автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Синтез методов и средства неразрушающего контроля качества полупроводниковых изделий на основе моделей неизотермического токораспределения в приборных структурах

На правах рукописи

Сергеев Вячеслав Андреевич

I

I

I

СИНТЕЗ МЕТОДОВ И СРЕДСТВА НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИЗДЕЛИЙ НА ОСНОВЕ МОДЕЛЕЙ НЕИЗОТЕРМИЧЕСКОГО ТОКОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ В ПРИБОРНЫХ СТРУКТУРАХ

Специальность 05.27.0)-Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 2005

Работа выполнена в Ульяновском филиале Института радиотехники и электроники РАН и на кафедре «Радиотехника» Ульяновского государственного технического университета

Официальные оппоненты: член-корреспондент РАН, доктор

физико-математических наук, профессор В.Г. Мокеров

доктор технических наук, профессор, член-коррреспондент РАЕН Ю.А. Концевой

доктор физико-математических наук, профессор Ф.И. Маняхин

Ведущая организация Московский государсттвенный

институт электронной техники (технический университет)

Защита состоится » г. в 1С час 0/0 мин,

на заседании диссертационного совета Д 212.131.02 Московского государственного института радиотехники, электроники и автоматики (технического университета) по адресу: 117454, г. Москва, пр. Вернадского, 78

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке МИРЭА

Автореферат разослан «&0 » г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

* г :

«

В.О. Вальднер

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Постоянное повышение требований к качеству и надежности радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) определяет необходимость применения комплекса мер по обеспечению высокого качества и надежности полупроводниковых приборов (111111) и интегральных схем (ИС), составляющих основу элементной базы современной РЭА. Одним из перспективных направлений при формировании такого комплекса мер является разработка и совершенствование методов и средств неразрушающего контроля и диагностики качества полупроводниковых изделий Такие методы и средства активно разрабатываются по мере изменения и совершенствования технологии производства ППП и ИС, появления новых классов приборов, расширения их функциональных возможностей и областей применения. Они основываются на комплексном исследовании физических процессов в структуре и конструкции изделий, которые приводят к отказам или ускоряют их наступление.

Результаты исследований отечественных ученых Н.М Ройзина, В.Л Аронова, Я.А.Федотова, Н.Н.Горюнова, Д.К.Закса, Б.К.Петрова, В.Ф.Синкевича, В Ф.Сынорова, А А. Чернышева и др., а также анализ отказов радиоэлектронных компонентов при испытаниях и в реальных условиях эксплуатации показывают, что предельные функциональные возможности и надежность даже бездефектных полупроводниковых изделий, и в особенности мощных ППП и ИС, во многом определяются эффектами неоднородного, а при некоторых режимах и неустойчивого. распределения плотности тока, мощности и температуры в приборных структурах. Указанные эффекты ускоряют механизмы деградации и отказов изделий и проявляются в отклонении реальных теплофизических характеристик (ТФХ) 111111 и ИС о) расчетных, что служит физико-технической основой методов неразрушающего контроля качества полупроводниковых изделий по ТФХ. К началу 80-х годов был накоплен определенный опыт разработки и применения таких методов.

Широко используемые в исследовательской практике прямые и бесконтактные методы измерения температурных полей ППП и ИС, основанные на регистрации инфракрасного излучения с поверхности приборных структур и применении различного рода термоиндикаторов, нетехнологичны, имеют низкое быстродействие и не применимы на стадиях выходного и входного контроля качества. Значительная группа методов диагностики качества основана на выявлении аномалий неизотермических ВАХ полупроводниковых изделий при появлении неустойчивости токораспределения и резко неоднородных состояний в приборных структурах; при этом изделие в процессе контроля подвергается запредельным энергетическим воздействиям, что ограничивает применение этих методов в производственных условиях. Применяемые в производственных условиях косвенные методы контроля тепловых свойств ППП и ИС основываются на линейных тепловых моделях и сводятся к измерению отдельных тепловых параметров (теплового сопротивления переход-корпус) в фиксированном электрическом режиме. Информативность этих методов невысока, поскольку они не позволяют оценить неоднородность распределения то-

РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ •иклиотекА С1 4»

ьПыаИург/

ка и температуры в приборных структурах, адекватно рассчитать функциональные характеристики, тепловые режимы и надежности электронных устройств с учетом зависимости тепловых параметров ГГПП и ИС от параметров электрического режима и внешних воздействий. Известные теплоэлектриче-ские модели не в полной мере учитывают влияние токоведущей металлизации, пассивных областей и случайных неодпородностей (дефектов) приборных структур, которые в результате действия внутренней тепловой обратной связи приводят к существенному изменению неизотермического распределения плотности тока, мощности и температуры в структурах изделий.

Таким образом, актуальной задачей является совершенствование известных и разработка новых промышленно ориентированных методов и средств неразру-шающего контроля качества полупроводниковых изделий, позволяющих более адекватно оценивать неоднородность распределения тока и температуры в приборных структурах, температурные запасы и параметры предельных режимов работы изделий с учетом условий их применения.

Цель и задачи исследования. Целью работы является совершенствование известных и разработка новых более эффективных производственно ориентированных методов и средств неразрушающего контроля и повышение достоверности оценки качества полупроводниковых изделий по интегральным теп-лофизическим характеристикам с учетом условий применения и режимов эксплуатации изделий в электронных устройствах.

Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:

1. Разработать аналитические физико-математические модели теплоэлектриче-ских процессов в структурах полупроводниковых изделий с температурозависимой плотностью мощности, позволяющие расчитывать распределение плотности тока, мощности и температуры с учетом влияния регулярных и случайных неоднородно-стей структуры и конструкции изделия и поперечного теплопереноса.

2. Показать возможность аналитического количественного описания влияния различного рода неоднородностей и дефектов структуры и конструкции полупроводниковых изделий на кинетику перераспределения мощности и температуры и устойчивость токораспределения в приборных структурах

3. Проанализировать проявление эффектов неоднородного токораспределения в приборных структурах на интегральных теплоэлектрических характеристиках полупроводниковых изделий и на этой основе исследовать возможности применения комбинации различных видов модуляции греющей мощности для синтеза более эффективных по сравнению с известными косвенных методов и средств измерения теплофизических характеристик полупроводниковых изделий

4. Исследовать механизмы влияния температуры окружающей среды и проникающих излучений на тепловые параметры и устойчивость токораспределения в мощных биполярных ВЧ и СВЧ транзисторах.

5. Аналитически оценить влияние разброса тепловых параметров полупроводниковых изделий на характеристики электронных устройств с их применением, в частности с симметричным включением активных элементов.

. >•■'' л I 4

! ' >' *..»!,■»

*4 '"»v '

6. Исследовать статистические закономерности и особенности выборочных распределений ПГТП базовых типов по величине теплофизических параметров. По результатам ускоренных испытаний определить возможность и оценить эффективность отбраковки потенциально ненадежных приборов по диагностическим, в том числе теплофизическим параметрам.

Методы исследований. При решении поставленных задач использовались положения физики полупроводников и полупроводниковых приборов, методы теории теплопереноса, математической физики и математической статистики, а также численные методы с применением ЭВМ. Обработка экспериментальных результатов проводилась с использованием методов теории погрешностей. t Научная новизна.

1 Развита аналитическая тегоюэлектрическая модель пленарных структур ППП и ИС, связывающая неизотермическое распределение плотности мощности и температуры в активной области структуры с изотермической неоднородностью

' плотности мощности, обусловленной действием регулярных и случайных причин

различной физической природы, с учетом влияния поперечного теплопереноса.

2 Впервые теоретически получены и экспериментально подтверждены аналитические выражения для неизотермического токораспределения в структурах биполярных транзисторов с учетом совместного влияния распределенных сопротивлений токоведущей металлизации, активных и пассивных областей структуры и зависимости коэффициента передачи тока от эмиттерного тока и коллекторного напряжения. Показано, что лавинное умножение в коллекторном переходе приводит к уменьшению неоднородности токораспределения, обусловленной эффектом оттеснения эмиттерного тока

3 На основе моделей неизотермического токораспределения в базовых приборных структурах (биполярных и полевых транзисторов, диодов и термист оров) установлена связь неоднородности распредепения тока и температуры с интегральными теплоэлектрическими храктеристиками изделий. В частности, у термисторов с цилиндрической симметрией внутренняя тепловая обратная связь проявляется в квадратичной зависимости полного сопротивления термистора от мощности постоянного тока.

4. На основе дискретной теплоэлектрической модели выявлены различия кинетики перераспределения плотности мощности и температуры в структурах с теплофизическими и электрофизическими дефектами при изменении греющей мощности; установлена связь параметров дефектов с предельной мощностью, рассеиваемой структурой.

5 Разработаны научно-технические основы синтеза автоматизированных косвенных методов и средств измерения теплофизических характеристик полупроводниковых изделий с применением комбинаций различных видов модуляции греющей мощности: гармонической, линейной, амплчтудно-, частотно- и широтно-импульсной.

6. Разработаны новые, более быстородействующие по сравнению с известными, способы и устройства измерения теплофизических параметров и характеристик полупроводниковых приборов методом сравнения.

7. Впервые экспериментально установлено и теоретически объяснено наличие минимума на зависимости напряжения локализации тока в мощных биполярных транзисторах от температуры корпуса и возрастание напряжения локализации тока в мощных ВЧ и СВЧ биполярных транзисторах при у-облучении с ростом дозы облучения;

8 Впервые теоретически рассмотрены и получены расчетные формулы для оценки дополнительных погрешностей и искажений сигналов в электронных устройствах с симметричным включением активных элементов, обусловленных технологическим разбросом тепловых параметров активных элементов.

9 Выявлены условия, причины и закономерности проявления двухмо-дальности распределений мощных биполярных транзисторов по величине теплового сопротивления. На основе выборочных испытаний показано, что во вторую моду распределения попадают дефектные приборы с аномально неоднородным распределением тока и температуры в структуре. Практическая ценность и реализация результатов работы.

1. Предложены рекомендации по изменению геометрии структур и конструкции мощных биполярных транзисторов, позволяющие уменьшить неоднородность токораспределения и повысить устойчивость транзисторов к тепловому пробою

2. Разработан комплекс методов и средств контроля качесгва ППП и ИС по зависимостям теплового импеданса от частоты и мощности, в частности метод температурных волн для диагностики качества цифровых ИС, а также способ и устройство автоматизированного контроля температурной границы области безопасной работы мощных биполярных транзисторов

3. Разработаны и внедрены на промышленных предприятиях, в конструктор-ско-технологических бюро и научных учреждениях серия измерительных приборов, установок и устройств, а также соответствующие методики для контроля качества и отбраковки ППП и ИС по теплофизическим характеристикам:

установка для измерения теплофизических параметров мощных транзисторов УИТЭП внедрена на входном контроле п/я В-8828;

установка для измерения теплоэлектрических параметров мощных транзисторов УИТП-1МТ внедрена на заводе «Искра»;

установка для измерения теплоэлектрических параметров аналоговых микросхем УИТЭП-2 внедрена на входном контроле п/я В8828;

установка для измерения теплоэлектрических параметров логических интегральных микросхем УИТЭП-3 внедрена на п/я В8828;

установка для измерения теплоэлектрических параметров мощных транзисторов УИТЭП- 1М внедрена на Сарапульском радиозаводе;

измеритель теплового сопротивления СВЧ диодов (в составе установки УИТЭП-4) внедрен на Ульяновском механическом заводе;

установка для контроля качества мощных транзисторов внедрена на Ульяновском радиоламповом заводе.

4. Получены параметры статистических распределений мощных транзисторов по величине теплового сопротивления и напряжения локализации тока, необходимые при проектировании электронных блоков и узлов РЭА с их применением

Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе на радиотехническом факультете Ульяновского государственного технического университета при проведении занятий по дисциплинам "Основы метрологии и радиоизмерений" и "Метрология, стандартизация и сертификация" для студентов специальности "Радиотехника" и "Телекоммуникации", а также при проведении спецкурсов и ежегодных школ-семинаров в совместном учебно-научном центре УлГТУ и УФ ИРЭ РАН, созданном в рамках проекта А-0066 ФЦП "Интеграция".

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: Всесоюзной НТК "Вопросы теории проектирования аналоговых измерительных преобразователей" (Ульяновск, ' 1980); Межвузовской НТК "Автоматизация контрольно-поверочных работ в

электроприборостроении" (Ульяновск, 1986); Всесоюзной НТК "Пути развития электронных средств и задачи высшей школы в подготовке специалистов соответствующей квалификации" (Ульяновск, 1991); Международной НТК "Актуальные проблемы электронного приборостроения" (Саратов, 1996); Всероссийской НТК "Современные проблемы проектирования и эксплуатации радиотехнических систем" (Ульяновск, 1998); Международной НТО "Методы и средства преобразования и обработки аналоговой информации" (Ульяновск, 1999); Ежегодной школе-семинаре "Актуальные проблемы физической и функциональной электроники" (Ульяновск, 1999... 2002); УШ-ой и 1Х-ой Международных НТК "Оптические, радиоволновые и тепловые методы и средства контроля качества материалов, промышленных изделий и окружающей среды" (Ульяновск, 2000, 2004); У-ой Всесоюзной НТК "Методы и средства измерений физических величин" (Нижний Новгород, 2000); Международной НТК "Континуальные логико-алгебраические исчисления и нейроматематика в науке, технике и экономике" (Ульяновск, 2001, 2005); 2-ой Международной НТК "Измерение, контроль, информатизация"(Барнаул, 2001), Всероссийской НТК "Современные проблемы радиоэлектроники" (Красноярск, 2001); 3-ей Всероссийской НТК "Современные проблемы создания и эксплуатации радиотехнических систем" (Ульяновск, 2001); Всероссийской НТК "Приборы и приборные системы" (Тула, 2001); Международной НПК «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения»-^ТЕ1ША'ПС-2004 (Москва, 2004 ). На защиту выносятся:

1. Теоретическая модель, аналитические выражения и результаты расчетов неизотермического токораспределения в базовых приборных структурах с совместным учетом влияния распределенных сопротивлений токоведущей металлизации, пассивных и активных областей приборных структур в приближении локальной тепловой обратной связи (самосогласованного теплоэлектрического режима), а также рекомендации по повышению однородности и устойчивости токораспределения в мощных биполярных транзисторах путем изменения геометрии и оптимизации параметров структуры и конструкции приборов.

2. Обобщенная дискретная теплоэлектрическая модель, результаты расчета распределения тока и температуры, переходных теплофизических характе-

ристик и условий тепловой неустойчивости в структурах ППГ7 и ИС с неодно-родностями и дефектами различной физической природы.

3. Технические принципы, конкретные способы и структурные схемы устройств для автоматизированного косвенного измерения теплофизических характеристик ППП и ИС и параметров тепловой неустойчивости бипотарны? транзисторов, основанные на комбинированном применении различных видор модуляции греющей мощности: гармонической, линейной, амплитудно-, час тотно- и широтно-импульсной, включая метод температурных волн диагностики качества цифровых ИС, а также способ и структурную схему устройст ва автоматизированного контроля температурной границы области безопасной работы мощных биполярных транзисторов

4. Теоретическое обоснование и конкретные варианты новых, более быс-тородействующих по сравнению с известными, способов и устройств измерения теплофизических параметров и характеристик полупроводниковых изделий методом сравнения.

5. Результаты экспериментальных исследований зависимостей теплового импеданса биполярных транзисторов, стабилитронов и цифровых интегральных микросхем от частоты и параметров режима измерения

6. Результаты экспериментального исследования и анализа влияния температуры и проникающих излучений на тепловую неустойчивость токорас пределения в мощных ВЧ и СВЧ биполярных транзисторах

7. Расчетные формулы для оценки погрешностей и искажений сигналов в электронных устройствах с симметричным включением активных элементов, обусловленных технологическим разбросом тепловых параметров ППП

8. Статистические закономерности и особенности выборочных распределений ППП и ИС различных классов по величине тепловых параметров, результаты выборочных ускоренных испытаний и разработанные на этой основе методики оценки качества ППП и ИС и отбраковки дефектных и потенциально ненадежных приборов по крутизне зависимости теплового сопротивления переход-корпус от греющей мощности.

9. Комплекс внедренных на промышленных предприятиях средств измерения теплофизических параметров ППП и ИС и методик контроля их качества

Публикации. По теме диссертации опубликовано 98 научных работ, включая 1 монографию, 49 научных статей, 17 тезисов докладов на научно-технических конференциях и семинарах, 1 учебно-методическое издание, 5 отчетов о НИР, 25 авторских свидетельств и патентов на изобретения

Личный вклад автора. Основные научные результаты получены автором лично. В большинстве научных работ и изобретениях, выполненных в соавторстве, автор определял постановку задачи и разрабатывал теоретические модели для описания исследуемых тлений. Идеи ряда исследований и изобретений принадлежат профессору H.H. Горюнову. Реализация прикладных разработок и экспериментов осуществлялась с участием A.A. Широкова, O.A. Дулова, сотрудников и студентов кафедры «Радиотехника» УлГТУ. Работы по внедрению результатов исследований проводились под руководством и при личном участии автора.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы, включающего 302 наименования, 13 приложений. Общий объем диссертации составляет 328 страниц и содержит 14 таблиц и 147 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показано состояние проблемы, обоснована актуальность темы исследований, изложены цели и задачи, решаемые в диссертационной работе, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, г В первой главе рассмотрены физико-математические основы анализа теп-

лофизических процессов и эффектов неоднородного токораспределения в структурах 111111 и ИС. Развиваются аналитические теплоэлектрические модели планарных 111111 и ИС, основанные на приближении локальной тепловой обратной связи и квазилинейной зависимости плотности мощности от отклонения температуры поверхности активной области структуры от среднего значения.

Большинство современных ГПШ и ИС изготавливается по пленарной технологии и представляют собой плоскослоистую систему, в которой полупроводниковая пластина закрепляется на основании корпуса или термокомпенси-рующей прокладке с помощью припоя, а основные источники тепла располага-кпея в активной области структуры, в тонком слое вблизи рабочей поверхности полупроводниковой пластины. Основным механизмом теплопереноса в такой конструкции является теплопроводность и задача расчета температурных полей сводится к решению уравнения теплопроводности при известной плотности источников тепла и заданных краевых условиях. При этом качество теплоотвода в сильной степени зависит от однородности промежуточных соединительных слоев.

Плотность мощности источников тепла в приборных сруктурах при включении изделия в электрическую цепь определяется распределением плотности тока и потенциала в структуре и в стационарном режиме в отсутствии эффектов сильного легирования находится по упрощенной формуле Найвона: <2 = 1Ё + Ея (Я - С), где 3 - плотность тока в заданной точке структуры, Е - напряженность электрического поля в той же точке, й и Я - соответственно скорости генерации и рекомбинации носителей заряда, Ек - ширина запрещеной зоны

При исследовании токораспределения и температурных полей в структурах ГПТП и ИС сложилось два аналитических подхода: эффекш неоднородного токораспределения рассматриваются, как правило, в изотермическом приближении, а для описания тепловых свойств 111111 и ИС используют линейные тепловые модели и аналитические выражения для температурных полей ищутся в приближении температуронезависимой плотности мощности источников тепла.

В реальных приборных структурах в результате падения напряжения на распределенных сопротивлениях токоведущей металлизации, активных и пассивных областей распределение тока и плотности мощности является существенно неоднородным даже в изотермическом приближении. В развитие известных моделей

изотермического токораспределения для учета совместного влияния регулярных причин неоднородного токораспределения диффузионно-дрейфовая модель переноса носителей заряда в полупроводниках, базирующаяся на фундамен галь-ной системе уравнений - Пуассона, непрерывности и переноса дырок и электронов, дополнена системой уравнений распределения тока и потенциала в токоведу-щей металлизации и пассивных областях структуры.

Для аналитического решения задачи неизотермического распределения плотности мощности в приборных структурах предложена модель локальной тепловой обратной связи (ЛТОС). В структурах, характерные размеры активной области которых в плоскости поверхности существенно больше толщины И пластины и характерной длины процесса теплопроводности (,т тепловая связь между частями активной области, удаленными друг от друга на расстояние нескольких А, пренебрежимо мала и приращение температуры в данной точке поверхности пропорционально плотности теплового потока д(.х, у, Тп,7) в этой точке:

ЬТ„(х,у) = Т„(х,у)-Т0=ртд(х,у,Т„,п), (1)

где ру = й/Л. -удельное (на единицу площади) тепловое сопротивление поверхности структуры, которое в общем случае является известной (а в случае дефектов теплофизической природы - неизвестной) функцией координат и температуры, А-коэффициент теплопроводности полупроводника, т„-температура основания корпуса; х, у - координаты в плоскости поверхности структуры; т1- пространственно независимый параметр электрического режима, значение которого определяется из условия поддержания заданной полной мощности, рассеиваемой структурой: р= ^(х,у,Т„(х,у),т^8, где - площадь

5.

активной области. Уравнение (1) совместно с обобщенной системой уравнений токораспределения для некоторых типов и геометрий приборных структур могут быть решены без дополнительных ограничений.

