШ Всесоюзной научной сессии, посвященной Дню радио, М.', 1978. С.72.73.

33. Острова С. 0.,Белавин В. А. Моделирование фликкер-шума и фликкер-шума в смеси с белым шумом с помощью электрохимического двухполюсника //Микроэлектроника. Казань, 1967. Вып.2.

34. Острова С.. 0.,Асадуллина В. Р. НЧ-шум и качество пленочных контактов //Рефераты докладов Всесоюзного совещания по физике отказов. М., 1975. С.46.

35. Острова С.О.,Асадуллина В. Р., Алимова Р. А. Щумовне процессы при термостабилизации тонкопленочных резисторов и оптимизация процесса термостабилизации по напряжению шума //Тезисы докладов научно-технической конференции по микроэлектронике. Казань, 1975. С.51-52.

36. О с т р о в а С. 0., И з м а й л о в ф. X. Оценка качества фотоприемников по спектральной характеристике низкочастотных шумов //Устройства, элементы и методы комплексной микроминиатюризации РЭА. Казань, I979. С.106-109.

37. Острова С. 0.,Митряев Г. И. Анализ методов измерения малых уровней нелинейности ВАХ двухполюсников //Устройство, элементы и методы комплексной микроминиатюризации РЭА. Казань, 1980. С.75.

38. Острова С. 0., М и т р я е в Г. И., Федосеева Н. Я. Нелинейность толстопленочных конденсаторов //Устройство, элементы и методы комплексной микроминиатюризации РЭА. Казань, 1979. С.71.

39. Златоустов С. В., Острова С. 0., А с а-дуллина В. Р. Контроль и оптимизация технологии производства металлопленочных резистивных элементов по критерию шума//Те-зисы докладов на I Всесоюзной научно-технической конференции"Ме-таллические пленки в полупроводниковой технике". Рига,1974. С.53.

40. О с т р о в а С. 0., Б е л я к и н А. М., А с а д у л-лина В. Р., Вер зунов С. П., Ткачева И. Н. ,Шай-к и н В. В. Обеспечение надежности и повышение качества прецизионных пленочных делителей напряжения на основании измерения шумов

Тезисы докладов на Всесоюзной научно-технической конференции"Со-ршенствование технологии приборостроения на основе последних до-ижений науки и техники". М., 1973. С.71-73.

41. О с т р о в а С. 0., М и т ряев Г. И., Гераси-о в В. В., Ф о м и н Е. Г;, И з м а й л о в Ф. X. Аппаратура метод отбора высокостабилвных>'терморезисторов для измерительной хники //Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конферен-и "Совершенствование технологии приборостроения на основе поздних достижений науки и техники". М., 1973. С.40.

42. Острова С. 0., А с а д у л л и н а В. Р. О возмож-юти определения величины допустимой мощности микропленочных ректоров по шумовым характеристикам //Микроэлектроника. КАИ.1971. ш.6. 0.II6-II8.

43. Острова С. 0.,Асадуллина В. Р., Тка-е в а И. Н. Исследование зависимости шумовых характеристик мик-1Пленочных резисторов от режимов термообработки //Микроэлектрони-u КАИ, 1972. Вып.?. С.134-138.

44. О с т р о в а С. 0., М и т р я е в Г. И. ,К о л ч ин А.В. »дуляционный анализатор спектра токовых шумов непроволочных рези-'оров //Труды КАИ, 1975. Вып.187. С.75-80.

45. С т о я н о в а И. Г., М а к о в и й ч у к М. И. ,0 с т-ова С. 0.,Чапкевич А., 3 а к и е в А. А. Частотная токовая характеристики низкочастотного шума в ионноимплаятиро-шных слоях бездислокационного кремния //Тезисы докладов на IX :есоюзной научно-технической конференции по микроэлектронике.Ка-шь, 1980. С.158."

46. А с а д у л л и н а В. Р., 0 с т р о в а С. 0. Контроль злества толстопленочных резисторов по шумовым характеристикам 'Тезисы докладов на IX Всесоюзной научно-технической конференции ) микроэлектронике. Казань, 1980. С.217.

47. О с т р о в а С. 0., С т о я н о в а И. Г., Д е н и-о в А. Г., 3 а к и е в А. А., М а к о в и й ч у к Я. Н.,В а-и т о в а Г. У., Л а п т е в Ю. Н. Аппаратурная селекция шу-звых информативных характеристик изделий на оснозе металлических полупроводниковых материалов //Тезисы докладов на IX Всесоюзной аучно-технической конференции по микроэлектронике. Казань, 1980. .94.

48. Златоустов С. В., Острова С. 0., А с а-уллина В. Р. Исследование связи между уровнем токовых шу-эв и качеством микропленочных резисторов //Микроэлектроника,1969, ■пх.4. С.199-203.

49. Острова С. О..Асадуллина В. Р. О связ] мевду токовыми шумами резисторов и их нелинейностью.// Труды КАИ Авиационные приборы и автоматы, 1974. С.76-78.

50. Эльстинг 0. Г., Острова С. 0., Г о н о -старев В. А. Аппаратура для измерения фдуктуаций электрических и неэлектрических величин //Разработка и применение средси информационно-измерительной и вычислительной техники. Тезисы докладов научно-технической конференции, КуАИ, 1965. С.35-36.

51. Д е м и д о в и ч М., Денисов А.,ЗакиевА., Каримов А. .Ключарев Ю., Острова С., Прокофьева М. Использование шумовых характеристик при решении задач моделирования и управления технологическими процессам! изготовления электронных элементов //'Груда Ш Польско-советской конференции "Комплексная автоматизация в промышленности, Вроцлав, 1988.

52. Острова С. 0. Способы повышения метрологических ха рактеристик приборов электрофлуктуационной диагностики // Труды

Ш Польско-советской конференции "Комплексная автоматизация в промышленности" , Вроцлав, 1988.

53. Острова С. 0., Булгаков А. Э., Клюшки н И. В., А б д у л л и н а А. М. Применение шума в рефлексотерапии //Труды 12-й международной конференции "Щумы в физических системах и 4/с флуктуации", США, шт.Сент-Луис, август 1993 т. С#728-730.