В обычных слабонеоднородных режимах работы полупроводниковых изделий изменение температуры в пределах активной области структуры мало по сравнению со средней температурой активной области Та и для анализа неизотермического распределения плотности мощности предложено использовать квазилинейное приближение, согласно которого плотность теплового потока является линейной функцией отклонения температуры поверхности Т„ (х, у) от средней температуры активной области:

ф, v,Т„,т/) = ф,у,Та,77)(1 + £тЛТа)=д(х,у,Та,}})(1-£гАТа+4тАГ„), (2) где !\Та = Т„(х,у)-Та ; дТа=Та-Т0; <?(*, у, Га,/7)-изотермическое распределение плотности мощности при температуре Та; ^у - д~](с!д/¿Т)= ^ - относительный температурный коэффициент плотности мощности, в общем случае зависящий от Та . Из (1) и (2) получена система уравнений самосогласованного тегь

лоэлектрического режима структуры:

Ч

(За)

т -г; . <35)

дГа=л/(1 + &Л); (Зв)

A = J_ р^х,,,?^) ^ (3r)

sa 1\-4тРтЯ(х,У,Та,'1) Для большинства базовых приборных структур в рабочем диапазоне температур (Т) слабо зависит от температуры; при « const анализ системы (3) существенно упрощается. В случае малой изотермической неоднодности плотности мощности вида q(x,y, T,tj) = q{T,ri)^ + 8(x,y,T)\ где q(T,rj)-средняя плотность мощности, a \S(x, у, Г)| «1, из (3) следует, что приращение средней температуры активной области суперлинейно зависит от средней плотности (а значит и полной) мощности:

АТа *pTq[l + iTpTqBTS], (4)

где Bj - 4тРГчК\ ~ 4тРГЧ)■> а крутизна этой зависимости пропорциональна мере неоднородности-9 = ¡S2(x,y,Ta)dS. При малой теплофизической неод-

Sa

нородности вида рг{х,у,Т) - 'p1\i}+u(x,y,Tf\ средняя температура зависит от средней плотности мощное ги аналогичным образом.

При заданной полной мощности и малых приращениях средней температуры АТа«Т(, из условия q{T,rj) = const следует, что изменение пространственно независимого параметра электрического режима г; пропорционально ДТа:

;/„ «77„ + КтАТа, (5)

где к j - температурный коэффициент, a - значение параметра г/ при температуре Та. Таким образом, неоднородность распределения плотности мощности и температуры в приборных структурах проявляются в нелинейной зависимости r/(q), крутизна которой пропорциональна мере неоднородности.

В структурах с произвольным соотношением длины теплопроводности I, и характерных размеров Я активной области температурное поле находится из решения уравнения теплопроводности с нелинейным граничным условием второго рода в области источника тепла:

dz

q(x,y,Tn)

= 0,x,yeS„ Л

(6)

Для аналитического решения этой задачи использована квазилинейная модель, согласно которой плотность мощности представлялась в виде:

Ф,У,Т„,ч) = <](х,у,Та,п)Ь-4т ЬТа/Тй)+ч4т АТ„/Т0 . (7)

При обычно принимаемых граничных условиях на боковых гранях и основании пластины распределение температуры по аналогии с решениями для температу-ронезависимых источников тепла находится в виде разложений по пространственным гармоникам Фурье для прямоугольных пласшн с прямоугольными источниками тепла и Фурье-Бесселя - для круглых пластин с осесимметричными источниками тепла. При известном изотермическом распределении плотности мощности коэффициенты разложения определяются из уравнения (6) после подстановки (7) путем приравнивания коэффициентов при одинаковых гармониках. В результате саморазогрева каждая пространственная гармоника плотности мощности изменяется со своим коэффициентом тепловой обратной связи (TOC), коэффициент TOC и вклад каждой гармоники в общую неизотермическую неоднородность плотности мощности уменьшается с ростом номера гармоники. Из анализа полученных решений следует, что при 4т ~ const средняя температура активной области суперлинейно возрастает с ростом полной мощности- ЛГ0 = + где Ф(Я)- монотонно возрастающие функции, определяемые изотермическим распределением плотности мощности q(x,y,Ta)/q при температуре Та. В рассматриваемой модели влияние исходной неоднородности плотности мощности на температурное поле в структуре определяется формой, размером и местоположением неоднородности. В тонких структурах в пределе при h/ЧЯ 0 полученные решения совпадают с решениями, полученными в приближении JITOC.

Во второй главе приведены аналитические решения для изотермического и неизотермического (в приближении JITOC) токораспределения в базовых приборных структурах с учетом совместного влияния основных регулярных причин неднородного токораспределе-ниях; анализируются возможности косвенной опенки неоднородности распределения тока, мощности и температуры по неизотермическим вольт-амперным характеристикам (ВАХ) изделий.

Для гребенчатых структур биполярных транзисторов (БТ) (рис.1.) рассмотрено решение системы уравнений токораспределения в приближении JTTOC с учетом влияния распределенных сопротивлений токоведущей металлизации, активных и пассивных областей структуры и зависимости коэффициента передачи тока от плотности тока

аж

Рис.1 а Геометрия "элементарного" транзистора гребенчатой структуры

Рис.1 б Разрез гребенчатой структуры

Для узких (одномерных) дорожек без учета эффекта оттеснения система уравнений токораспределения сводится к одномерному дифференциальному уравнению:

1 , л ; т

<2Х аЭМаЭМ аБМаБМ где J3- плотность эмиттерного тока; <рп -<р3м -<Рбм> 'Рэм > Фбм~ потенциалы эмиттерной и базовой металлизации относительно эмиттерного и базового выводов соответственно; d3M и dEM - толщина, а аэм и ош -проводимость материала эмиттерной и базовой дорожек металлизации соот-ветственнно, а - коэффициент передачи тока в схеме с общей базой, зависящий от плотности эмиттерного тока. Плотность эмиттерного тока под дорожкой определяется выражением:

, < \ т* h^i i \з \~Eg +<<Рэм ~<Рбм -rnS3J3)} ...

УЭ(,) = УЭ0(1 + ЛГУЭ) expj---kToi} + ÁTj3)-}' W

1де J.*0 - равновесный ток эмиттерного перехода при температуре 7Ъ, к - постоянная Больцмана, е -заряд электрона, Sj -площадь эмиттера, г„ - сопротивление пассивных областей структуры: гп=гэ+(\-а)гь-п, гэ- сопротивление тела эмиттера, гБП - сопротивление пассивной области базы, Яу = pTUКЭ /Т0- параметр тепловой связи, Uкэ - напряжение коллектор-эмитгер. Совместное решение (8) и (9) приводит к дифференциальному уравнению вида-

J"3-F,(J3)(J'3)2-F2(J3) = 0, (10)

где/-,(^э)---————, b¡{Jэ)~777-71 л-{-—-— + -Т-——

J3 f(J3) ЛЛ) d3M<J3M dBM°3M

fV3) =

„ г . \

<Рто

Jr. J

XyJ3

'30

<Pf<j =kT0/e - тепловой потенциал. При Л?—>0 уравнение ()0) определяет токораспределение в изотермическом приближении, а при г„ -> 0 и а-* 1 решение (10) приводит к известным выражениям.

При а =ад= const и г„ —>■ 0 решение (10) получено с учетом неэквипотен-циальности базовой дорожки. Установлено, что с ростом отношения полных сопротивлений эмиттерной R3Mn базовойRш дорожек REM (1 -ocQ)/R3M плотность эмиггерного тока под основанием дорожки уменьшается, а под концом дорожки - растет. В диапазоне малых и средних токов (R3Ml3 <q>T)c погрешностью, не превышающей величины (R3MI3/6<pT)2, распределение плотности эмиттерного тока описывается приближенным выражением:

Jэ(X) .7Э[l + сри{{х-Вг)2~ 1/з| (11)

где х - xfL3M , 53 =Лэи/[Л£М(1-а0)+Лэм], <ри = 1,/?JA, ¡2Въ<р, , J3 =/3/S3 , LMI - длина дорожки, 1Э -полный эмиттерный ток втекающий в дорожку. Из (11) следует, что плотность тока минимальна в точках с координатой х -Въ. Эффективная площадь эмиттера Sэфф э 1}/J llm максимальна при 5, = 1/2,то есть при Rw =Rm(\-aJ.

Уменьшение коэффициента передачи тока с ростом плотности эмиттер!юго тока приводит к некоторому выравниванию токораспределения.

Падение напряжения на распределенных сопротивлениях пассивных областей структуры приводит к ограничению роста неоднородности токораспределения под дорожкой с увеличением эмиттерного тока. В структурах с эквипотенциальной базовой металлизацией (Rм > Rm (1-а0)) в режиме больших токов (г„ /э >срт) распределение плотности тока и эффективная площадь эмиттера S ум, не зависят от величины полного тока:

Л (*) = -ЩЛ*. ■ ch[jRJM /г. (1 - j)js/r' jR3K) ¡Г. ; (12а)

• (126)

Из решения (10) в неизотермическом приближении следует, что ЛТОС уменьшает ограничивающее действие распределенных сопротивлений структуры и неоднородность токораспределения возрастает. В структурах с RM > гп в диапазоне малых и средних токов (вплоть до ~ 0,5/^") плотность эмиттерного тока достаточно точно описывается приближенным выражением:

J\ (х) « J3 jl + В, п<Рш [(* - 1)г -1/3 J}, (13)

гае <!>ш =%,/(' + Л/э). 5/о=0-e^JjY, =(£к-еЦ,Б)/е^/0.

Согласно (13) плотность тока равна среднему значению J'3{x) = J3 при х = 0,42L)M ; при этом положение линии средней плотности тока не зависит ни от полного тока, ни от величины TOC (рис.2.) и полный эмиттерный ток распределяется между частями дорожки, разделенными линией средней плотности тока, в пропорции: /Э|//э,=|Уз/(1-»и,)Н где /Э1 и /эз- токи, протекающие через первую (х < х) и второю (х>х) части соответственно, ь

т, = i<V//9 (1-с,А; J3).

Ш) X

1.6 ■

1,2

1,0

0,6

\J К-эмЬ - 0,6(piu

к

к

ы J_

3

0.2

0,4

0,6 0.8

1,0

Рис 2 Распределение плотности эмиттерного тока под эмиттерной дорожкой в приближении ЛТОС.

1 =

То

2 ам =0 3 з £«М _п, * То U'j' То ~0'5

В режиме генератора эмиттерного тока, падение напряжения на сопротивлении дорожек приводит к появлению дополнительной составляющей напряжения между эмиттерным и базовым выводами транзистора, которая с увеличением коллекторного напряжения возрастает по суперлинейному закону и является диагностическим признаком неоднородного токораспределения.

Анализ полученных решений показал, что с увеличением коллекторного напряжения неоднородность токораспределения возрастает по закону -ию)'\ где критическое напряжение находится согласно (10) из условия /(Уэ) = 0. Это условие означает появление неустойчивости токо-^ распределения в гребенчатых структурах и при заданном токе эмиттера выпол-

няется при меньшем, чем в однородной модели, коллекторном напряжении:

и = —Т»-[ Г-Аз- + I. Из-за уменьшения эффективной площади эмиттера с ростом эмиттерного тока уменьшается с ростом тока сильнее, чем это следует из однородной модели.

С ростом температуры основания кристалла 7о действие ЛТОС уменьшается, распределение ^х) выравнивается и его устойчивость повышается.

С целью выравнивания токораспределения в гребенчатых структурах БТ предложена геометрия структуры с переменным расстоянием от контура активной базы до базовой металлизации; при этом падение напряжения на сопротивлении металлизации компенсируется изменением падения напряжения на распределенном сопротивлении пассивной базы. Для компенсации действия ЛТОС в структурах с прямоугольной геометрией дорожек предложена конструкция мощного БТ с клиновидной термокомпенсирующей прокладкой; уменьшение плотности эмиттерного тока вдоль эмштерной дорожки в этом случае компенсируется увеличением удельного теплового сопротивления. I Измерения зондовым методом распределения потенциалов вдоль базовой

и эмиттерной дорожек металлизации в структурах транзисторов КТ803А в импульсном (изотермическом) и статическом (неизотермическом) режимах > показали хорошее совпадение экспериментальных данных и полученных тео-

ретических зависимостей. В частности с увеличением коллекторного напряжения при заданном токе эмиттера наблюдалось уменьшение падения напряжения на эмиттерных дорожках, которое хорошо описывается в приближении ЛТОС. У экспериментальных образцов приборов с клиновидной прокладкой снижение падения напряжения на эмиттерных дорожках с увеличением коллекторного напряжения было более пологим, что свидетельствует о выравнивании токораспределения.

В рамках квазилинейной модели рассмотрен неизотермический эффект оттеснения эмиттерного тока Показано, что в структурах с круглым эмиттером большого радиуса (Я » И) увеличение коллекторного напряжения приводит к

росту неоднородности токораспределения по супер линейному закону. В режиме малых и средних токов линия средней плотности тока проходит по окружности г = -У2Л„ и не зависит ни от полного тока, ни от коллекторного напряжения.

Рассмотрены ранее не исследованные особенности эффекта оттеснения эмит-терного тока при лавинном умножения в коллекторном переходе. Установлено, что лавинное умножение приводит к уменьшению неоднородности токораспределения, обусловленной эффектом оттеснения. Показано, что в режиме малых и средних токов плотность эмитгерного тока описывается выражением.

^Ш^эЦ^ф, (Н)

1 -2Ъба!Ъ

где ЪБА- параметр неоднородности, определяемый падением напряжения на сопротивлении активной базы ЯБА и коэффициентом лавинного умножения М в коллекторном переходе, у = 2у/аэм - приведенная поперечная координата, отсчитываемая от середины дорожки. При стремлении коллекторного напряжения ик к напряжению пробоя I!м параметр ЬБА 0 и неоднородность токораспределения уменьшается в пределе до 0. При М -> О ЪБА » - а)/2<рт и выражение (14) совпадает с известными решениями При этом положение линии средней плотности тока: у' -\/4ъ также не зависит от параметров режима При одновременном учете падения напряжения на сопротивлениях активной базы и эмиттерной дорожки металлизации для плотности эмитгерного ш-ка в гребенчатых структурах БТ в режиме малых и средних токов получено следующее выражение:

J'3 (х,у) « {1 + В„р„ [(х-1)2 ~(1/3)]+ф2 -(1/3))}. (15)

Линия средней плотности тока описывается уравнением эллипса с центром в точке {1,0}: 3/Зм(х-1)2 +3у2 =\ + рт, где = 2В;0Л,М5(, /ЛЕД . При изменении Рш от 0 до да характер неоднородности токораспределения изменяется с "поперечного", определяемого эффектом оттеснения с линией средней плотности тока у , на "продольный", определяемый падением напряжения на сопротивлении дорожки металлизации с линией средней плотности тока х" = 1 - )/л/з; при этом все линии средней плотности тока при произвольном значении ¡)м проходят через инвариантную точку дорожки с координатами х =1-1/73, у' =1/л/з.

В гребенчатых структурах полевых транзисторов (ПТ) зависимость тока стока от напряжения затвор-исток имеет степенной характер и влияние сопротивлений металлизации и пассивных областей структуры на токораспределс ние существенно слабее. Система уравнений токораспределения сводится к дифференциальному уравнению второго порядка относительно разности падений напряжения на сопротивлениях дорожек металлизации ([/„„ ) м + > гДе К. и -полные сопротивления

16

стоковой и истоковой дорожек металлизации, Jи - линейная плотность тока стока, LK - ширина канала. В ПТ с р-п переходом и барьером Шотгки в режиме насыщения падение напряжения на стоковой дорожке не влияет на токораспре-деление, а сопротивление истоковой дорожки много меньше сопротивления канала при нулевом смещении и в изотермическом приближении плотность тока стока описывается выражением, подобным выражению (12) для плотности эмит-терного тока в гребенчатых структурах БТ:

^ст(г)«7ст{1 + Фм/2)[(г-1)2-1/з]}, (16)

где Jcr-I„/LK- средняя плотность стока, Du -параметр неоднородности: • DM = RmG0 [l - ^U3M(0)/Un j, Iн - полный ток, втекающий в истоковую до-

рожку, G0 - проводимость канала при нулевом смещении, Um (0) -напряжение между выводами затвора и истока, Uп - пороговое напряжение. Также как в структурах БТ положение линии средней плотное ги тока стока не зависит от параметров режима: х' =l-l/V3 »0,42. Расчеты для типовых структур мощных ПТ показывают, что в статическом режиме даже при предельных токах стока плотность тока стока вдоль дорожки уменьшается не более чем на 1015% Внутренняя TOC в структурах ПТ отрицательна и приводит к выравниванию неоднородности токораспределения.

Для термисторных структур с цилиндрической и сферической симметрией задача теплопроводности впервые аналитически решена с учетом зависимости плотности джоулевой мощности от температуры. Неоднородность распределения тока и температуры в таких структурах нелинейно возрастает при увеличении полной рассеиваемой мощности и при некотором уровне мощности теряет устойчивость. Диагностической характеристикой неоднородности токораспределения является суперлинейная зависимость сопротивления термистора от рассеиваемой мощности; крутизна этой зависимости пропорциональна неоднородности. I Указанная нелинейность приводит к дополнительной погрешности термистор-

ных датчиков, в частности, при измерении СВЧ мощности методом замещения.

На основе квазилинейной модели рассмотрено проявление неоднородного распределения тока и температуры в диодных структурах на интегральных неизотермических ВАХ диодов. Для случая распределения температуры в диодной структуре по параболическому закону получены выражения, определяющие разность между расчетной средней температурой активной области и температурой, определяемой по измерению прямого падения напряжения на переходе. Полученные аналитические выражения хорошо описывают результаты численнной модели Нейвона и Алвина при нормальном законе распределения температуры в диодной структуре.

В третьей главе на основе дискретной двухэлементной модели с температу-розависимыми источниками тепла рассмотрены переходные тепловые процессы v устойчивость токораспределения в приборных структурах с дефектами, изучено влияние температурных зависимостей электрофизических параметров на изменение условий неустойчивости токораспределения в структурах БТ.

17

Полупроводниковая структура с дефектом представляется в виде двух параллельно включенных частей с функционально подобными ВАХ, площадью и 52 (5| +52 =50) и однородно распределенными в пределах каждой части плотностью мощности д, и температурой поверхности Тп{. Исходная (затравочная) изотермическая неоднородность определяется параметрами (5,/517) = о; = (рг]/рт2) = с!-, для определенности 6 > 1 и ¿>1.В ква-

зилинейной модели ЛТОС плотность мощности в каждой из частей структуры определяется только отклонением температуры соответствующей части ДТш = Т„, - Тср от среднего значения: Тср = аТп] + (1 - а)Тп2 и из условия баланоа мощности ад, +(1 -а)д7 - д = -Р/5'^ в неизотермическом режиме следует т_ Ы}($ + €т(\-а)Щ2) , т_ д{\-£таАТп) 41 (1 + 60+4гЯо(1-а)АТ12)' 42 (]+<50+<*тЯ0(\-а)&Тп)' где ё0 = а{Ь -1). В случае малых неоднородностей из условия самосогласованного стационарного теплоэлектрического режима получены выражения для средней температуры структуры и разности температур между дефектной и бездефектной частями:

№ср=ртд]1 + аЪ(с1-\) + 4та{\-аХьа-\)АТи], (18а)

ДТЬ =дрт{Ьс1-\\\-£тдрт(Ь(1(\-а) + а)}-\ (186)

где рт = рГ\М = рт2 ■ Крутизна зависимости средней температуры структуры от полной мощности потерь пропорциональна а(Ъс1-1)2 и несет информацию о размере и величине дефекта. Из условия ДТх2 —> оо следует, что в принятом приближении неоднородность любой природы приводит к уменьшению предельной плотности мощности по сравнению с однородной моделью в {Ьс!(} - а) + а) раз'

Как показали аналитические оценки и расчеты в том числе с применением программного пакета АШУБ в тонких структурах (А <0,1 Я) смещение дефекта по площади активной области приводит к изменению максимальной температуры не более чем на 5% от приращения максимальной температуры даже при средней плотности мощности близкой к предельной: д < 0,8дпред.

В развитие модели рассмотрена кинетика перераспределения плотности мощности и температуры в структуре с дефектами при ее разогреве изменяющейся мощностью. В общем случае изменение температуры частей структуры

I

описывается интегралом Дюамеля АГт(/)= |#ш(/-?')•</где ЯШ(Г-/')-

о

реакция температуры поверхности структуры на б -подобный импульс мощности в момент времени г'. На основе такого подхода из условия баланса греющей мощности с помощью преобразования Лапласа получено, что ири подаче на изделие ступеньки мощности в начале разогрева (г «ту) средняя температура

структуры нарастает по закону ~ф/тт , а разность температур растет сильнее, чем ф/тт , где тт -тепловая постоянная времени структуры; при этом по крутизне нарастания разности температур можно судить о величине неоднородности. После выключении мощности разность температур АТ120) и средняя температура уменьшаются примерно с одним темпом.

В электрических режимах, реализуемых в методах контроля, характерные времена изменения греющей мощности сравнимы с тепловой постоянной времени кристалла и изменение температуры Тш частей структуры в приближении дискретной двухэлементной модели (рис.4.) описывается системой уравнений-

at кТсс

т 8Т"2 I (Т Г \ I Rr* Öl KTcc

" * Тсс +{Т„1 -Тп2)

' тТсс + Cn2 ~ Т„0

= Рт\Ч\

РтгЧг*

(19а) (196)

Ро

д(Тп1-Т„ 2) dt

д{Т„2-ТпХ) dt

где: тп = слрл; тТ2 = сТ2рТ2\ тТгс = CTccRTcc\ рп = S,RTl; cTl =CTl/S,.

При изменении греющей мощности по линейному закону при одинаковых относительных параметрах дефектов в структурах с электрофизическими дефектами разность температур изменяется быстрее, чем в структурах с тепло-физическими дефектами, а средняя температура нарастает со скоростью изменения греющей мощности.

При изменении греющей мощности по гармоническому закону q(t) = q0+qmsinм с малой гармонической составляющей q m < q„ из решения (19) следует, что амплитуда переменной составляющей средней температуры AQqm при обоих типах дефектов зависит от частоты одинаковым образом: A0„,„ =(prqm/Ta)/Jl +ео2т2, , а амплитуда переменной составляющей разности температур возрастает с ростом полной мощности q„ и уменьшается с ростом частоты, причем в случае теплофизичсских дефектов это уменьшение сильнее, чем в случае дефектов электрофизической природы.

На основе предложенной модели рассмотрена задача устойчивости токо-распределения в симметричных (двухэмиггерных) структурах БТ с нелинейной температурной зависимостью мощности, выделяющейся в /-ом «элемен-

Кт.=г< ТГт.

4M

Cr,

Г

~ГСТ2

Тт

Рис. 4. Теплоэлектрическая модель приборной структуры с дефектом.

тарном» транзисторе: Р, -11 , где /э, - эмиттерный ток / -го «элементарного» транзистора:

/э, =5,Л,ехр

еср+А@12\' 32 2 2 ®ср - Д©|2 ]

где е = [Ег-еиЭБ]/е<рт0, = (г^/Ърп), ®ср =Тср/Т0 , А©,2 =ЛГП/Г0 . 3 - 0э) ~■> /о = + Лэ2 " полный эмиттерный ток транзистора

Необходимым условием появления неустойчивости является существование по крайней мере двух решений системы (19) в стационарном режиме, то есть при д/дI = 0. Из анализа этого условия с учетом температурных зависимостей температурного коэффициента тока: г, » £0 &ср и распределенных сопротивлений структуры: уп кУп0/@ср , где с0, уп0 - значения гии до разогрева структуры, следует, что при г„0/0 > 2<рТй напряжении локализации тока им немонотонно изменяется с ростом средней температуры структуры и при ®ч> принимает минимальное значение: С= ^^ЙГ,,¡Кгхм/0(¿'„ + 1),

где = + ^' + . Немонотонный характер зависимости (0[(,) приводит к некоторым особенностям кинетики перераспределения и локализации

г, то О+^по) тока: при (/А-э >и^л = —у—£2—-¡ш^- условие неустойчивости вы-

полняется при ©ср=1, то естъ для появления неустойчивости и образования «горячего пятна» не требуется разогрева структуры и время задержки локализации тока при подаче на транзистор импульса постоянного напряжения £/ЛЭ определяется только временем нарастания локальной флуктуации и составляет величину порядка 0.1-И мс. В диапазоне напряжений < ию < 1!]^ для наступления неустойчивости необходим разогрев структуры до некоторой критической средней температуры Д7"*, при которой выполняется равенство ию = икл{&с/1). Дополнительное время задержки Лг^, необходимое для разогрева структуры до критической температуры, определяется величиной перенапряжения А ию =икэ -£/™э ; очевидно, что при IIю > 6''.',',, величина дополнительной задержки Ат1Г = 0, а при ию < и™° - ДгЛ,= оо.

В четвертой главе рассмотрены технические принципы и конкретные результаты синтеза косвенных методов и средств измерения тепловых параметров и характеристик ППТТ и ИС в непрерывном режиме, включая параметры тепловой неустойчивости БТ. приводятся оценки основных метрологических характеристик разработанных устройств.

В большинстве косвенных методов и средств измерения тепловых параметров ППП и ИС, используемых в исследовательской практике и производстве, для разделения тепловой и электрической составляющих температуро-

чувствительных параметров (ТЧП) используется переключательный режим измерения и (или) пространственное разделение источника тепла и датчика температуры, что приводит к значительной погрешности определения тепловых параметров приборов. Эти методы не позволяет оценивать неоднородность токораспределения в рабочем диапазоне параметров электрического режима.

На основе анализа методов временного, пространственного и частотного разделения тепловой и электрической составляющей изменения ТЧП рассмотрены возможности измерения тепловых характеристик ГШП и И С в непрерывном режиме их работы с использованием комбинированных видов модуляции греющей мощности.

Путем применения различных способов регистрации и измерения отклика температуры активной области приборных структур на греющую мощность, изменяющуюся по гармоническому закону P~Pq + Рт sin eot, и принципа частотного разделения тепловой и электрической составляющей ТЧП разработан комплекс оригинальных методов и средств измерения теплового импеданса ZT(a>) 111111 и ИС различных классов. Эти методы и средства в отличие от известных позволяют с высокой точностью определять тепловые параметры различных элементов конструкции ППП и ИС и их зависимости от параметров электрического режима. Наиболее универсальными является методы и средства определения тепловых параметров ППП и ИС по переменной составляющей сигнала ИК-радиометра, регистрирующего ИК излучение с поверхности приборных структур.

Для определения тепловых параметров двухполюсников с температуроза-висимой ВАХ разработан алгоритм и структурная схема устройства для преобразования теплового импеданса двухполюсников в электрический сигнал. Применительно к стабилитронам в качестве ТЧП предложено использовать напряжение стабилизации, а греющую мощность изменять по гармоническому закону путем модуляции тока стабилизации. Для двухполюсников с симметричной ВАХ разработан метод и устройство определение теплового импеданса по амплитуде первой и третьей гармоники напряжения на двухполюснике при пропускании через двухполюсник синусоидального тока.

У БТ и ПТ модуляция греющей мощности по гармоническому закону осуществляется в непрерывном режиме путем задания постоянного тока (эмиттера или истока) и изменения напряжения коллектор-эмиттер или сток-исток. Измерение переменной составляющей ТЧП на 2л частотах позволяет рассчитать все параметры и-элеменгной тепловой модели прибора. Точность метода определяется выбором частот измерения, точностью измерения ТЧП и задания амплитуды переменной составляющей мощности. У БТ в качестве ТЧП используется прямое падение напряжения на эмитгерном переходе, у ПТ - напряжение за-гвор-исток Для измерения тепловых параметров в непрерывном режиме необходимо предварительное измерение температурного коэффициента ТЧП в диапазоне изменения параметров электрического режима.

Для автоматизированного измерения теплофизических характеристик БТ использована суперпозиция гармонического и линейного законов модуляции

Рис.5. Структурная схема установки УИТЭП

греющей мощности. На рис.5, показана структурная схема установки УИТЭП для измерения теплового импеданса 21 мощных БТ в зависимости от коллекторного на- ] - - ЦВ

пряжения. Эмитгерный ток контролируемого транзистора задается генератором стабильного тока, при этом на коллекторном переходе с помощью генераторов низкой частоты и пилообразного напряжения и усилителя мощности задается медленно нарастающее напряжение с гармонической составляющей иКБ{1)=-икмфм+ит5тгл малой амплитуды. Переменная составляющая напряжения на эмиттерном переходе иЭБ усиливается, выпрямляется и затем измеряется цифровым вольтметром. При известном температурном коэффициенте напряжения иЭБ погрешность измерения теплового импеданса определяется электрической составляющей коэффициента внутренней тепловой связи по напряжению Эта составляющая погрешности уменьшается путем измерения разности переменных составляющих ТЧП на низкой и высокой частоте модуляции мощности и в экспериментальной установке не превышала 6%. Время одного наблю дения определяется временем нарастания коллекторного напряжения до максимального значения, которое для конкретного типа транзисторов выбирается из условия «10 тТП_к. На входном контроле п/я В-8828 и Сарапуль-ского радиозавода внедрены установки УИТЭП (рис 6 ), у которых пределы измерения теплового импеданса г, составляли от 1 К/Вт до 100 К/Вт, погрсш ностг. измерения - не более 10%, время одного измерения не превышало 2 с.

Для целей экспериментальных исследований и применения в промышленных условиях разработаны оригинальные устройства измерения напряжения локализации тока и времени задержки образования «горячего пятна» в мощных БТ Принцип работы устройств основан на подаче линейно нарастающего и ступенчатого коллекторного напряжения при постоянном эмиттерном токе и выделении скачка напряжения на эмиттерном переходе в момент локализации. Погрешность измерения напряжения локализации уменьшается с увеличением скорости нарастания коллекторного напряжения в конкретных реализациях устройств не превышала 3%. В режиме линейно нарастающего напряжения реализуется также измерение теплового сопротивления переход-корпус путем измерения крутизны зависимости иЭБ(икэ) на квазилинейном участке В конкретных реализациях устройств погрешность измерения теплового сопротивления переход корпус не превышала 5%. В составе установки УИТП-1МТ (рис.7) устройства внедрены в ОКБ завода «Искра» (г. Ульяновск)

Рис.6 Внешний вид установки УИТЭП. Рис. 7. Внешний вид установки УИТП-1МТ.

Особый интерес для разработчиков мощных БТ и РЭА с их применением представляют методы и средства автоматизированного определения температурных границ области безопасной работы (ОБР) мощных БТ. Известные мето-V ды контроля температурных границ ОБР БТ с применением ИК микрорадио-

метров имеют низкую производительность и непригодны для загерметизированных приборов; в известных косвенных методах реализуется поточечный контроль границы ОБР. В разработанных нами способе и устройстве автоматизированного контроля температурной границы ОБР поддержание постоянной температуры перехода, равной предельно допустимой, осуществляется путем автоматического управления изменением коллекторного тока при заданном законе изменения коллекторного напряжения. В качестве ТЧП используется напряжение на эмиттерном переходе, а для выделения температурной составляющей ТЧП применяется частотное разделение. Для этого на коллекторе контролируемого транзистора задается комбинированное напряжение в виде суммы линейно нарастающего и двух гармонических напряжений с периодами колебаний в 2-3 раза большим и в 1000 раз меньшим тепловой постоянной времени кристалла транзистора сответственно. С помощью фильтров промежуточной частоты, настроенных на частоты модуляции, выделяют две переменные со-£ ставляющие напряжения изь, разность амплитуд которых используется в каче-

стве управляющего сигнала.

Как показывают оценки при изменении греющей мощности полупровод-^ никовых диодов в непрерывном режиме по гармоническому закону возникают

значительные нелинейные искажения, затрудняющие выделение тепловой составляющей ТЧП. Эти трудности удается преодолеть путем подачи на диод периодической импульсной мощности; модуляция средней за период греющей мощности по заданному закону осуществляется соответствующим изменением параметров импульсной последовательности Ри, ти или Ти:

т=риа^ри(')гло1ти(1). (21)

При этом в качестве полезного сигнала используется огибающая ТЧП в режиме, соответствующем начальному уровню мощности Рнач. Указанный способ реализован в измерителе теплового сопротивления диодов (рис.8.).

Источник постоянного тока задает малый прямой начальный ток через диод. Разогрев диода осуществляется импульсным током (рис.9.а.), амплитудно-

модулированным по гармоническому закону с частотой модуляции Пм. В результате мощность, выделяющаяся в диоде, и температурар-п перехода в установившемся режиме будут изменяться по периодическому закону с частотой Пм. В качестве ТЧЛ используется прямое падение напряжения на диоде при постоянном начальном токе. Амплитуда переменной составляющей нижней огибающей импульсного напряжения на диоде Стчп пропорциональна тепловому сопротивлению переход-корпус диода (рис.9.б). При известной глубине модуляции тока амплитуда переменной составляющей мощности определяется по результатам измерения постоянной и переменной составляющих верхней огибающей напряжения на диоде.

/д

S1

1 2

\

г-5>

S2 1 ТгН

и.

,S2 2

Рис.8. Структурная схема измерителя теплового сопротивления диодов.

а)

J*

Ur

б)

t

1-источник начального тока; 2-исгочник греющего тока; 3-генератор управляющих

импульсов; 4-усилитель-ограничитель, 5- Рис.9 Эпюры токов и напряжений на диоде, вольтметр действующего значения; 6-осциллограф; 7-инвертирующий усилитель-ограничитель; 8-детектор, 9-селективный вольтметр.

У цифровых ИС (ЦИС) в непрерывном режиме их работы не удается добиться глубины модуляции греющей мощности, достаточной для измерения ТЧП с приемлемой точностью. Для МОП и КМОП ЦИС модуляция греющей мощности легко осуществляется путём изменения частоты переключающих импульсов, поскольку мощность, рассеиваемая логическими элементами (ЛЭ) этого класса ЦИС, линейно зависит от частоты переключения F:

P(t) = P0 + KP F(t), (22)

где Ро - средняя мощность, рассеиваемая ЦИС при частоте переключения, стремящейся к нулю, Кр - крутизна частотной зависимости рассеиваемой мощности Для МОП и КМОП микросхем Я0«0, А^моп = СЩ и

Кркмоп=Сн£/п соответственно, где С - емкостная нагрузка шины синхросигналов; (7т - амплитуда синхросигналов; Сн - ёмкость нагрузки микросхемы; ип - напряжение источника питания микросхемы. Для ТТЛ и ТТЛШ логики модуляцию рассеиваемой мощности можно осуществить путём модуляции сопротивления или емкости нагрузки. В качестве ТЧП используется выходное напряжение логического «О» или логической «1», которые являются линейными функциями температуры в диапзоне температур 0 -5-100 °С.

При измерении ТФХ ЦИС часть (к <■ п) ЛЭ микросхемы переключаются с частотой, изменяющейся по заданному закону, а в качестве ТЧП используется выходное напряжение того ЛЭ, состояние которого не изменяется. На этом принципе основаны оригинальные способы и устройства автоматизированного измерения теплового сопротивления переход-корпус Ятп-к и тепловой постоянной времени переход-корпус ттп.к ЦИС с использованием гармонического и линейного законов изменения греющей мощности Для диагностики качества ЦИС предложен метод температурных волн, заключающийся в определении параметров матрицы тепловой связи } по результатам перекрестных измерений отклика температуры у -го ЛЭ на изменение греющей мощности ¡-го ЛЭ. У СБИС поэлементное измерение матрицы тепловой связи невозможно и для целей их диагностики предложен метод, основанный на синхронном разогреве группы ЛЭ, расположенных регулярно (в виде строк или столбцов).

На основе анализа тепловых моделей с симметричным включением активных элементов разработан комплекс оригинальных способов и устройств измерения параметров ТЭМ ППП и ИС методом сравнения. Это универсальный метод, обладающий высоким быстродействием, достаточной точностью и информативностью. Применительно к двухполюсникам суть метода состоит в том, что при включении контролируемого изделия параллельно с образцовым и подаче на эту систему ступеньки греющей мощности Р0, мощности, рассеиваемые изделиями, зависят от разности температур изделий АТП и изменяются взаимозависимым образом. В случае идентичности ВАХ изделий эти мощности описываются выражениями: ~(Р0/2)(\ +ктАТ12) Р, = (Р0/2)(1 ~ктАТп) и общее решение системы (19) для разности температур имеет вид

АТи(1) = А(1-е-ш)+В(\-е-»'), (23)

где коэффициенты А, В, а и /9 определяются тепловыми параметрами изделий Разность температур изделий измеряется по разности их ТЧП

Применительно к БТ и ПТ при реализации метода сравнения удается обеспечить условие равенства рассеиваемых мощностей на образцовом и контролируемом приборах путем включения их по схеме дифференциального каскада с равными сопротивлениями Лн резисторов в коллекторной и стоковой цепи соответственно и выбора напряжения питания Е„ и рабочего тока /0 из условия: 4 Лн/0 =Е„.

III (IS 116 M «г

ктаНА ! ктчшл 1 2 - N14 | 3-NI /,- 1л. ti„Mi>ii|',«n:A.<i„/-inf

S-R1 —

- \

III« 2

llp j

>f, Гц

Рис. 10. Зависимость модуля теплового импеданса мощных транзисторов от частоты (правая шкала для кривой 3)

К/Вт

В пятой главе приведены результаты экспериментальных исследований теплофизических характеристик ППП и ИС различных классов, зависимости параметров тепловой неустойчивости мощных биполярных транзисторов от параметров электрического режима и внешних факторов.

При измерениях температурных зависимостей ТЧП ППП и ИС использовались стандартные методики. Погрешность определения температурных коэффициентов ТЧП в диапазоне температур от 0 °С до 120 °С с учетом многократных наблюдений не превышала 1 %.

Измерения ТФХ мощных БТ |Z'L проводились на специально разработанных экспериментальных установках. На зависимостях теплового импеданса мощных БТ от частоты (рис.10.) наблюдаются участки быстрого и медленного изменения \Z, (<и)|, соответствующие различным элементам конструкции приборов. Измерения на низкой частоте (со<7л/ тТкр) позволяют определить тепловое сопротивление переход-корпус.

У всех приборов наблюдалось некоторое уменьшение теплового сопротивления переход-корпус Rw_k с ростом температуры корпуса. У большинства исследованных приборов тепловое сопротивление переход-корпус несколько уменьшается с ростом /э вплоть до токов 0,2-0,3 /пред, а при дальнейшем увеличении тока слабо возрастает. В приближении одномерной тепловой модели это объясняется характером изменения эффективной площади эмиттера.

У всех образцов исследованных транзисторов различных типов модуль теплового импеданса монотонно возрастает с увеличением коллекторного напряжения (рис.10.). Это объясняется уменьшением эффективной площади эмиттера в результате действия ЛТОС и уменьшением теплопроводности полупроводника с ростом температуры структуры. Крутизна зависимости \Zf(JUкэ)\ определяется неоднородностью токораспределения и может служить критерием качества изготовления приборов. При дальнейшем увеличении коллекторного напряжения на зависимостях \ZT{UK3)\ при некотором

N-

0

U - 0.2А Л 15/

(к=0.25/ /

25

CV, В

Рис.11. Зависимость модуля теплового импеданса транзисторов типа КТ904А от коллекторного напряжения

коллекторном напряжении Vкэл наблюдается четко выраженный максимум, который обусловлен образованием "горячих пятен" в структуре приборов (рис.11.).

На рис.12, приведены типичные формы зависимости 2Х Ш кк) транзисторов КТ903А, полученные на установке УИТП при /Э=0,5А, длительности линейно нарастающего коллекторного напряжения амплитудой

иш =50 В. В режиме устойчивого "торячего пятна" (IIкэ > иЮЛ) тепловое сопротивление в 4-7 раз больше теплового сопротивления в квазиоднородном режиме и практически не зависит от коллекторного напряжения, а температура Тгп "горячего пятна" при заданном токе линейно растет с ростом перенапряжения Аикэ = ию~икэл. Путем измерения по методике Я.А. Федотова Тгп на выборке транзисторов КТ903 получено линейное регрессионное уравнение, связывающее приращение АТГП с величиной перенапряжения.

При измерении с помощью механотрона 6МХ-1Б механических колебаний поверхности структур открытых (со снятой крышкой) транзисторов типа КТ803А при их разогреве гармонической мощностью установлено, что амплитуда колебаний пропорциональна модулю теплового импеданса, но определяется не тепловым расширением полупроводниковой пластины, а ее прогибом. Максимальный прогиб при квазиоднородном токораспределении наблюдается в центре пластины; при существенно неоднородном токораспределении величина максимального прогиба увеличивается, а его точка смещается в область повышенной плотности мощности. При подаче на закрытые приборы периодических импульсов мощности, наблюдался значительный разброс и двухмодальный характер распределения приборов по величине акустического сигнала, измеряемого микрофоном, что обясияется проявлением неоднородного токораспределения у приборов, попадающих во вторую моду.

На разработанных экспериментальных установках выполнены исследования влияния внешних факторов на параметры тепловой неустойчивости в серийно выпускаемых мощных ВЧ и СВЧ БТ. В результате исследований получила экспериментальное под-тверждение двухстадийная модель развития

В ЕЁЗЛ

Рис.12. Типичные зависимости 2,{С/КЕ) транзисторов типа КТ903А.

тепловой неустойчи-вости в мощных БТ в диапазоне средних и больших токов, обусловленная температурной зависимостью распределенных сопротивлений структуры и температурного коэффициента мощности.

На зависимостях напряжения локализации тока от температуры корпуса (рис. 13.) наблюдается минимум, который с ростом тока смещается в область более высоких температур. Время задержки теплового пробоя при подаче на прибор импульса напряжения в некотором диапазоне напряжений изменяется от 0 до 00.

Впервые исследовано влияние проникающих излучений на тепловые параметры и параметры тепловой неустойчивости мощных биполярных транзисторов. На выборке транзисторов типа КТ903 установлено, что у -облучение Со®® вплоть до доз ~108 рад (¿7) в пределах погрешности измерений практически не влияет на тепловое сопротивление, измеренное при квазиоднородном распределении тока и небольших уровнях рассеиваемой мощности. При дозах у-излучения 0> 10брад напряжение локализации тока заметно возрастает, что обусловлено увеличением стабилизирующего влияния распределенных омических сопротивлений структуры, как за счет возрастания величины этих сопротивлений, так и из-за уменьшения коэффициента передачи тока, вследствие уменьшения времени жизни неосновных носителей в активной базе. Этот механизм влияния у-излучения на устойчивость токорас-пределения подтверждается тем, что изменение напряжения локализации при облучении увеличивается с возрастанием тока (рис.14.). При выдержке облученных приборов при температуре 120 °С в результате отжига радиационных де-

Чаи " 60

50

30

КТ903А

0 20 40 60 80 100 Тк, °( Рис.13. Зависимость напряжения локализации тока транзисторов КТ903А от температуры корпуса.

N О »в

\ \ и- II)" >ад

ч > \ X

к

10 М .18 « 46 ад икэсЪ

Рис.14. Зависимость напряжения локализации тока тразисторов КТ903А от коллекторного тока до и после у - облучения.

фектов наблюдалось восстановление напряжения локализации тока и коэффициента передачи тока практически до исходных значений за 120 часов

Измерения теплового импеданса стабилитронов Д814Б показали, что с увеличением тока стабилизации тепловое сопротивление переход-корпус у всех исследованных образцов возрастает. Крутизна зависимости ¡2; (/0)| имеет значительный разброс от прибора к прибору и изменяется в пределах от 5 до 50 К/ВтА На нескольких типах цифровых интегральных схем были апробированы разработанные методы и средства измерения их тепловых параметров. Тепловой импеданс ЦИС типа 155ЛАЗ измерялся с применением частотно- и ши-ротно-импульсной модуляции греющей мощности. На зависимостях 2, (а>) наблюдались характерные участки медленного и быстрого изменения, соответствующие элементам конструкции ЦИС. Установлено, что модуль теплового импеданса ЦИС, измеренного на низких частотах, имеет значительный разброс от образца к образцу. Измерения параметров матрицы тепловой связи на микросхемах типа 155ЛА4 показали хорошее совпадение с результатами полученными другими методами.

В шестой главе рассмотрены причины и приведены оценки дополнительных искажений сигналов и погрешностей в электронных устройствах с симметричным включением активных и преобразовательных элементов, обусловленных технологическим разбросом ППП по величине тепловых параметров.

В дифференциальном каскаде на БТ различие тепловых сопротивлений транзисторов в режиме отсутствия сигнала на входе приводит к разбалансу пле-чей каскада, а в режиме усиления гармонического сигнала при частотах со < 2я-/г)лл - к появлению дополнительных линейных искажений сигнала, коэффициент которых пропорционален разности тепловых сопротивлений АЯГ и мощности, рассеиваемой транзистором в рабочей точке в отсутствие сигнала.

В балансном каскаде на БТ дополнительные искажения выходного сигнала обусловлены различием крутизны сквозной характеристики выходных транзисторов каскада в результате различного разогрева приборов рассеиваемой мощностью. В случае усиления гармонически о сигнала при размахе выходного напряжения, равном напряжению питания Ек, на низких частотах (2т< ти) температура перехода транзисторов изменяется по закону изменения греющей мощности и разность пиковых температур переходов равна ЛТп - ЕК1ШД/?;, где ! т -амплитуда выходного тока; на высоких частотах разность средних температур переходов равна АТи = Ек1„АЯ, /л. Если положить, что крутизна сквозных характеристик меняется пропорционально температуре, т.е.

=£0 + то дополнительный коэффициент гармоник на низких и высо-

ких частотах можно оценить по методу трех ординат:

КГ = ЛКГ = К,Ек1т (Д,, - Ип )/45„, (24)

где А\ - температурный коэффициент крутизны сквозной характеристики.

В результате анализа теплового режима транзисторного ключа на БТ в режиме интенсивных переключений установлено, что из-за уменьшения барьерных емкостей переходов транзистора с ростом температуры в транзисторном ключе реализуется отрицательная тепловая обратная связь и его динамические характеристики в результате саморазогрева не ухудшаются.

В измерительных преобразователях с дифференциальным включением датчиков (ДПР) разброс тепловых параметров датчиков приводит к дополнительным погрешностям, величина которых определяется на основе анализа температурной зависимости функции преобразования /(х,Т) датчиков. В случае ДПР с опорным плечом составляющая погрешности, обусловленная разностью температур - это чисто аддитивная погрешность

ЬУоп=&~ь(Л^-ДГ/), (25)

*=1 от

определяемая частными производными функции преобразования только по температуре. Если ограничиться в (25) двумя членами ряда, то

АУсот

дТ дТ

(ЛГ,-ЛГ2), (26)

то есть погрешность практически линейно зависит от разности температур.

В случае балансного ДПР температурная составляющая погрешности содержит как аддитивную, так и мультипликативную составляющие, причем аддитивная составляющая Ду Ат совпадает с аналогичной погрешностью ДПР с опорным плечом, а мультипликативная составляющая определяется смешанными частными производными, содержит только четные степени по х и в линейном приближении представляется в виде:

Т]+АТ2)

дх2дт дх2дт2

Дy%n=s-x2

(ДГ,-Д Т2), (27)

В общем случае погрешность данного вида у балансного ДПР больше, чем у ДПР с опорным плечом. В качестве общих рекомендаций по уменьшению рассмотренных выше погрешностей предложено выбирать режим работы датчиков (рабочую точку - (х0,Т0) ) из условия минимизации сомножителей в квадратных скобках в (26) и (27):

-- + —~г(аТ\ + ДГ2)-» min; -Д/-+ ^, (ДГ. + АГ,)-> min . (28) дТ дТ2К 1 21 дх2дТ дх2дТ2У ' 2'

На основе двухэлементной тегшоэлектрической модели показано, что в нестационарном тепловом режиме дополнительные погрешности преобразования могут возрастать из-за различия условий теплоотвода. При подаче на систему параллельно включенных датчиков ступеньки греющей мощности из анализа выражения (23) следует, что при В • ß < А ■ а функция ДTl} (t) является монотонно возрастающей от 0 до А, а при В • ß > А ■ а либо максимум в момент

времени /тах ={ß-a)~x In{B-ßjA а). При этом значение ДТ,2тт может значительно превышать разность температур в установившемся режиме. В идеальном случае одинаковых тепловых сопротивлений датчиков погрешнос£ь преобразования в статическом режиме будет равна нулю, а при ступенчатом

т • т т t — 71 тг |п 'л изменении режима в момент времени 'та* 1,1 разность темпе-

гл — тТ7 тТ2

ратур достигает максимума: ДГ™* = Д?о -{4)^1 гДе £ = ти/тп'

ДГ0 = R,P„. При расчете дополнительной погрешности преобразования в этом случае необходимо использовать величину А7"0.

В седьмой главе приведен краткий обзор и сравнительный анализ современных методов диагностического контроля ППП и ИС. На основе результатов выборочных измерений тепловых параметров и ускоренных испытаний мощных БТ, стабилитронов и ЦИС анализируются возможности и эффективность диагностики качества и неоднороднородного токораспределсния в приборных структурах по теплофизическим характеристикам

Накопленные данные об отказах ППП и ИС при эксплуатации и испытаниях на надежность свидетельствуют, что значительная часть так называемых ранних "младенческих" отказов обусловлена дефектами изделий различной природы. Интенсивное гь отказов на раннем этапе эксплуатации может быть снижена либо путем проведения тренировочных испытаний, либо отбраковки потенциально ненадежных изделий по диагностическим параметрам

Как показал анализ отказов мощных БТ при испытаниях в режиме электро-термотренировки, до половины отказов обусловлены внутренними структурными дефектами (линиями дислокаций) в активной области прибора или вблизи нее, а вторая половина - дефектами теплоотвода. Оба вида дефектов так или иначе проявляются на теплофизических характеристиках приборов.

Выборочные измерения с помощью ИК радиометра переходных тепловых характеристик приборов при подаче импульса мощности показали, чго распределение приборов по интенсивности ИК излучения имеет двухмодальный характер. Интенсивность отказов приборов, попадающих во вторую моду распределения, в среднем в 3-^5 раз выше, чем приборов из основной моды.

В результате проведения ваборочных измерений теплового сопротивления переход-корпус мощных БТ нескольких типов (КТ803А, К(2)Т903А, КТ818Г, КТ819Г, К(2)Т912, КТ921) установлено, что у приборов всех типов в режиме квазиоднородного распределения тока (1Э <0,2/тах) и небольших коллекторных напряжениях распределение приборов по величине Rln_K является одномодальным и описывается функцией распределения Пирсона I - типа, которая характерна для физических величин ограниченных сверху и снизу (рис 15.а.) Характер и параметры распределения приборов по величине теплового сопротивления, измеренного в режиме малой плотности мощности, оп-гехнологических операций сборки прибора.

л

I

-С--

Ш

--П

I I I Кип

¡'¡»ИМ V 34 V 38 4Л 43 44 46 М ¡0 17 и » 2.4 У I» 3,0 3,2 3,4 36 34 <0 4Д4 « !» V 3.4 ¡), 3,8 ьрМЛ

а) б)

Рис. 15. Распределение транзисторов 2Т921А по величине теплового сопротивления: а) /э =0,5 А, (7га=30 В; б) /э=0,5 А, £7^=40 В.

С увеличением коллекторного напряжения при измерении у всех

исследованных типов приборов распределения' по величине трансфор-

мируется из одномодальных в двухмодальные (рис. 15.6.). При этом обе моды описываются кривыми Пирсона 1-го рода и статистические параметры основной моды относительно слабо изменяются при изменении режима измерения. Во вторую моду попадают потенциально ненадежные приборы с аномально высокой крутизной зависимости теплового сопротивления переход-корпус от коллекторного напряжения. При выборочных ускоренных испытаниях транзисторов типа КТ921А доля отказов транзисторов, попадающих во вторую моду в 2,6 раза превысила долю отказавших приборов в первой моде.

Одной из основных причин аномально высокой крутизны указанной зависимости у транзисторов с гребенчатой структурой является аномально высокое сопротивление дорожек металллизации. Среднее значение сопротивления дорожек металлизации у тразисторов типа КТ803А в 1,5-2 раз превышало расчетное значение. Коэффициент корреляции между сопротивлением дорожек металлизации и тепловым сопротивлением, измеренным при повышенном коллекторном напряжении составил 0,54.

На нескольких выборках различных типов транзисторов проведены выборочные измерения напряжения локализации тока. Ускоренные испытания транзисторов в типовых и форсированных режимах показали, что процент отказов транзисторов с пониженным значением напряжения локализации в несколько раз выше, чем у основной группы приборов.

У переключательных диодов в диапазоне греющих токов двухмодальность распределения по величине теплового сопротивления не проявляется, поскольку причины неоднородного токораспределения действуют слабее. Вместе с тем отмечается значительный разброс диодов по величине Ятпп . Аномалии токораспределения в диодах проявляются на обратных ветвях ВАХ. Установлена отрицательная корреляционная связь теплового сопротивления и напряжения пробоя в режиме микротоков. Связь таких аномалий токораспределения подтверждается испытаниями кремниевых стабилитронов.

На установке УИТЭП-3 по стандартной методике проводилось измерение перегрева линейных интегральных микросхем типа 142ЕН и 153УД1 в типовом режиме их включения На распределении ИС указанных типов по величине перегрева наблюдается двухмодальность. Разброс ИС типа 142 ЕН по величине перегрева существенно больше, чем ИС 153УД1. Во вторую моду попадает около 15 % микросхем типа142ЕН и более трети микросхем 153УД1. Ускоренные испытания не выявили сильной корреляционной связи отказов с величиной перегрева.

Приведены результаты исследования устойчивости цифровых интегральных микросхем ТТЛ серии к коротким импульсам напряжения. Показано, что механизм разрушения имеет тепловую природу и хорошо описываются моделью Вунша- Белла. При этом установлено, что менее стойкими приборами оказываются элементы с наибольшим значением коэффициента передачи т ока выходного транзистора, то есть с менее устойчивым токораспределением. Предельное напряжение разрушения коррелирует с напряжением выходной логической единицы и коэффициентом передачи тока выходного транзистора.

В приложении приведены характеристики структуры транзисторов типа КТ803, технические характеристики измерительных установок, разработанных на основе проведенных исследований и использованных на производстве, а также документы, подтверждающие использование результатов диссертационной работы в производстве и в учебном процессе.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Развита квазилинейная аналитическая теплоэлектрическая модель планар-ных структур ППП и ИС, связывающая неизотермическое распределение плотности мощности и температуры в активной области структуры с исходной изотермической неоднородностью, обусловленной действием причин различной физической природы, с учетом влияния поперечного тегшопереноса. Установлено, что крутизна зависимости средней температуры активной области структуры с неоднородностью от полной мощности потерь пропорциональна мере неоднородности.

2. Теоретически получены и экспериментально подгверкдены аналитические выражения для неизотермического токораспределения в структурах биполярных транзисторов с учетом влияния распределенных сопротивлений токоведущей металлизации, активных и пассивных областей структуры и зависимости коэффициента передачи тока от эмитгерного тока и коллекторного напряжения. Показано, что

- при постоянном токе эмиттера с ростом коллекторного напряжения неоднородность токораспределения растет по закону (ик£э - Vкэ)"';

- падение напряжения на сопротивлении пассивных областей приводит к ограничению роста неоднородности токораспределения;

- при преобладающем действии одной из причин неоднородного токораспределения форма и положение линии средней плотности тока, разделяющей активную область структуры на две части, между которыми в процессе работы транзистора перераспределяется полный ток, не зависят от параметров режима,

'ОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ ВИ&ДИОТЕКА ! СПтИюг {

ад м» «г I

- лавинное умножение в коллекторном переходе приводит к уменьшению неоднородности токораспределения, обусловленной эффектом оттеснения эмиттерного тока.

Предложены варианты геометрии гребенчатых структур и конструкции мощных БТ, позволяющие уменьшить неоднородность токораспределения и повысить устойчивость транзисторов к тепловому пробою.

3. Установлена связь неоднородности распределения тока и температуры в базовых приборных структурах (биполярных и полевых транзисторов, полупроводниковых диодов и термисторных датчиков) с интегральными теплоэлектри-ческими храктеристиками изделий. В частности, у термисторов с цилиндрической симметрией внутренняя TOC проявляется в квадратичной зависимости полного сопротивления термистора от мощности постоянного тока и приводит к дополнительным погрешностям термисторных датчиков.

4. На основе дискретной теплоэлектрической модели приборной структуры с дефектами выявлено различие кинетики перераспределения плотности мощности и температуры в структурах с электрофизическими и теплофизическими дефектами при изменении греющей мощности; установлена связь параметров дефектов с предельной мощностью, рассеиваемой структурой.

5. Разработаны научно-технические основы синтеза автоматизированных косвенных методов и средств измерения теплофизических характеристик полупроводниковых изделий с применением комбинаций различных видов модуляции греющей мощности (гармонической, линейной, амплитудно-, частотно- и широтно-импульсной).

6. Теоретически обоснованы и разработаны новые, более быстродействующие по сравнению с известными, способы и устройства измерения тепловых параметров полупроводниковых приборов методом сравнения.

7. Разработаны и экспериментально апробированы на различных классах приборов методы и средства контроля качества 111111 и ИС по зависимостям теплового импеданса от частоты и мощности, включая метод температурных волн для диагностики качества цифровых ИС, а также способ и устройство автоматизированного контроля температурной границы области безопасной работы мощных биполярных транзисторов.

8 Разработаны средства измерения параметров тепловой неустойчивости мощных биполярных транзисторов, имеющие более высокую точность по сравнению с известными. С помощью указанных средств впервые экспериментально установлено и на основе развитых моделей неизотермического токораспределения теоретически объяснено: наличие минимума на зависимости напряжения локализации тока в мощных ВЧ биполярных транзисторах от температуры корпуса и возрастание напряжения локализации тока в мощных ВЧ и СВЧ биполярных транзисторов при у -облучении с ростом дозы облучения;

9 Впервые теоретически рассмотрены и получены расчетные формулы для оценки дополнительных погрешностей и искажений сигналов в электронных устройствах с симметричным включением активных элементов, обусловленных технологическим разбросом тепловых параметров активных элеу гитов.

— - - 34

' чАН.Н' ЛН< (>!'*>< " • ;

! * ». f А* i

> '' >

, , ¥0

10. Получены параметры статистических распределений мощных транзисторов по величине теплового сопротивления и напряжения локализации тока в различных режимах измерения, необходимые при проектировании электронных блоков и узлов РЭА с их применением. Выявлены условия, основные причины и закономерности проявления двухмодальности распределений мощных биполярных транзисторов по величине теплового сопротивления при изменении режимов измерения На основе выборочных испытаний показано, что во вторую моду распределения попадают дефектные приборы с аномально неоднородным распределением тока и температуры в структуре.

11. Разработаны и внедрены на промышленных предприятиях и в научных организациях установки и устройства для измерения тепловых параметров и теплоэлектрических характеристик ППП и ИС, а также методики контроля качества и отбраковки ППП и ИС по теплофизическим характеристикам.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Сергеев В.А. Контроль качества мощных транзисторов по теплофизическим параметрам - Ульяновск: УлГТУ, 2000. - 253 с.

2 Сергеев В.А., Мулев В.М. Распределение тока в гребенчатых структурах мощных транзисторов в режиме больших токов//Электронная техника Сер.2. Полупроводниковые приборы. - 1981. - Вып. 1. - С. 6-9.

3. Сергеев В.А. Сравнительный анализ двух методов измерения теплофи-зических параметров полупроводниковых приборов//Сборник научных трудов Московского технологического института-М.: МТИ, 1981.-Вып.45.-С 47-50.

4. Сергеев В.А., Горюнов H.H., Широков A.A. Измерение параметров те-плоэлектрической модели мощных полупроводниковых прибо-ров//Электронная техника. Сер.8. Управление качеством, стандартизация, метрология, испытания - 1982. - Вып.6. - С. 40-41.

5. Сергеев В.А. Изотермическое токораспределение в гребенчатых структурах мощных транзисторов// Деп. статья. - М.: ЦОСИФ ЦНИИ "Электроника", 1982. - Деп. № РА-3536. - 7 с.

6. Сергеев В.А. Изотермическое распределение тока в биполярных транзисторных структурах// Деп. статья. - М.:ЦОСИФ ЦНИИ "Электроника", 1982. - Деп. №РА-3535. - 9 с.

7. Сергеев В.А., Широков A.A., Дулов O.A. Установка для отбраковки потенциально ненадежных мощных транзисторов// Электронная техника. Сер.8. Управление качеством, стандартизация, метрология, испытания. - 1982. -Вып.5. - С. 46-47.

8. Сергеев В.А., Дулов O.A., Широков А.А , Романов Б.1 {. Установка для измерения теплофизических параметров мощных транзисторов// Информ. листок о научно-техническом достижении -Утьяновск: ЦНТИ, 1983. - № 83-8 -4 с.

9. Сергеев В.А., Афанасьев Г.Ф., Тамаров П.Г. Устройство для автоматизированного контроля теплового сопротивления переход-корпус мощных би-

полярных транзисторов//Автоматизация испытаний и измерений. Межвузовский сборник научных трудов - Рязань: РРТИ, 1983. - С. 86-90.

10. Сергеев В.А., Дулов O.A., Широков A.A., Романов Б.Н. Установка для измерения теплофизических параметров мощных транзисторов// Электронная техника. Сер.8. Управление качеством, стандартизация, метрология, испытания,-1983,-Вып.4.-С. 51-52.

11. Сергеев В.А., Юдин В.В., Афанасьев Г.Ф., Романов Б.Н Установка для измерения теплоэлектрических параметров логических интегральных схем// Информационный листок о научно-техническом достижении. - Ульяновск: ЦНТИ, 1985. - № 85-27. - 4 с.

12. Дулов O.A., Широков A.A., Афанасьев Г.Ф., Сергеев В.А. и др. Установка для измерения теплоэлектрических параметров мощных транзисторов// Информационный листок о научно -техническом достижении - Ульяновск: ЦНТИ, 1985,- № 85-26.-4 с.

13. Сергеев В.А. Оценка качества и надежности мощных транзисторов по теплоэлектрическим параметрам// Методы и средства неразрушающего контроля качества компонентов РЭА: Тематический сборник научных трудов. -Ульяновск: УлПИ, 1987. - С. 22-26.

14. Сергеев В.А., Юдин В.В. Исследование стойкости к повреждению логических интегральных микросхем при действии импульсов напряжения//Деп. статья. - М.: ЦОСИФ ЦНИИ "Электроника", 1989 - Деп. № Р-5034,- 6 с.

15. Сергеев В.А., Юдин В.В , Тамаров П.Г. Измерение теплового сопротивления KMOII ИМС//Автоматизация испытаний и измерений: Межвуз. Сборник научных трудов. - Рязань: РРТИ, 1990. - С. 66-69.

16. Сергеев В.А., Юдин В В. Диагностика логических ИМС методом температурных волн//Пути развития электронных средств и задачи высшей школы в подготовке специалистов соответствующей квалификации: Тезисы докладов Всесоюзной НТК. - Ульяновск: УлПИ, 1991. - С. 77.

17. Сергеев В.А., Дулов O.A. Автоматизированный контроль области безопасной работы мощных биполярных транзисторов// Актуальные проблемы электронного приборостроения: Тезисы докладов Международной НТК. - Саратов СГТУ, 1996.-С. 81-82.

18. Сергеев В.А. "Горячие пятна" в мощных биполярных транзисторам/Петербургский журнал электроники. —1997. - Вып.2. - С. 40-42.

19. Сергеев В.А., Дулов O.A. Контроль качества биполярных транзисторов по коэффициенту обратной связи //Наука производству. Конверсия сегодня: Тезисы докладов научно-практической конференции. - Ульяновск: УлГТУ. -1997.-Часть 1.-С. 55-56.

20. Сергеев В.А. Портативный измеритель теплового транзисторов// Наука производству .Конверсия сегодня: Тезисы докладов научно-практической конференции. - Ульяновск: УлГТУ, 1997. - Часть 2 - С. 58-59

21. Сергеев В.А Измерение парметров сигналов, компонентов цепей и полупроводниковых приборов/Методические указания к лабораторным работам - Ульяновск.: УлГТУ, 1998. - 44с.

22 Дулов O.A., Сергеев В.А. Методы и средства автоматизированного контроля области безопасной работы мощных биполярных транзисто-ров//Г1роблемы и решения современной технологии: Сборник научных трудов -Тольятти: ПТИС, 1998.-С. 9-17.

23. Сергеев В.А. Методы оценки и контроля температурных запасов СВЧ полупроводниковых диодов // Современные проблемы проектирования и эксплуатации радиотехнических систем: Тезисы докладов НТК - Ульяновск: Ул-ГТУ, 1998.-С. 74-75.

24 Сергеев В.А., Васильев А.Н. Умножитель частоты инфранизкочастот-ных сигналов на терморезисторе//Актуальные проблемы физической и функциональной электроники' Тезисы докладов 3-ей школы - семинара - Ульяновск: УлГТУ, 1999. - С. 37-38.

25 Сергеев В.А. Влияние сопротивления металлизации на гокораспреде-ление в полевых транзисторах//Проблемы и решения современной технологии. Сборник научных трудов - Тольятти: ПТИС, 1999. - С. 45-53.

26. Сергеев В.А. Преобразование теплового импеданса двухполюсников в электрический сигпал//Методы и средства преобразования и обработки анало-! овой информации' Труды международной НТК. - Ульяновск:УлГТУ, 1999 -Том 3,-С. 111-114.

27. Сергеев В.А. Распределение эмиттерного тока в гребенчатых структурах мощных транзисторов//Радиоэлектронная техника- Сборник научных трудов - Ульяновск: УлГТУ, 1999. - С. 3-10.

28. Сергеев В.А. О возможности прогнозирования отказов кремниевых стабилитронов по параметрам низкочастотного шума в начале пробоя// Труды Ульяновского научного центра "Ноосферные знания и технологии" РАЕН. -Ульяновск: УНЦРАЕН, 1999. -Т.2. - Вып. 1 - С. 105-111.

29. Сергеев В.А. Механические колебания и термодеформации в мощных транзисторах//Петербургский журнал электроники.-1999.-№2,- С.37-39

30. Сергеев В.А. Методы автоматизированного контроля тепловых параметров цифровых интегральных микросхем//Оптические, радиоволновые и тепловые методы и средства контроля качества материалов, промышленных изделий и окружающей среды: Тезисы докладов VIII международной НТК. -Ульяновск: УлГТУ, 2000. - С. 76-79.

31. Сергеев В.А., Васильев А.Н. Измерение тепловых параметров двухполюсников методом сравнения// Оптические, радиоволновые и тепловые методы и средства контроля качества материалов, промышленных изделий и окружающей среды: Тезисы докладов VIH международной НТК. - Ульяновск: УлГТУ, 2000.-С. 79-81.

32. Дулов O.A., Сергеев В.А. Контроль качества мощных транзисторов по коэффициенту обратной связи h^i^/Оптические, радиоволновые и тепловые методы и средства контроля качества материалов, промышленных изделий и окружающей среды: Тезисы докладов VIII международной НТК. - Ульяновск. УлГТУ. 2000. - С. 75-76.

33. Дулов O.A., Сергеев В.А., Широков A.A. Установка для контроля качества аналоговых интегральных схем//Оптические, радиоволновые и тепловые методы и средства контроля качества материалов, промышленных изделий и окружающей среды: Тезисы докладов VII международной НТК. - Ульяновск: УлГТУ. 2000.-С. 71-75.

34. Сергеев В.А. Диагностика качества СБИС методом температурных волн//Методы и средства измерений физических величин: Тезисы докладов 5-ой Всероссийской НТК-Нижний Новгород: ННГТУ, 2000,-Часть 2. С. 22-23.

35. Сергеев В.А., Дулов O.A., Широков A.A. Установка для контроля качества аналоговых интегральных схем/научно-технический калейдоскоп. Сер Приборостроение, радиотехника и информационная техника. - Ульяновск' СНИО, 2000. - № 1 - С. 27-31.

36. Сергеев В.А. Контроль качества и отбраковка мощных транзисторов по теплофизическим параметрам//Научно-технический калейдоскоп Сер. Приборостроение, радиотехника и информационная техника. - Ульяновск: СНИО,

2000. -№ 1.-С. 37-43.

37. Сергеев В.А. Тепловые переходные процессы в ключевых транзисторных схемах// Проблемы и решения современной технологии: Сборник научных трудов - Тольятти: ПТИС, 2000. - Вып.6. Часть II. - С. 53-58.

38. Сергеев В.А. Отбраковочные испытания в современной системе обеспечения качества изделий электронной техники//Научно-технический калейдоскоп Сер. Метрология, сертификация и управление качеством. - Ульяновск: СНИО, 2000. - № 2. - С. 49-54.

39. Сергеев В.А. Устройство для измерения теплового сопротивления МОП и КМОП цифровых интегральных микросхем/Л'адиоэлектронная техни ка: Сборник научных трудов - Ульяновск: УлГТУ, 2000. - С. 3-7.

40. Сергеев В.А., Васильев А.Н. Умножители частоты на двухполюсниках с темперагурозависимой вольт-амперной характеристикой// Радиоэлектронная техника: Сборник научных трудов - Ульяновск: УлГТУ, 2000. - С. 8-13.

41. Сергеев В.А. Автоматизированные средства измерения теплового сопротивления цифровых интегральных микросхем//Вестник УлГГУ. Сер. Информационные технологии - Ульяновск: УлГТУ, 2000. - № 3. - С. 69-72.

42. Сергеев В.А. Моделирование и анализ тепловых состояний симметричных двухэлементных систем с темпсратурозависимыми источниками энер-гии//Континуальные логико-алгебраические исчисления и нейроматематика в науке, технике иэкономике: Труды международной НТК - Ульяновск: УлГТУ,

2001. - Часть 3. - С. 124-126.

43. CepiecB В.А. Эффект оттеснения эмиттерного тока при лавинном умножении в коллекторном р-п переходе//Микроэлектроника.- 2001 - № 4. - С. 298-301.

44. Сергеев В.А. Измерение тепловых парметров изделий электронной техники методом сравнения//Измерение, контроль, информатизация: Материалы 2-ой Международной НТК/Под ред. А.Я. Якунина - Барнаул:АлГТУ, 2001. - С. 86-89.

45. Сергеев В.А. Оценка погрешности замещения при измерении мощности с помощью терморезисторных датчиков//Проблемы и решения современной

технологии: Сборник научных трудов ПТИС. - Тольятти: П'ГИС, 2001,- Вып. 9. -С. 25-28.

46. Сергеев В.А. Измерение теплового импеданса стабилитронов //Научно-технический калейдоскоп - Ульяновск: СНИО, 2001, № 2 - С. 98-101.

47. Сергеев В.А. Преобразование в электрический сигнал теплового импеданса двухполюсников с температурозависимой волы-амперной характеристикой/Пруды Ульяновского научного центра РАЕН "Ноосферные знания и технологии" - Ульяновск: УНЦ РАЕН, 2001. - Том 3. - Вып. 1. - С. 112-119.

48. Сергеев В.А. Метод и устройство автоматизированного контроля теплового сопротивления полупроводниковых диодов//Элекгронная техника-Сборник научных трудов. - Ульяновск: УлГТУ, 2001. - С. 3-9.

49. Сергеев В.А Измерение тепловых параметров изделий микроэлектроники методом сравнения// Электронная техника:Сборник научных трудов. -Ульяновск: УлГТУ, 2001. - С. 10-13.

50 Сергеев В.А. Приборы и методы измерения тепловых параметров полупроводниковых приборов и интегральных схем//Приборы и приборные системы Материалы Всероссийской НТК. - Тула ТулГУ, 2001.- С. 122-125.

51. Сергеев В.А Косвенные методы оценки параметров "горячих иятен" в мощных биполярных транзисторах//Современные проблемы создания и эксплуатации радиотехнических систем- Материалы 3-ей Всероссийской НТК. -Ульяновск- УлГТУ, 2001. - С. 244-246.

52 Сергеев В А. Измерение теплового сопротивления полевых и биполярных транзисторов с изолированным затвором// Проблемы и решения современной технологии. Сборник научных трудов ПТИС. - М.: МГУС, 2001.- Вып. 10.-С. 19-23.

53 Сергеев В.А Неизотермическое токораспределение в терморезисторах структурах//Актуальные проблемы физической и функциональной электроники: Тезисы докладов 4-ой школы-семинара- Ульяновск: УлГТУ, 2001. - С 32-33.

54. Сергеев В.А , Васильев А.Н. Расчет температурных полей в твердотельных приборных структурах с применением програмного пакета АИЗУБ// Актуальные проблемы физической и функциональной электроники: Тезисы докладов 4-ой школы-семинара- Ульяновск: УлГТУ, 2001. - С. 32-33.

55. Васильев А Н, Сергеев В.А. Многофункциональные термоэлектрические преобразователи сигналов на терморезисторах// Современные проблемы радиоэлектроники: Тезисы Всероссийской НТК - Красноярск: КГТУ, 2001. - С. 52.

56. Сергеев В.А. Влияние разброса теплофизических параметров транзисторов на характеристики симметричных транзисторных схем//Управление. радиоэлектроника, информатика,- Вып.1. - 2001. - С 18-22.

57 Сергеев В.А. Влияние проникающих излучений на устойчивость токо-распределения в мощных ВЧ и СВЧ гранзисторах//Известия вузов Радиоэлектроника. - 2002. - № 3. - С. 55-59.

58. Сергеев В.А. Токораспределение в терморезисторных структурах// Известия вузов. Электроника - 2002 - №4 - С.39-44.

59. Сергеев В.А. Широков А.А , Дулов О.А Установка для измерения теп-лоэлектрических параметров мощных транзисторов// Петербургский журнал электроники. -2002. - №1. - С. 6-9.

60 Сергеев В.А. Погрешности тепловой природы измерительных преобразователей с дифференциальным включением датчиков// Датчики и системы -2003. - №2 - С.11-14.

61. CepieeB В.А. Методы и средства измерения тепловых параметров полупроводниковых приборов и интегральных схем//Электронная прмышлен-ность. - 2004.-№1.- С.45-48.

62. Сергеев В.А. Аналитические нелинейные тепловые модели полупроводниковых приборов для задач диагностического контроля качества// Материалы международной НПК «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения»-INTERMATIC-2004.-Москва МИРЭА,2004.-Часть2,- С.196-199

63. Сергеев В.А. Косвенные методы измерения теплофизических характеристик полупроводниковых приборов и интегральных схем с применением комбинированных видов модуляции мощности// Там же - Часть 2. - С.222-225.

64. Сергеев В.А. Переходные тепло вые процессы в полупроводниковых приборах при воздействии переменной мощности/Лам же. - Часть 1. - С. 179-182.

65. Сергеев В.А. Оценка погрешности термисторных датчиков при измерении СВЧ мощности методом замещения//Датчики и системы - 2004. - №12. - С 9-12.

66. Сергеев В А Характеристики и особенности выборочных распределений мощных биполярных траншеторов по теплофизическим парамет-рам//Известия Самарского научного центра РАН.-2004 - Вып. I.- С. 154-160

67. Сергеев В.А. Аналитическая модель неизотермического распределения плотности мощности в структурах мошных биполярных транзисто-ров//Известая вузов. Электроника. - 2005. - Вып.З. - С 22-28.

68. Сергеев В А Влияние неоднородностей на тепловую устойчивость многоэлементных систем с температурозависимыми источниками теп-ла//Континуальные логико-алгебраические исчисления и нейроматематака в науке, технике и экономике Труды международной НТК. - Ульяновск. Ул-ГТУ, 2005. - Часть 2. - С. 131 -133.

69 А с. 808831 СССР МКИ G 01В 5/18 Способ измерения тепловой постоянной времени переход-корпус полупроводниковых приборов/ Сергеев В.А.. Горюнов H.H., Широков А А - Опубл в БИ - 1981 - № 8.

70. А с. 845563 СССР МКИ G 01 J 5/26 Способ измерения тепловой постоянной времени переход-корпус полупроводниковых приборов/ Сергеев В.А.,Горюнов H H., Широков A.A., Дулов О.А -(разрешение на опубликование-БИ- 1999. -№14).

71. А.с.978235 СССР МКИ H 01 L 23/02 мощный транзистор с гребенчатой структурой / Сергеев В.А., Горюнов H.H., Мулев В.М., Широков А А, Дулов O.A. - Опубл. в БИ. - 1982. - № 44.

72. A.c. 983596 СССР МКИ G 01 R 31/26 Устройство для отбраковки мощных транзисторов/ Сергеев В А , Широков А А , Дулов O.A. - Опубл. в БИ - 1982. - № 47

73. A.c. 1020789 СССР МКИ G01 R 31/26 Устройство для измерения тепловоз сопротивления транзисторов /Сергеев В.А -Опубл вБИ- 1983 -№20

74. A.c. 1245094 СССР МКИ G01 R 31/26 Устройство для отбраковки мощных транзисторов/ Сергеев В.А , Широков А А., Горюнов Н.Н - (разрешение на опубликование -БИ - 1999. -№14).

75 A.c. 1247796 СССР МКИ G01 R 31/26 Устройство для отбраковки мощных транзисторов/ Сергеев В.А , Голенкин П.А. - Опубл в БИ. - 1986. - № 28.

76. A.c. 1310754 СССР МКИ G01 R 31/28 Способ измерения тепловою сопротивления переход-корпус цифровых интегральных микросхем/ Сергеев В.А , Афанасьев Г.Ф , Романов Б.Н., Юдин В.В. - Опубл. в БИ -1987.- №18.

77. A.c. 1354953 СССР МКИ G01 R 31/26 Устройство автоматического измерения области безопасной работы транзистора/ Дулов O.A., Cepieee В.А., Широков A.A. - (разрешение на опубликование -БИ - 1999. -№14).

78 A.c. 1383233 СССР МКИ G01 R 31/28 Устройство для измерения пороговых напряжений цифровых интегральных микросхем/ Cepiees В.А., Юдин В.В. - Опубл. в БИ - 1988. - № 11.

79. A.c. 1529941 СССР МКИ G01 R 31/26 Устройство автоматического измерения области безопасной работы транзистора/ Дулов О А., Карпов С.А., Сергеев В А , Широков A.A., Юдин В.В. - (разрешение на опубликование -БИ -1999. -№14).

80. A.c. 1613978 СССР МКИ G01 R 31/28 Способ измерения теплового сопротивления цифровых интегральных микросхем и устройство для его осуществления// Сергеев В А., Юдин В.В., Горюнов H.H. - Опубл. в БИ - 1990. - № 40.

81 Ас. 1729210 СССР МКИ G01 R 31/26 Устройство для отбраковки транзисторов/ Сергеев В.А. - (разрешение на опубликование -ЬИ - 1999. -№15)

82 Патент РФ 2003128 МКИ G01 R 31/26 Способ измерения теплового сопротивления переход-корпус полупроводниковых диодов/ Сергеев В.А., Юдин В.В.-Опубл. в БИ-1993,-№ 41-42.

83. Патент РФ 2087919 МКИ G01 R 31/26 Устройство для измерения теплового сопротивления переход-корпус полупроводниковых диодов/ Сергеев В .А., Юдин В.В. - Опубл. в БИ -1997,- № 23.

84. Патент РФ 2166764 МКИ G01 R 31/26 Способ измерения теплового сопротивления двухполюсников с известным положительным температурным коэффициентом тока/ Сергеев В.А. - Опубл. в БИ -2001. - № 13.

85 Патент РФ 2167429 МКИ G01 R 31/26 Способ измерения теплового сопротивления двухполюсников с известным температурным козффициентом сопротивления/ Cepiees В.А., Васильев А.Н.. - Опубл. в БИ-2001. - № 14.

86. Патент РФ 2172493 МКИ G01 R 31/28 Способ измерения теплового сопротивления переход-корпус цифровых шиегральных микросхем/Сергеев В.А -Опубл. в БИ-2001.-№23.

87 Патент РФ 2174692 МКИ G01 R 31/28 Устройство для измерения тентового сопротивления переход-корпус цифровых интегральных микросхем/ Сергеев В.А. - Опубл. в БИ-2001.- № 28.

88 Патент РФ 2178893 МКИ G01 R 31/26 Способ определения геплового сопротивления переход-корпус полупроводниковых диодов/ Сергеев В.А. -Опубл. в БИ-2002.-№ 3.

89 Патент РФ 2185634 МКИ G01 R 31/26 Устройство для измерения теплового сопротивления транзисторов /Сергеев В А.- Опубл. в БИ - 2002. - № 20.

90. Патент РФ 2187126 МКИ G01 R 31/28 Устройство для отбраковки цифровых интегральных микросхем/ Сергеев В.А. - Опубл. в БИ - 2002 - №22.

91 Патент РФ N»2206900 МКИ G01 R 31/26 Способ измерения теплового сопротивления двухполюсников/ Сергеев В.А. - Опубл. в БИ - 2003. - №17

92. Патент РФ № 2227922 МКИ G01 R 31/26 Устройство для измерения тепловых параметров двухполюсников методом сравнения/ Сергеев В.А. -Опубл. в БИ-2004.-№12.

93. Патент РФ № 2231821 МКИ 7 G05 D 23/19 Способ программного регулирования греющей мощности /Сергеев В.А., Юдин В.В. - Опубл. в БИ - 2004 - №18.

94. Исследование механизмов отказов и разработка неразрушающих методов контроля качества и прогнозирование эксплуатационной надежности мощных транзисторов с учетом спецвоздействий. Отчет о х/д НИР (в двух томах). Гос. per. № 77074071. - Ульяновск: УлПИ, 1980 - Т1-86 е., Т2 - 245 с.

95 Исследование и выбор информативных параметров для диагностики полупроводниковых приборов , интегральных микросхем и микроузлов РЭА. Отчет о х/д НИР (в трех книгах). Гос per. № 0182.0076278. - Ульяновск. УлПИ, 1985. - Кн.1 -75 е., Кн.2 - 75с., Кн. 3 - 81 с.

96. Разработка аппаратуры и методов прогнозирования отказов переключательных и ограничительных диодов// Отчет о х/д НИР №9-24/91, Гос. per. №01910023457, Ульяновск, УльПИ, - 1992 - 33 с.

97. Разработка методов и средств определения безопасной работы мощных транзисторов Отчет о ПИР. Гос. per. №81010993. - Ульяновск: УлПИ, - 1981. -119 с.

98. Разработка неразрушающих методов обеспечения надежности РЭА Отчет о НИР. Гос. per. №0186 0122220 - Ульяновск- УлПИ, -1986 -97 с.

Подписано в печать 05.09.2005. Формат 60x84 1/16.

Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л.2,32. Усл. кр.-отт. 9,28. Уч.-изд. л. 2,5. Тираж 100 экз. Заказ 635

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет)" 119454, Москва, пр. Вернадского, 78

И64 77;

РНБ Русский фонд

2006^ 15362

i

i

i

Введение.

Глава первая. Модели токораспределения и теплоэлектрических процессов в полупроводниковых изделиях.

1.1 .Теплоперенос и термогенерация в полупроводниковых изделиях.

1.1.1. Теплоперенос в конструкциях полупроводниковых изделий.

1.1.2. Процессы термогенерации в приборных структурах.

1.1.3. Токораспределение в базовых приборных структурах.

1.2. Теплоэлектрические модели полупроводниковых изделий.

1.2.1. Линейные тепловые модели.

1.2.2. Нелинейные теплоэлектрические модели.

1.2.3. Тепловая неустойчивость токораспределения.

1.2.4. Предельные режимы работы полупроводниковых изделий.

1.2.5. Тепловые модели полупроводниковых изделий с дефектами.

1.3. Обобщенная аналитическая модель токораспределения.

1.4. Квазилинейная модель локальной тепловой обратной связи.

1.4.1. Самосогласованный теплоэлектрический режим.

1.4.2. Температурные поля в структурах с неоднородностями.

1.5. Квазилинейная тепловая модель с поперечным теплопереносом.

1.6. Выводы.

Глава вторая. Неизотермическое токораспределение в бездефектных приборных структурах.

2.1. Токораспределение в биполярных гребенчатых структурах.

2.1.1. Модель и исходная система уравнений.

2.1.2. Изотермическое приближение.

2.1.3. Приближение локальной тепловой обратной связи.

2.1.4. Экспериментальная проверка аналитических моделей.

2.1.5. Выравнивание и повышение устойчивости токораспределения.

2.2. Эффект оттеснения эмиттерного тока в биполярных структурах.

2.2.1. Структуры с круглым эмиттером.

2.2.2. Влияние лавинного умножении в коллекторном переходе.

2.2.3. Гребенчатые структуры с длинными дорожками.

2.3. Токораспределение в полевых транзисторах.

2.4. Токораспределение в термисторных структурах.

2.4.1. Термисторы цилиндрической конструкции.

2.4.2. Термисторы бусинковой конструкции.

2.5. Неизотермическое токораспределение в диодных структурах.

2.6. Выводы.

Глава третья. Аналитические модели теплоэлектрических процессов в полупроводниковых изделиях с дефектами.

3.1. Квазистационарный теплоэлектрический режим.

3.1.1. Приближение локальной тепловой обратной связи.

3.1.2. Оценка влияния поперечного теплопереноса.

3.2. Переходные тепловые процессы в структурах с дефектами.

3.2.1. Нагрев импульсной мощностью.

3.2.2. Нагрев линейно нарастающей мощностью.

3.2.3. Нагрев периодической мощностью.

3.3. Тепловые процессы в многоэлементных структурах.

3.4. Тепловые процессы в симметричных транзисторных структурах.

3.4.1. Модель и основные уравнения.

3.4.2. Влияние температуры на устойчивость токораспределения.

3.4.3. Особенности теплоэлектрических процессов в гребенчатых структурах с неоднородностями.

3.5. Выводы.

Глава четвертая. Методы и средства измерения теплофизических характеристик полупроводниковых изделий.

4.1. Задачи и пути совершенствования методов и средств измерения тепловых параметров полупроводниковых изделий.

4.1.1. Анализ современных косвенных методов и средств измерения температуры в приборных структурах.

4.1.2. Принципы и особенности измерения тепловых характеристик полупроводниковых изделий в непрерывном режиме.

4.2. Измерение тепловых параметров полупроводниковых изделий с применением гармонического закона изменения мощности.

4.2.1. Отклик температуры на гармоническую греющую мощность.

4.2.2. Преобразование теплового импеданса двухполюсников.

4.2.3. Измерение теплового импеданса стабилитронов.

4.2.4. Измерение теплового импеданса двухполюсников с симметричной ВАХ.

4.2.5. Измерение теплового импеданса биполярных транзисторов.

4.3. Применение комбинации гармонической и линейно изменяющейся греющей мощности для измерения теплоэлектрических характеристик.

4.4. Измерение теплофизических характеристик полупроводниковых изделий с применением импульсно-модулированной греющей мощности.

4.4.1. Измерение тепловых параметров диодов.

4.4.2. Измерение тепловых параметров биполярных транзисторов.

4.4.3. Методы и средства измерения тепловых параметров ЦИС.

4.4.4. Метод температурных волн для диагностики ЦИС.

4.5. Измерение теплофизических характеристик полупроводниковых изделий методом сравнения.

4.5.1. Измерение теплового сопротивления двухполюсников.

4.5.2. Измерение теплового сопротивления биполярных транзисторов.

4.5.3. Измерение теплового сопротивления МДП транзисторов.

4.6. Измерение параметров тепловой неустойчивости токораспределения в мощных биполярных транзисторах.

4.6.1. Средства измерения параметров «пятнообразования».

4.6.2. Автоматизированный контроль температурной границы области безопасной работы мощных биполярных транзисторов.

4.7. Выводы.

Глава пятая. Экспериментальные исследования теплофизических характеристик полупроводниковых изделий.

5.1 .Теплофизические характеристики мощных биполярных транзисторов.

5.1.1. Зависимости температурного коэффициента прямого падения напряжения на эмиттерном переходе от тока и температуры.

5.1.2. Зависимости тепловых параметров от параметров электрического режима и температуры корпуса.

5.1.3. Термодеформации транзисторных структур.

5.2. Влияние внешних факторов на условия и параметры локализации тока в мощных ВЧ и СВЧ транзисторах.

5.2.1. Зависимость параметров локализации тока от температуры.

5.2.2. Оценка параметров «горячих пятен».

5.2.2. Влияние проникающих излучений.

5.3. Теплофизические характеристики стабилитронов.

5.4. Теплофизические характеристики цифровых интегральных схем.

5.5. Выводы.

Глава шестая. Влияние тепловых параметров полупроводниковых изделий на характеристики электронных устройств.

6.1. Усилители с симметричным включением биполярных транзисторов.

6.1.1. Искажения тепловой природы в дифференциальном каскаде.

6.1.2. Искажения тепловой природы в двухтактных усилителях.

6.2. Тепловые переходные процессы в транзисторных ключах.

6.3. Погрешности тепловой природы измерительных преобразователей с дифференциальным включением датчиков.

6.4. Выводы.

Глава седьмая. Контроль качества полупроводниковых изделий по теплофизическим характеристикам.

7.1. Физико-технические основы обеспечения качества и надежности полупроводниковых изделий.

7.1.1. Причины, механизмы и статистические закономерности проявления отказов полупроводниковых изделий.

7.1.2. Методы неразрушающего контроля.

7.2. Контроль качества мощных биполярных транзисторов.

7.2.1. Отказы мощных транзисторов при электротермотренировке.

7.2.2. Отбраковка по переходным тепловым характеристикам.

7.2.3. Контроль качества по тепловому сопротивлению.

7.2.4. Оценка качества по параметрам тепловой неустойчивости.

7.3. Контроль качества полупроводниковых диодов.

7.4. Контроль качества интегральных микросхем.

7.4.1. Контроль качества линейных интегральных схем.

7.4.2. Контроль качества цифровых интегральных схем.

7.4.3. Оценка стойкости к повреждению цифровых интегральных схем при действии коротких импульсов напряжения.

7.5. Выводы.

Актуальность проблемы. Постоянное повышение требований к качеству и надежности радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) определяет необходимость применения комплекса мер по обеспечению высокого качества и надежности изделий электронной техники (ИЭТ), составляющих основу элементной базы современной РЭА: полупроводниковых приборов (111111) и интегральных схем (ИС). Одним из перспективных направлений при формировании такого комплекса мер является разработка и совершенствование методов и средств неразрушающего контроля и диагностики качества полупроводниковых изделий. Такие методы и средства активно разрабатываются по мере изменения и совершенствования технологии производства 111111 и ИС, появления новых классов приборов, расширения их функциональных возможностей и областей применения. Они основываются на комплексном исследовании физических процессов в структуре и конструкции изделий, которые приводят к отказам или ускоряют их наступление. При этом особое внимание уделяется изучению роли в этих процессах различного рода дефектов структуры и конструкции изделий.

Как показывают многочисленные исследования, испытания и анализ отказов радиоэлектронных компонетов РЭА в реальных условиях эксплуатации предельные функциональные возможности и надежность даже бездефектных полупроводниковых изделий, и в особенности мощных 111111 и ИС, во многом определяются эффектами неоднородного, а при некоторых режимах и неустойчивого, распределения плотности тока, мощности и температуры в приборных структурах. Различного рода дефекты структуры и конструкции 111111 и ИС приводят как правило к увеличению неоднородности распределения плотности мощности и температуры в структурах изделий, что существенно ограничивает диапазон допустимых электрических режимов, ускоряет механизмы деградации и отказов изделий. Указанные выше эффекты проявляются в отклонении реальных теплофизиче-ских характеристик (ТФХ) 111111 и ИС от расчетных. Физико-технические основы методов неразрушающего контроля качества полупроводниковых изделий по ТФХ заложены в работах Н.М.Ройзина, В.Л.Аронова, Я.А.Федотова, Н.Н.Горюнова, Д.К.Закса, Б.С.Кернера, Б.К.Петрова, В.Ф.Сынорова, В.Ф.Синкевича, А.А. Чернышева и др. К началу 80-х годов был накоплен значительный опыт разработки и применения таких методов.

Широко используемые в исследовательской практике прямые и бесконтактные методы измерения температурных полей 111111 и ИС, основанные на регистрации инфракрасного излучения с поверхности приборных структур и применении различного рода термоиндикаторов, нетехнологичны, имеют низкое быстродействие, трудно поддаются автоматизации и не применимы на стадиях выходного и входного контроля качества. Значительная группа методов диагностики качества основана на выявлении аномалий неизотермических ВАХ полупроводниковых изделий при появлении неустойчивости токораспределения в приборных структурах; при этом изделие в процессе контроля подвергается запредельным энергетическим воздействиям, что ограничивает применение этих методов в производственных условиях. Применяемые в производственных условиях косвенные методы контроля тепловых свойств 111111 и ИС сводятся к измерению отдельных тепловых параметров (теплового сопротивления переход-корпус) в фиксированном электрическом режиме. С точки зрения оценки тепловых свойств 111111 и ИС в реальных условиях применения и режимах работы информативность этих методов невысока; при расчетах функциональных свойств, тепловых режимов и надежности электронных устройств используются усредненные значения тепловых параметров 111111 и ИС, без учета их зависимости от параметров электрического режима и внешних воздействий.

Таким образом, совершенствование известных и разработка новых эффективных промышленно ориентированных методов и средств нераз-рушающего контроля качества полупроводниковых изделий, позволяющих более адекватно оценивать неоднородность распределения тока и температуры в приборных структурах, температурные запасы и параметры предельных режимов работы изделий с учетом условий их применения, представляет актуальную задачу.

Цель и задачи исследования. Целью работы является совершенствование известных и разработка новых более эффективных производственно ориентированных методов и средств неразрушающего контроля и повышение достоверности оценки качества полупроводниковых изделий по интегральным теплофизическим характеристикам с учетом условий применения и режимов эксплуатации изделий в электронных устройствах.

Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:

1. Разработать аналитические физико-математические модели теплоэлек-трических процессов в структурах полупроводниковых изделий, позволяющие рассчитывать эффекты неоднородного распределения тока, плотности мощности и температуры, вызванные регулярными и случайными неодно-родностями структуры и конструкции изделия, температурной зависимостью плотности мощности и эффектами поперечного теплопереноса.

2. Показать возможность аналитического количественного описания влияния различного рода неоднородностей и дефектов структуры и конструкции полупроводниковых изделий на кинетику перераспределения мощности и температуры и устойчивость токораспределения в приборных структурах.

3. Проанализировать проявление эффектов неоднородного токораспределения в приборных структурах на интегральных теплоэлектрических характеристиках полупроводниковых изделий и на этой основе исследовать возможности применения комбинации различных видов модуляции греющей мощности для синтеза более эффективных по сравнению с известными косвенных методов и средств измерения теплофизических характеристик полупроводниковых изделий, в частности зависимостей теплового импеданса приборов от частоты и параметров электрического режима.

4. Исследовать механизмы влияния температуры окружающей среды и проникающих излучений на тепловые параметры и устойчивость токо-распределения в мощных биполярных ВЧ и СВЧ транзисторах.

5. Аналитически оценить влияние разброса тепловых параметров полупроводниковых изделий на характеристики электронных устройств с их применением, в частности с симметричным включением активных элементов.

6. Исследовать статистические закономерности и особенности выборочных распределений базовых типов ППП по величине теплофизических параметров. По результатам ускоренных испытаний определить возможность и оценить эффективность отбраковки потенциально ненадежных приборов по диагностическим, в том числе теплофизическим параметрам.

Методы исследований. При решении поставленных задач использовались базовые положения физики полупроводников и полупроводниковых приборов, методы теории теплопереноса, математической физики и математической статистики, а также численные методы с применением ЭВМ. Обработка экспериментальных результатов проводилась с использованием методов и алгоритмов теории погрешностей.

Научная новизна.

1. Развита аналитическая теплоэлектрическая модель планарных структур 111111 и ИС, связывающая неизотермическое распределение плотности мощности и температуры в активной области структуры с изотермической неоднородностью плотности мощности, обусловленной действием регулярных и случайных причин различной физической природы, с учетом влияния поперечного теплопереноса.

2. Впервые теоретически получены и экспериментально подтверждены аналитические выражения для неизотермического токораспределения в структурах биполярных транзисторов с учетом совместного влияния распределенных сопротивлений токоведущей металлизации, активных и пассивных областей структуры и зависимости коэффициента передачи тока от эмиттерного тока и коллекторного напряжения. Показано, что лавинное умножение в коллекторном переходе приводит к уменьшению неоднородности токораспределения, обусловленной эффектом оттеснения эмиттерного тока. Показана возможность и определены условия применимости двухсекционной модели токораспределения, согласно которой полный ток транзистора в процессе работы перераспределяется между двумя частями активной области структуры, разделенной линией средней плотности тока, форма и размеры которых не зависят от параметров электрического режима.

3. На основе моделей неизотермического токораспределения в базовых приборных структурах (биполярных и полевых транзисторов, диодов и термисторов) установлена связь неоднородности распределения тока и температуры с интегральными теплоэлектрическими характеристиками изделий. В частности, у термисторов с цилиндрической симметрией внутренняя ТОС проявляется в квадратичной зависимости полного сопротивления термистора от мощности постоянного тока.

4. На основе дискретной теплоэлектрической модели выявлены различия кинетики перераспределения плотности мощности и температуры в структурах с теплофизическими и электрофизическими дефектами при изменении греющей мощности; установлена связь параметров дефектов с предельной мощностью, рассеиваемой структурой.

5. Разработаны научно-технические основы синтеза автоматизированных косвенных методов и средств измерения теплофизических характеристик полупроводниковых изделий с применением комбинаций различных видов модуляции греющей мощности (гармонической, линейной, амплитудно-, частотно- и широтно-импульсной).

6. Разработаны новые, более быстродействующие по сравнению с известными, способы и устройства измерения теплофизических параметров и характеристик полупроводниковых приборов методом сравнения.

7. Впервые экспериментально установлено и теоретически объяснено: наличие минимума на зависимости напряжения локализации тока в мощных ВЧ биполярных транзисторах от температуры корпуса и возрастание напряжения локализации тока в мощных ВЧ и СВЧ биполярных транзисторов при у -облучении с ростом дозы облучения.

8. Впервые теоретически рассмотрены и получены расчетные формулы для оценки дополнительных погрешностей и искажений сигналов в электронных устройствах с симметричным включением активных элементов, обусловленных технологическим разбросом тепловых параметров активных элементов.

9. Выявлены условия, причины и закономерности проявления двухмо-дальности распределений мощных биполярных транзисторов по величине теплового сопротивления. На основе выборочных испытаний показано, что во вторую моду распределения попадают дефектные приборы с аномально неоднородным распределением тока и температуры в структуре. Практическая ценность и реализация результатов работы.

1. Предложены рекомендации по изменению геометрии структур и конструкции мощных биполярных транзисторов, позволяющие уменьшить неоднородность токораспределения и повысить устойчивость транзисторов к тепловому пробою.

2. Разработан комплекс методов и средств диагностики качества 111111 и ИС по зависимостям теплового импеданса изделий от частоты и мощности, в частности метод температурных волн для диагностики качества ППП и ИС с распределенными независимыми источниками тепла, а также способ и устройство автоматизированного контроля температурной границы области безопасной работы мощных биполярных транзисторов.

3. Разработаны и внедрены на промышленных предприятиях, в конст-рукторско-технологических бюро, научных организациях и учебных заведениях гамма измерительных приборов, установок и устройств, а также соответствующие методики для контроля качества и отбраковки ППП и ИС по теплофизическим характеристикам:

- Установка для измерения теплофизических параметров мощных транзисторов УИТЭП внедрена на входном контроле п/я В-8828;

- Установка для измерения теплоэлектрических параметров мощных транзисторов УИТП-1МТ внедрена на заводе «Искра»;

- Установка для измерения теплоэлектрических параметров аналоговых микросхем УИТЭП-2 внедрена на входном контроле п/я В8828;

- Установка для измерения теплоэлектрических параметров логических интегральных микросхем УИТЭП-3 внедрена на п/я В8828;

- Установка для измерения теплоэлектрических параметров мощных транзисторов УИТЭП-1М внедрена на Сарапульском радиозаводе;

- Измеритель теплового сопротивления СВЧ диодов (в составе установки УИТЭП-4) внедрен на Ульяновском механическом заводе;

- Установка для контроля качества мощных транзисторов внедрена на Ульяновском радиоламповом заводе.

4. Разработаны рекомендации по выбору оптимальных режимов измерений теплофизических параметров 111111 и ИС в целях диагностики качества. Получены параметры статистических распределений мощных транзисторов по величине теплового сопротивления и напряжения локализации тока, необходимые при проектировании электронных блоков и узлов РЭА с их применением.

Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе на радиотехническом факультете Ульяновского государственного технического университета при проведении занятий по дисциплинам "Основы метрологии и радиоизмерений" и "Метрология, стандартизация и сертификация" для студентов специальности "Радиотехника" и "Телекоммуникации", а также при подготовке и проведении спецкурсов и ежегодных школ-семинаров в совместном учебно-научном центре УлГТУ и УО ИРЭ РАН, созданном в рамках проектов А-0066 и Б 0107 ФЦП "Интеграция".

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: Всесоюзной НТК "Вопросы теории проектирования аналоговых измерительных преобразователей" (Ульяновск, 1980); Межвузовской НТК "Автоматизация контрольно-поверочных работ в электроприборостроении" (Ульяновск, 1986); Всесоюзной НТК "Пути развития электронных средств и задачи высшей школы в подготовке специалистов соответствующей квалификации" (Ульяновск, 1991); Международной НТК "Актуальные проблемы электронного приборостроения" (Саратов, 1996); Региональной научно-практической конференции "Наука производству: Конверсия сегодня" (Ульяновск, 1997); Всероссийской НТК "Современные проблемы проектирования и эксплуатации радиотехнических систем" (Ульяновск, 1998); Международной НТК "Методы и средства преобразования и обработки аналоговой информации" (Ульяновск, 1999); Ежегодной школе-семинаре "Актуальные проблемы физической и функциональной электроники" (Ульяновск, 1999, 2000, 2001, 2002); VIII-ой и IX-ой Международных НТК "Оптические, радиоволновые и тепловые методы и средства контроля качества материалов, промышленных изделий и окружающей среды" (Ульяновск, 2000, 2004); V-ой Всесоюзной НТК "Методы и средства измерений физических величин" (Нижний Новгород, 2000); Международной НТК "Континуальные логико-алгебраические исчисления и нейроматематика в науке, технике и экономике" (Ульяновск, 2001, 2005); 2-ой Международной НТК "Измерение, контроль, информатиза-ция"(Барнаул, 2001); Всероссийской НТК "Современные проблемы радиоэлектроники" (Красноярск, 2001); 3-ей Всероссийской НТК "Современные проблемы создания и эксплуатации радиотехнических систем" (Ульяновск, 2001); Всероссийской НТК "Приборы и приборные системы" (Тула, 2001); Международной НПК «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения»-МШШАТ1С-2004 (Москва, 2004 ).

На защиту выносятся:

1. Теоретическая модель, аналитические выражения и результаты расчетов неизотермического токораспределения в базовых приборных структурах с совместным учетом влияния распределенных сопротивлений токоведущей металлизации, пассивных и активных областей приборных структур в приближении локальной тепловой обратной связи (самосогласованного тепло-электрического режима), а также рекомендации по повышению однородности и устойчивости токораспределения в мощных биполярных транзисторах путем изменения геометрии и оптимизации параметров структуры и конструкции приборов.

2. Обобщенная дискретная теплоэлектрическая модель, результаты расчета распределения тока и температуры, переходных теплофизических характеристик и условий тепловой неустойчивости в структурах 111111 и ИС с неоднородностями и дефектами различной физической природы.

3. Технические принципы и конкретные способы и структурные схемы устройств для автоматизированного косвенного измерения теплофизических характеристик 111111 и ИС и параметров тепловой неустойчивости биполярных транзисторов, основанные на комбинированном применении различных видов модуляции греющей мощности: гармонической, линейной, амплитудно-, частотно- и широтно-импульсной, включая метод температурных волн диагностики качества цифровых интегральных схем, а также способ и структурную схему устройства автоматизированного контроля температурной границы области безопасной работы мощных биполярных транзисторов.

4. Теоретическое обоснование и конкретные реализации нового метода измерения тепловых параметров дискретных 111111 - метода сравнения.

5. Результаты экспериментальных исследований зависимостей теплового импеданса биполярных транзисторов, стабилитронов и цифровых интегральных микросхем от частоты и параметров режима измерения.

6. Результаты экспериментального исследования и анализа влияния температуры и проникающих излучений на тепловую неустойчивость то-кораспределения в мощных ВЧ и СВЧ биполярных транзисторах.

7. Расчетные формулы для оценки погрешностей и искажений сигналов в электронных устройствах с симметричным включением преобразовательных и активных элементов, обусловленных технологическим разбросом тепловых параметров П1111.

8. Статистические закономерности и особенности выборочных распределений ППП и ИС различных классов по величине тепловых параметров, результаты выборочных ускоренных испытаний и разработанные на этой основе методики отбраковки дефектных и потенциально ненадежных приборов. Методика оценки качества ППП и ИС по крутизне зависимости теплового сопротивления переход корпус от греющей мощности.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 98 научных работ, включая 1 монографию, 49 научных статей, 17 тезисов докладов на научно-технических конференциях и семинарах, 1 учебно-методические указания, 5 отчетов о НИР, 25 авторских свидетельств и патентов на изобретения.

Личный вклад автора. Основные научные результаты получены автором лично. В большинстве научных работ и изобретениях, выполненных в соавторстве, автор определял постановку задачи и разрабатывал теоретические модели для описания исследуемых явлений. Идея ряда исследований и изобретений принадлежат профессору Н.Н. Горюнову. Реализация прикладных разработок и экспериментов осуществлялась с участием А.А. Широкова, О.А. Дулова, сотрудников и студентов кафедры «Радиотехника» УлГТУ. Работы по внедрению результатов исследований проводились под руководством и при личном участии автора.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы, включающего 302 наименования, 13 приложений. Общий объем диссертации составляет 328 страниц и содержит 14 таблиц и 147 рисунков.

Основные результаты работы, изложенные в седьмой главе, опубликованы в статьях [170, 171, 177, 180, 182, 222], представлены в отчетах о НИР [76, 77, 142, 143, 144] и доложены на научно-технических конференциях [201, 203].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения комплекса научно-технических исследований осуществлено решение научной проблемы, имеющей важное народнохозяйственное значение - разработаны теоретические основы и технические принципы создания эффективных автоматизированных методов и средств диагностического контроля качества полупроводниковых изделий по теп-лофизическим характеристикам. Основные результаты и выводы, полученные при решении данной проблемы, заключаются в следующем.

1 Развита квазилинейная аналитическая теплоэлектрическая модель планарных структур ППП и ИС, связывающая неизотермическое распределение плотности мощности и температуры в активной области структуры с исходной изотермической неоднородностью, обусловленной действием причин различной физической природы, с учетом влияния поперечного теплопе-реноса. Установлено, что крутизна зависимости средней температуры активной области структуры с неоднородностью от полной мощности потерь пропорциональна мере неоднородности.

2. Теоретически получены и экспериментально подтверждены аналитические выражения для неизотермического токораспределения в структурах биполярных транзисторов с учетом влияния распределенных сопротивлений токоведущей металлизации, активных и пассивных областей структуры и зависимости коэффициента передачи тока от эмиттерного тока и коллекторного напряжения. Показано, что при постоянном токе эмиттера с ростом коллекторного напряжения неоднородность токораспределения растет, а эффективная площадь эмиттера уменьшается, по закону (U- Uкэ )-1; падение напряжения на сопротивлении пассивных областей приводит к ограничению роста неоднородности токораспределения; при преобладающем действии одной из причин неоднородного токораспределения форма и положение линии средней плотности тока, разделяющей активную область структуры на две части, между которыми в процессе работы транзистора перераспределяется полный ток, не зависят от параметров режима; лавинное умножение в коллекторном переходе приводит к уменьшению неоднородности токораспределения, обусловленной эффектом оттеснения эмиттерного тока;

Предложены варианты геометрии гребенчатых структур и конструкции мощных БТ, позволяющие уменьшить неоднородность токораспределения и повысить устойчивость транзисторов к тепловому пробою.

3. Установлена связь неоднородности распределения тока и температуры в базовых приборных структурах (биполярных и полевых транзисторов, полупроводниковых диодов и термисторных датчиков) с интегральными те-плоэлектрическими храктеристиками изделий. В частности, у термисторов с цилиндрической симметрией внутренняя ТОС проявляется в квадратичной зависимости полного сопротивления термистора от мощности постоянного тока и приводит к дополнительным погрешностям термисторных датчиков.

4. На основе дискретной теплоэлектрической модели приборной структуры с дефектами выявлено различие кинетики перераспределения плотности мощности и температуры в структурах с электрофизическими и теплофи-зическими дефектами при изменении греющей мощности; установлена связь параметров дефектов с предельной мощностью, рассеиваемой структурой.

5. Разработаны научно-технические основы синтеза автоматизированных косвенных методов и средств измерения теплофизических характеристик полупроводниковых изделий с применением комбинаций различных видов модуляции греющей мощности (гармонической, линейной, амплитудно-, частотно- и широтно-импульсной).

6. Теоретически обоснованы и разработаны новые, более быстродействующие по сравнению с известными, способы и устройства измерения тепловых параметров полупроводниковых приборов методом сравнения.

7. Разработаны и экспериментально апробированы на различных классах приборов методы и средства диагностики качества ППП и ИС по зависимостям теплового импеданса от частоты и мощности, включая метод температурных волн для диагностики качества ИС, а также способ и устройство автоматизированного контроля температурной границы области безопасной работы мощных биполярных транзисторов.

8. Разработаны средства измерения параметров тепловой неустойчивости мощных биполярных транзисторов, имеющие более высокую точность по сравнению с известными. С помощью указанных средств впервые экспериментально установлено и на основе развитых моделей неизотермического токораспределения теоретически объяснено: наличие минимума на зависимости напряжения локализации тока в мощных ВЧ биполярных транзисторах от температуры корпуса;

- возрастание напряжения локализации тока в мощных ВЧ и СВЧ биполярных транзисторов при у -облучении с ростом дозы облучения;

9. Впервые теоретически рассмотрены и получены расчетные формулы для оценки дополнительных погрешностей и искажений сигналов в электронных устройствах с симметричным включением активных элементов, обусловленных технологическим разбросом тепловых параметров активных элементов.

10. Получены параметры статистических распределений мощных транзисторов по величине теплового сопротивления и напряжения локализации тока в различных режимах измерения, необходимые при проектировании электронных блоков и узлов РЭА с их применением. Выявлены условия, основные причины и закономерности проявления двухмодальности распределений мощных биполярных транзисторов по величине теплового сопротивления при изменении режимов измерения. На основе выборочных испытаний показано, что во вторую моду распределения попадают дефектные приборы с аномально неоднородным распределением тока и температуры в структуре.

11. Разработаны и внедрены на промышленных предприятиях, в кон-структорско-технологических бюро и научных организациях установки и устройства для измерения тепловых параметров и теплоэлектрических характеристик 111111 и ИС, а также методики контроля качества и отбраковки 111111 и ИС по теплофизическим характеристикам.

1. Абдурахманов К.П., Квурт А.Я., Миндлин Н.Л., Рубаха Е.А., Синкевич В.Ф. Исследование переходных тепловых характеристик транзисторных структур с дефектами// Электронная техника. Сер. 2. Полупроводниковые приборы.-1982.- Вып. 5. С. 66-70.

2. Абрамов И.И., Харитонов В.В. Численный анализ явлений переноса в полупроводниковых приборах и структурах. 1. Общие принципы построения методов решения фундаментальной системы уравне-ний//Инженерно-физический журнал. 1983. - №2. - С. 284-293.

3. Абрамов И.И., Харитонов В.В. Численное моделирование элементов интегральных схем с учетом тепловых эффектов// Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника. 1988. - №12. - С. 41-45.

4. Адамов Д.Ю., Адамов Ю.Ф., Мокеров В.Г., Щевелев И.М. Расчет элементов защиты от электростатического разряда для микросхем на арсе-ниде галлия//Радиотехника и электроника 1998. - №4. - С. 485-493.

5. Андреев А.С., Лукица И.Г. Потерять качество потерять независимость// Петербургский журнал электроники. - 2002. - №2. - С. 3-14.

6. Антипин В.В., Годовицин В.А., Громов Д.В., Кожевников А.С., Раваев А.А. Влияние мощных импульсных микроволновых помех на полупроводниковые приборы и интегральные микросхемы//Зарубежная радиоэлектроника. 1995. - №1. - С. 37-53.

7. Аронов В.Л., Козлов В.А. Определение теплового сопротивления транзисторов с использованием дифференциальных параметров//Сборник научных трудов «Полупроводниковые приборы и их применение» /Под ред. Я.А. Федотова. М.: Сов. радио, 1965.- Вып.14.- С. 72-94.

8. Аронов В.Л., Концевой Ю.А., Кудрявцев Е.Н., Морозов Ю.И., Родионов А.В. Исследование рекомбинационного излучения мощных СВЧ транзисторов//Электронная техника. Сер.2. Полупроводниковые приборы. 1984. - Вып.5. - С.84-88.

9. Аронов В.Л., Федотов Я.А. Исследование и испытание полупроводниковых приборов. М.: Высшая школа, 1975. - 325 с.

10. Аронов В.Л. Определение максимальной температуры в мощном транзисторе при потере термической устойчивости//Сборник научных трудов «Полупроводниковые приборы и их применение» /Под ред. Я.А. Федотова. М.: Сов. радио, 1967.- Вып. 17.- С. 87-95.

11. И. Архангельский А.Я., Савинова Т.А. Электротепловые модели компонентов и модель теплового взаимодействия для расчета интегральных схем//Известия вузов MB и ССО СССР. Радиоэлектроника. 1986. - Т. 29.-№12-С. 45-50.

12. Архипов В.И., Годовицин В.А. Руденко А.И. Влияние размеров макроскопических дефектов полупроводникового материала на характеристики теплового пробоя// Радиотехника и электроника. 1984. - № 7 - С. 1235-1238.

13. Асессоров В.В., Кожевников В.А., Дикарев В.М., Горохов B.C. Мощные ВЧ- и СВЧ- кремниевые транзисторы для систем радиосвязи и телевещания//Электронная промышленность. 2001- №5. - С. 6-14.

14. Батавин В.В., Концевой Ю.А., Федорович Ю.В. Измерение параметров полупроводниковых материалов и структур. М.: Радио и связь, 1985.-264 с.

15. Белов Н.А., Заболотный Н.А., Ребони В.О. Некоторые результаты исследования тепловых режимов структур мощных транзисторов импульсными ИК-методами//Электронная техника.Сер.8.-1978.-Вып. 5(67).-С. 31-36.

16. Белов Н.А., Ковалев Н.Ф., Лебедев А.К., Ребони В.О. Автоматизированный контроль температурных границ безопасной работы транзисторов// Электронная техника. Сер. 8. -1980.- Вып. 5(83). С. 89-120.

17. Берман Р. Теплопроводность твердых тел. М.: Мир, 1979. - 354 с.

18. Блихер А. Физика силовых биполярных и полевых транзисторов: Под ред. И.В. Грехова Л.: Энергоатомиздат. - 1986. - 248 с.

19. Бубенников А.Н. Моделирование интегральных микротехнологий, приборов и схем. М.: Высшая школа, 1989. - 320 с.

20. Бубенников А.Н. Идентификация электрофизических и электрических параметров моделей транзисторных структур в температурном диапазоне// Электронная техника. Сер.2. Полупроводниковые приборы. -1985. Вып. 2(175). - С.58-63.

21. Бурцев Э.Ф., Грехов И.В., Крюкова Н.Н. Локализация тока в кремниевых диодах при большой плотности прямого тока// Физика и техника полупроводников. 1970. - Т. 4. - №10. - С. 1955-1962.

22. Буслаев С.Ю., Клейнфельд Ю.С., Синкевич В.Ф. Влияние дефектов металлизации на предельные режимы работы мощных биполярных транзисторов//Электронная техника. Сер.2. -1990. Вып. 4. С. 81-89.

23. Вавилов В.П. Тепловые методы неразрущающего контроля. М.: Радио и связь, 1984. - 200 с.

24. Ван-дер-Зил А. Прогнозирование момента отказа по низкочастотному шуму транзистора //Электроника. 1966 - Т.24. - С. 51-59.

25. Васильев В.А. Классификация и методы уменьшения температурных погрешностей датчиков на основе твердотельных струк-тур//Датчики и системы. 2001. - №12. - С. 6-7.

26. Ващенко В.А., Синкевич В.Ф. Особенности лавинно-тепловой неустойчивости тока в кремниевых р — и-структурах при наличии локальной неоднородности// Электронная техника. Сер.2. Полупроводниковые приборы. 1990. - Вып. 3(206). - С. 84-86.

27. Ведерников В.В., Горюнов Н.Н., Чернышев А.А. Причины, механизмы отказов и надежность полупроводниковых приборов.- М.: Знание, 1977.-76 с.

28. Викулин И.М., Стафеев В.И. Физика полупроводниковых приборов.- М.: Советское радио, 1980. 296 с.

29. Власов В.А., Синкевич В.Ф. О возможных механизмах отказов мощных транзисторов// Электронная техника. Сер.2. Полупроводниковые приборы. 1972. - Вып. 1. - С. 51-62.

30. Власов В.А., Синкевич В.Ф. Приближенный анализ нестационарных перегревов в мощных планарных транзисторах// Электронная техника. Сер.2. Полупроводниковые приборы. 1971. - Вып. 4. - С. 68-74.

31. Волгин Л.И. Основы метрологии, оценка погрешностей измерений, измерительные преобразователи: Учебное пособие. Москва: МГУС, 2001.- 108 с.

32. Володько К.Л., Киданов В.А., Ястребов А.С. Физические особенности и классификация слоистых полупроводниковых и диэлектрических структур с неоднородностями//Проектирование и технология электронных средств 2001. - №3. - С.34-36.

33. Воронков И.Е., Козлов Н.А., Рабодзей А.Н., Синкевич В.Ф. Способ контроля качества полупроводниковых приборов// А.С. СССР № 1692262, G 01 R 31/26.- 1989.

34. Гамлявый П.С., Запорожец А.Г., Томиленко Г.В., Шапкин А.А. Расчет механических напряжений в кристалле эпитаксиального полупроводникового прибора при подаче на него электрической мощности// Электронная техника. Сер. 8. 1972.- Вып.1.- С. 74-81.

35. Гамулецкая П.Б., Кириллов А.В., Лебедев А.А., Романов Л.П., Смирнов В.А. Тепловой расчет /?-г-и-диодов на основе карбида кремния// Физика и техника полупроводников. 2004. - Том 38.- Вып.4. - С. 504-511.

36. Горлов М.И., Андреев А.В. Входной контроль полупроводниковых изделий//Микроэлектроника. 2003. - №5. - С. 391-400.

37. Горлов М.И. Андреев А.В., Ануфриев Л.П., Емельянов В.А. Технологические методы повышения надежности ИС в процессе серийного производства// Микроэлектроника . -2004. №1. - С. 24-34.

38. Горлов М.И., Ануфриев Л.П., Бордюжа О. Л. Обеспечение и повышение надежности полупроводниковых приборов и интегральных схем в процессе серийного производства. Минск: Интеграл, 1997. - 390 с.

39. Горлов М.И., Адамян А., Каехтин А. Строганов А. Диагностические методы контроля качества и прогнозирующей оценки надежности полупроводниковых изделий//СЫр News. 2002.- №1. - С. 48-51.

40. Горлов М.И., Коваленко П.Ю. Тренировка ИЭТ и электронных блоков с их применением//Петербургский журнал электроники. 2001. -№ 2. - С. 49-59.

41. Горлов М.И., Коваленко П.Ю. Отбраковочные технологические испытания средство повышения надежности ИС//Петербургский журнал электроники. - 1999. - № 3. - С. 59-66.

42. Горюнов Н.Н., Амазаспян В.Н. Исследование отказов, вызываемых неравномерностью распределения тока в полупроводниковых приборах // Электронная техника. Сер. 8. Управление качеством, метрология, стандартизация. 1972. - Вып.4. - С. 20-24.

43. Горюнов Н.Н., Гусарова С.П. Исследование токораспределения в кремниевых мощных транзисторах методом люминесцентного излучения //Электронная техника. Сер. 8. -1978.- Вып. 3.- С. 108-112.

44. Горюнов Н.Н. Свойства полупроводниковых приборов при длительной работе и хранении. М: Энергия, 1970. - 104 с.

45. Готра З.Ю., Голяка Р.Л., Халявка А.И. Монолитные полупроводниковые интегрированные цепи на эффектах теплопередачи// Известия вузов. Радиоэлектроника. -1999. № 1. - С. 59-65.

46. Давидов П.Д. Анализ и расчет тепловых режимов полупроводниковых приборов. М.: «Энергия», 1967. - 144 с.

47. Давыдова Н.С., Данюшевский Ю.З. Диодные генераторы и усилители СВЧ. М.: Радио и связь, 1986. - 184 с.

48. Данилин Н.С. Неразрушающий контроль качества продукции радиоэлектроники. М.: «Стандарт», 1976. - 206 с.

49. Действие проникающей радиации на изделия электронной техни-ки//Кулаков В.М., Ладыгин Е.А., Шаховцов В.И. и др. /Под ред. Е.А. Ладыгина. М.: Сов. радио, 1980. - 224 с.

50. Диковский В.И., Моин И.И. Биполярные кремниевые СВЧ- тран-зисторы//Электронная промышленность. 2003. - № 2. - С. 53-57.

51. Добыкин В.Д. Исследование теплового механизма поражения полупроводниковых структур мощным сверхвысокочастотным излучени-ем//Радиотехника и электроника. -2000. -Т.45, №11. С. 1389-1392.

52. Добыкин В.Д. Решение уравнения теплопроводности в задачах функционального поражения полупроводниковых элементов входных цепей радиоприемных устройств//Радиотехника и электроника. -2000. -Т.45. №3, С. 367-370.

53. Добыкин В.Д. Учет эффекта нелинейной теплопроводности в задачах функционального поражения полупроводниковых структур/радиотехника и электроника. -2000. -Т.47. №12, С. 1503-1508.

54. Добыкин В.Д. Оценка статистических характеристик теплового поражения полупроводниковых приборов//Радиотехника. 2004. - №10. - С. 38-43.

55. Дулов О.А., Карпов С.А., Сергеев В.А., Широков А.А., Юдин В.В. Устройство автоматического измерения области безопасной работы транзистора/ А.с. СССР №1529941 МКИ G01 R 31/26 (разрешение на опубликование -Бюллетень изобретений 1999. -№14).

56. Дулов О.А., Сергеев В.А. Методы и средства контроля области безопасной работы мощных биполярных транзисторов //Проблемы и решения современной технологии. Сборник научных трудов ПТИС. Тольятти: ПТИС. -1998.- Вып.4.- Часть И.- С. 9-17.

57. Дулов О.А., Сергеев В.А., Широков А.А. Устройство автоматического измерения области безопасной работы транзистора/А.с. СССР №1354953 МКИ G01 R 31/26 (разрешение на опубликование -Бюллетень изобретений 1999. -№14.).

58. Дулов О.А., Широков А.А., Афанасьев Г.Ф., Сергеев В.А. и др. Установка для измерения теплоэлектрических параметров мощных транзисторов// Информационный листок о научно-техническом достижении. — Ульяновск: ЦНТИ. 1985. - № 85-26. - 4 с.

59. Дульнев Г.Н., Семяшкин Э.М. Теплообмен в радиоэлектронных аппаратах. JL: "Энергия", 1968. - 360 с.

60. Евдокимова H.JL, Ежов B.C., Иванов А.И., Козлов Н.А., Синке-вич В.Ф. Тепловой пробой мощных полевых транзисторов на арсениде галлия//Электронная техника. Сер. 2. Полупроводниковые приборы. 1985. Вып. 2. - С. 42-50.

61. Евдокимова H.JL, Ежов B.C., Минин В.Ф., Перельман Б.Л. Оценка качества мощных транзисторов по их предельно допустимым и теплофизиче-ским параметрам//Электронная промышленность. 2003.- №2. - С. 244- 249.

62. Ефимов И.Е., Козырь И .Я., Горбунов Ю.И. Микроэлектроника. Физические и технологические основы, надежность: Учебное пособие для вузов. 2-е изд.,- М.: Высшая школа, 1986. - 464 с.

63. Жуков А.Г., Горюнов А.Н., Кальдса А.А. Тепловизионные приборы и их применение /Под ред. Н.Д. Девяткова. М.: Радио и связь, 1983.- 168 с.

64. Загряжский Н.В., Шерстюк В.А., Студенков Н.И. Исследование границ области безопасной работы мощных транзисторов для активных импульсных режимов//Электронная техника. Сер. 2. Полупроводниковые приборы 1985. - №2.- С. 35-41.

65. Закс Д.И. Параметры теплового режима полупроводниковых микросхем. М.: Радио и связь, 1983. - 128 с.

66. Захаров А.Л., Асвадурова Е.И. Расчет тепловых параметров полупроводниковых приборов: метод эквивалентов. М.: Радио и связь, 1983.-184 с.

67. Захаров С.М. Перекрестное взаимное тепловое влияние в матрицах поверхностно излучающих лазеров с «вертикальным» выводом излучения/Мазика и техника полупроводников.-2001.-Т.35.- Вып.4.-С. 499-503.

68. Зенин В.В., Беляев В.Н., Сегал Ю.Е. Фоменко Ю.Л. Пайка полупроводниковых кристаллов к основаниям корпусов/ТПетербургский журнал электроники. 2001. - № 2. - С. 60-67.

69. Зигель Б. Измерение теплового сопротивления ключ к обеспечению нормального охлаждения полупроводниковых компонен-тов//Электроника. - 1978. - №14. - С. 43-51.

70. Зигель Б. Электрический метод быстрой проверки качества напайки кристалла//Электроника. 1979. - №8. - С. 60-65.

71. Измерения в электронике: Справочник// В.А. Кузнецов, В.А. Долгов, В.М. Коневских и др.//Под. ред. В.А. Кузнецова.- М.: Энер-гоатомиздат, 1987.-512 с.

72. Карел оу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. М.: Наука, 1964.-487 с.

73. Камке Э. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям. М.: "Наука", 1976. - 576 с.

74. Карташов Э.М. Математические методы теории теплопроводности. М.: Высшая школа, 1979. - 415 с.

75. Карташов Э.М. Тепловое разрушение// Доклады академии наук. Энергетика. 2003. - №2. - С. 84-96.

76. Квурт Я.А., Миндлин Н.Л. Диагностический неразрушающий контроль мощных микросхем//Электронная техника. Сер. 2. Полупроводниковые приборы -1980.- Вып. 4.- С.74-79.

77. Кейджан Г.А. Основы обеспечения качества микроэлектронной аппаратуры. М.: Радио и связь. 1991. - 232 с.

78. Кернер Б.С. Особенности теплового пробоя транзистора в импульсном режиме//Микроэлектроника. 1976. - Т.5. - Вып. 3. - С. 257-267.

79. Кернер Б.С., Осипов В.В., Синкевич В.Ф. Тепловой пробой транзисторов в режиме постоянного и переменного сигнала//Радиотехника и электроника. 1975 . - Т.20 - №10. - С. 2172-2184

80. Кернер Б.С., Нечаев A.M., Рубаха Е.А., Синкевич В.Ф. Кинетика теплового шнурования при флуктуационной неустойчивости в транзисторных структурах //Радиотехника и электроника. 1980. - Т.ХХУ. - №1. - С. 168-176.

81. Кернер Б.С., Осипов В.В. Теория теплового пробоя транзистора// Радиотехника и электроника. 1975. - Т.20. - №8. - С. 1694-1703.

82. Кернер Б.С., Осипов В.В. Нелинейная теория неизотермического шнурования тока в транзисторных структурах //Микроэлектроника. 1977. - Т.6. - №4.- С. 337-353

83. Кернер Б.С., Рубаха Е.А., Синкевич В.Ф. Анализ токораспределения в структурах мощных ВЧ и СВЧ транзисторов с неоднородностью// Электронная техника. Сер.2. Полупроводниковые приборы.- 1978.- Вып.1. С. 15-29.

84. Кернер Б.С., Рубаха Е.А., Синкевич В.Ф. Способ отбраковки мощных транзисторов // А.с. СССР №619877 G01R31/26 Бюллетень изобретений. - 1978. - №30.

85. Коздоба JI.A. Решение нелинейных задач теплопроводности. -Киев: Наукова думка, 1976,- 136 с.

86. Козлов В.П. Двумерные осесимметричные нестационарные задачи теплопроводности/Под ред. А.Г. Шашкова. Минск.: Наука и техника, 1986. - 392 с.

87. Козлов В.П., Абдельразак Н.А., Юрчук Н.И. Физико-математические модели для теорий неразрушающего контроля теплофизических свойств// Инженерно-физический журнал. 1995 - Т.68. - №6. -С. 1011-1022.

88. Козлов Н.А., Нечаев A.M., Синкевич В.Ф. Тепловое шнурование тока в структурах мощных МДП- транзисторов//Электронная техника. Сер. 2. Полупроводниковые приборы. 1984. - Вып. 1.- С. 29-38.

89. Козлов Н.А., Синкевич В.Ф. Кинетика теплового расслоения тока в статическом и импульсном режимах работы мощных транзисто-ров//Электронная техника. Сер. 2. Полупроводниковые приборы. 1984. -Вып 2. - С. 35-45.

90. Конструкции корпусов и тепловые свойства полупроводниковых приборов /Под общей ред. Н.Н. Горюнова. М.: Энергия, 1972. - 120 с.

91. Контрович M.JL, Черторийский А.А., Широков А.А. Электро-флуктуационный метод диагностики неоднородного токораспределения в биполярных транзисторных структурах//Известия Самарского научного центра. -1999. №2. - С. 72-77.

92. Концевой Ю.А., Литвинов Ю.М., Фаттахов Э.А. Пластичность и прочность полупроводниковых материалов и структур. М.: Радио и связь, 1982. - 238 с.

93. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров . М.: Наука, 1974. - 831 с.

94. Коршунов Ф.П., Гатальский Г.В., Иванов Г.М. Радиационные эффекты в полупроводниковых приборах.- Минск: Наука и техника, 1978. 232 с.

95. Кремниевые планарные транзисторы / Под ред. Я.А. Федотова. -М.: Советское радио, 1973. 336 с.

96. Лихницкий A.M. О причинах искажений усилителей в области низких звуковых частот //Опыт, результаты, проблемы: Повышение конкурентоспособности радиоэлектронной аппаратуры /Под ред. Л.И. Волгина. -Таллин: Валгус. 1985. - Вып. 3. - С. 66-89.

97. ЮЗ.Лукица И.Г. Стандартизация ИЭТ в условиях рынка игра по международным правилам//Петербургский журнал электроники. - 1999. -№2.-С. 3-10.

98. Мазель Е.З. Мощные транзисторы. М.: Энергия, 1969. - 280 с.

99. Мартенсон Л.К., Малов Ю.И. Дифференциальные уравнения математической физики. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1996. - 286 с.

100. Материалы используемые в полупроводниковых приборах/Под ред. К. Хогарта. Пер.с англ. по ред В.П. Жузе// Москва.: Мир, 1968. 344 с.

101. Методы и средства оптической пирометрии /Под ред. А.И. Гор-дова. М.: Наука, 1983. - 150 с.

102. Митропольский А.К. Техника статистических вычислений. М.: Наука, 1971.-576 с.

103. Мощные высокочастотные транзисторы/ЛО.В. Завражнов, И.И. Каганова, Е.З. Мазель и др. /Под ред. Е.З. Мазеля. М.: Радио и связь, 1985.- 176 с.

104. Мусаханова Н.М., Сандомирский В.Б. Применение метода температурных волн к исследованию свойств полупроводников//Физика и техника полупроводников. 1983. - Том 17. - №4. - С. 633-636.

105. Мырова Л.О., Чепыженко А.З. Обеспечение стойкости аппаратуры связи к ионизирующим и электромагнитным излучениям. М.: Радио и связь, 1988.-296 с.

106. ПЗ.Нейвон Д.Х. Теорема о выделении тепла в полупроводниковых приборах //ТИИЭР. 1978. - Т. 66. - №4. - С. 184-185.

107. Неразрушающий контроль элементов и узлов радиоэлектронной аппаратуры / Под ред. Б.Е. Бердичевского. М.: Советское радио, 1976. - 328 с.

108. Нечаев A.M., Рубаха Е.А. Синкевич В.Ф. Тепловое шнурование в транзисторных структурах с неоднородностью//Радиотехника и электроника.-1981. №8. - С. 1773-1782

109. Нечаев A.M., Рубаха Е.А., Синкевич В.Ф. Механизмы отказов и надежность мощных СВЧ транзисторов. Обзоры по электронной технике. Сер. 2. Полупроводниковые приборы. 1978. - Вып. 10. - 80 с.

110. Нечаев A.M., Синкевич В.Ф. Условия шнурования тока в полупроводниковых структурах с неоднородностью// Электронная техника. Сер. 2. Полупроводниковые приборы. 1983. - Вып. 2. - С. 45-54.

111. Нечаев A.M., Синкевич В.Ф. Детерминированное расслоение тока и изолированные ветви на вольтамперных характеристиках полупроводниковых систем//ФТП. 1984. - Т.18. - Вып.2. - С. 350-353.

112. Николаевский И.Ф., Игумнов Д.В. Параметры и предельные режимы работы транзисторов. М.: Советское радио, 1971. - 384 с.121,Огибалов П.М., Грибанов В.Ф. Термоустойчивость пластин и оболочек. М.: Изд-во МГУ, 1968. - 378 с.

113. Обеспечение тепловых режимов изделий электронной техники/ А.А Чернышев, В.И. Иванов, А.И. Аксенов, Д.Н. Глушкова. М.: Энергия, 1980.-216 с.

114. Пасынков В.В. Материалы электронной техники: Учебник для студентов вузов. М.: высш. школа, 1980. -406 с.

115. Пауль Р. Транзисторы. Физические основы и свойства.- Пер. с нем., под ред. И.А. Палехова. М.: Советское радио, 1973. - 504 с.

116. Перельман Б.Л., Сидоров В.Г. Методы испытаний и оборудование для контроля качества полупроводниковых приборов. М.: Высшая школа, 1979.-215 с.

117. Петров Б.К., Воробьев В.В., Сыноров В.Ф. О точности определения температуры р-п переходов в кремниевых мощных транзисторах по прямому напряжению на малом токе //Электронная техника. Сер. 8. 1979. - №6. - С. 92-98.

118. Петров Б.К., Кочетков А.И., Сыноров В.Ф. К вопросу об измерении теплового сопротивления кремниевых транзисторов//Сборник научных трудов «Полупроводниковые приборы и их применение» /Под ред. Я.А. Федотова. М.: Сов. радио, 1974.- Вып.28.- С. 247-254.

119. Петров Б.К., Сыноров В.Ф. Влияние распределенного сопротивления базы на плотность эмиттерного тока в дрейфовых триодах с круговым эмиттером. //Известия вузов СССР. Физика. 1969. - №1. - С. 7-11.

120. Петров Б.К., Кочетков А.И., Сыноров В.Ф. Расчет эмиттерных стабилизирующих сопротивлений в мощных транзисторах// Электронная техника. Сер.2. Полупроводниковые приборы. 1972.- Вып. 1. - С. 19-26.

121. Петросянц К.О., Рябов Н.И. Моделирование электрических и тепловых режимов элементов БИС с малыми размерами// Известия вузов MB и ССО СССР. Радиоэлектроника. 1986. - Т.29. - №1 - С. 93-95.

122. Петросянц К.О., Рябов Н.И., Харитонов И.А., Кравченко Л.Н., Сапельников А.Н. Проектирование сверхбыстродействующих цифровых интегральных схем на основе арсенида галлия с учетом тепловых эффек-тов//Известия вузов. Электроника. 2001. - №4. - С. 37-44.

123. Полевые транзисторы на арсениде галлия. Принципы работы и технология изготовления: Пер. с англ. /Под. ред. Д.В. Ди Лоренцо, Д.Д. Канделуола. М.: Радио и связь, 1988. - 496 с.

124. Полупроводниковые приборы: Транзисторы: Справочник/ В.Л. Аронов, А.В. Баюков, А.А. Зайцев и др.//Под общ. ред. Н.Н. Горюнова. -М.: Энергоатомиздат, 1983. 904 с.

125. Питти, Адаме, Каррел, Джорджи, Валек. Слагаемые надежности полупроводниковых приборов //ТИИЭР. 1974. - Т. 62.- №2 - С. 6-37.

126. Проектирование и технология производства мощных СВЧ- транзисторов / В.И. Никишин, Б.К. Петров, В.Ф. Сыноров. и др.— М: Радио и связь, 1989.-272 с.

127. Пряников B.C. Прогнозирование отказов полупроводниковых приборов. М.: Энергия, 1978. - 196 с.

128. Рабодзей А.Н. Метод контроля однородности токораспределения в мощных биполярных транзисторах/ЛГезисы докладов Всесоюзной НТК «Метрология, проблемы микроэлектроники». М, 1991. -С. 79.

129. Рабодзей А.Н. Метод контроля однородности токораспределения в мощных высоковольтных транзисторах//Электронная промышленность. -1981.-Вып. 9(105) -С. 29-31.

130. Рабодзей А.Н., Долгов В.В., Моторин А.Ю., Сычев И.М. Устройство для неразрушающего контроля присоединения полупроводниковго кристалла к корпусу// А.С. СССР №1649473 G 01 R 31/26 Бюллетень изобретений - 1991 - № 18,

131. Радиационные методы в твердотельной электронике/ B.C. Вавилов, Б.М. Горин, Н.С. Данилин и др. М.: Радио и связь, 1990. - 184 с.

132. Разработка аппаратуры и методов прогнозирования отказов переключательных и ограничительных диодов// Отчет о х/д НИР №9-24/91, Гос. per. №01910023457, Ульяновск, УльПИ, 1992. - 33 с.

133. Разработка методов и средств определения безопасной работы мощных транзисторов. Отчет о НИР. Гос. per. №81010993. Ульяновск: УлПИ - 1981.- 119 с.

134. Разработка неразрушающих методов обеспечения надежности РЭА. Отчет о НИР гос. per. №0186.0122220.- Ульяновск: УлПИ -1986.-97 с.

135. Расчет на ЭВМ распределений плотности тока и температуры в транзисторных структурах /Б.С. Кернер, А.Л. Нечаев, Е.А. Рубаха, В.Ф. Синкевич //Микроэлектроника. 1978. -Т.7. - Вып. 2.- С. 147-151 .

136. Расчет силовых полупроводниковых приборов/Дерменжи П.Г., Кузьмин В.А., Крюкова Н.Н. и др. Под ред В.А. Кузьмина М.: Энергия, 1980-184 с.

137. РД 11 1004-2000, «Транзисторы биполярные мощные. Методы контроля области безопасной работы».

138. Рейх Б., Хаким Е. Радиационная стойкость транзисторов и их устойчивость ко второму пробою //Электроника. 1964. - Т.37. - №6. - С. 781.

139. Риккетс Jl.У., Бриджес Дж., Майлетта Дж. Электромагнитный импульс и методы защиты /Пер. с англ. Под ред. Н.А. Ухина. М.: Атом-издат, 1979. - 328 с.

140. РМ 11 0004-84, Контроль неразрушающий. Методы диагностики состояния полупроводниковых приборов по производным вольт-амперным характеристикам/ВНИИ «Электронстандарт» . 1984. - 43 с.

141. Ройзин Н.М., Аврасин Э.Г. Теория токораспределения и тепловых процессов в мощных транзисторах в стационарных и импульсных режимах //Полупроводниковые приборы и их применение /Под ред. Я.А. Федотова. М.: Сов. радио, 1963. Вып.10.- С. 56-130.

142. Ройзин Н.М., Мостовлянский Н.С. Исследование физических процессов в мощных транзисторах, определяющих их надежность в импульсных режимах/ЯТолупроводниковые приборы и их применение /Под ред. Я.А. Федотова. М.: Сов. радио, 1963. Вып. 10. - С. 131-166.

143. Ройзин Н.М. Неустойчивость распределения тока и проблема надежности в транзисторной электронике//Известия вузов. Радиотехника. -1965. Т.VIII. - №2. - С. 131.

144. Роткоп Л.Л., Спокойный Ю.Е. Обеспечение тепловых режимов при конструировании РЭА. М.: Сов. радио, 1976. - 232 с.

145. Ржевкин К.С. Физические принципы действия полупроводниковых приборов. М.: Изд-во МГУ, 1986. - 256 с.

146. Рыскин Е.З. Устройство для отбраковки полупроводниковых приборов / А.с. СССР №667918. Бюллетень изобретений - 1979 - №22.

147. Савина А.С., Власов В.А. Надежность полупроводниковых приборов. М.: Знание, 1972. - 72 с.

148. Сергеев В.А. Контроль качества мощных транзисторов по тепло-физическим параметрам Ульяновск: УлГТУ, 2000 - 253 с.

149. Сергеев В.А., Мулев В.М. Распределение тока в гребенчатых структурах мощных транзисторов в режиме больших токов//Электронная техника. Сер.З. Полупроводниковые приборы. 1981. - Вып. 1. - С. 6-9.

150. Сергеев В.А. Сравнительный анализ двух методов измерения теплофизических параметров полупроводниковых приборов//Сборник научных трудов Московского технологического института — М.: МТИ—1981 — Вып.45.-С. 47-50.

151. Сергеев В.А., Горюнов Н.Н., Широков А.А. Измерение параметров теплоэлектрической модели мощных полупроводниковых прибо-ров//Электронная техника. Сер.8. Управление качеством, стандартизация, метрология, испытания. 1982. - Вып.6. — С. 40-41.

152. Сергеев В.А. Изотермическое токораспределение в гребенчатых структурах мощных транзисторов//Депонированная статья. — М.: ЦОСИФ ЦНИИ "Электроника". 1982. - Деп. № РА-3536. - 7 с.

153. Сергеев В.А. Изотермическое распределение тока в биполярных транзисторных структурах// Депонированная статья. — М.:ЦОСИФ ЦНИИ "Электроника". 1982. - Деп. № РА-3535. - 9 с.

154. Сергеев В.А., Широков А.А., Дулов О.А. Установка для отбраковки потенциально ненадежных мощных транзисторов//Электронная техника. Сер.8. Управление качеством, стандартизация, метрология, испытания. 1982. - Вып.5. - С. 46-47.

155. Сергеев В.А., Дулов О.А., Широков А.А., Романов Б.Н. Установка для измерения теплофизических параметров мощных транзисторов// Информационный листок о научно-техническом достижении. Ульяновск: ЦНТИ. - 1983. - № 83-8. -4 с.

156. Сергеев В.А., Дулов О.А., Широков А.А., Романов Б.Н. Установка для измерения теплофизических параметров мощных транзисторов// Электронная техника. Сер.8. Управление качеством, стандартизация, метрология, испытания. 1983. — Вып.4. - С. 51-52.

157. Сергеев В.А., Юдин В.В., Афанасьев Г.Ф., Романов Б.Н. Установка для измерения теплоэлектрических параметров логических интегральных схем// Информационный листок о научно-техническом достижении. Ульяновск: ЦНТИ. - 1985. - № 85-27. - 4 с.

158. Сергеев В.А. Оценка качества и надежности мощных транзисторов по теплоэлектрическим параметрам// Методы и средства неразрушающего контроля качества компонентов РЭА: Тематический сборник научных трудов. Ульяновск: УлПИ. - 1987. - С. 22-26.

159. Сергеев В.А., Юдин В.В. Исследование стойкости к повреждению логических интегральных микросхем при действии импульсов напряже-ния//Депонированная статья. М.: ЦОСИФ ЦНИИ "Электроника"-1989-№ Р-5034-6 с.

160. Сергеев В.А., Юдин В.В., Тамаров П.Г. Измерение теплового сопротивления КМОП ИМС//Автоматизация испытаний и измерений: Межвузовский сборник научных трудов. — Рязань: РРТИ. 1990. - С. 66-69.

161. Сергеев В.А. "Горячие пятна" в мощных биполярных транзисто-рах//Петербургский журнал электроники-1997. -Вып.2.~С. 40-42.

162. Сергеев В.А. Влияние сопротивления металлизации на токораспределение в полевых транзисторах//Проблемы и решения современной технологии: Сборник научных трудов Тольятти: ПТИС- 1999- С. 45-53.

163. Сергеев В.А. Преобразование теплового импеданса двухполюсников в электрический сигнал//Методы и средства преобразования и обработки аналоговой информации: Труды международной НТК. Ульяновск: УлГТУ. - 1999. -Том 3. - С. 111-114.

164. Сергеев В.А. Распределение эмиттерного тока в гребенчатых структурах мощных транзисторов//Радиоэлектронная техника: Сборник научных трудов Ульяновск: УлГТУ. - 1999. - С. 3-10.

165. Сергеев В.А. Механические колебания и термодеформации в мощных транзисторах//Петербургский журнал электроники.-1999.-№2.-С. 37-39.

166. Сергеев В.А., Дулов О.А., Широков А.А. Установка для контроля качества аналоговых интегральных схем//Научно-технический калейдоскоп. Сер. Приборостроение, радиотехника и информационная техника. -Ульяновск: СНИО. 2000. - № 1 - С. 27-31

167. Сергеев В.А. Контроль качества и отбраковка мощных транзисторов по теплофизическим параметрам//Научно-технический калейдоскоп. Сер. Приборостроение, радиотехника и информационная техника. — Ульяновск: СНИО. 2000. - № 1. - С. 37-43.

168. Сергеев В.А. Тепловые переходные процессы в ключевых транзисторных схемах// Проблемы и решения современной технологии: Сборник научных трудов- Тольятти: ПТИС 2000 - Вып.6. Часть II.- С. 53-58.

169. Сергеев В.А. Отбраковочные испытания в современной системе обеспечения качества изделий электронной техники//Научно-технический калейдоскоп. Сер. Метрология, сертификация и управление качеством. -Ульяновск: СНИО. 2000. - № 2. - С. 49-54.

170. Сергеев В.А. Устройство для измерения теплового сопротивления МОП и КМОП цифровых интегральных микросхем//Радиоэлектронная техника: Сборник научных трудов Ульяновск: УлГТУ. - 2000. - С. 3-7.

171. Сергеев В.А., Васильев А.Н. Умножители частоты на двухполюсниках с температурозависимой вольтамперной характеристикой// Радиоэлектронная техника: Сборник научных трудов Ульяновск: УлГТУ. - 2000. - С. 8-13.

172. Сергеев В.А. Автоматизированные средства измерения теплового сопротивления цифровых интегральных микросхем/ЛЗестник УлГТУ. Сер. Информационные технологии- Ульяновск: УлГТУ-2000.- № 3- С. 69-72.

173. Сергеев В.А. Эффект оттеснения эмиттерного тока при лавинном умножении в коллекторном р-п переходе//Микроэлектроника.- 2001 № 4. - С. 298-301.

174. Сергеев В.А. Измерение тепловых параметров изделий электронной техники методом сравнения//Измерение, контроль, информатизация: Материалы 2-ой Международной НТК/Под ред. А .Я. Якунина Барнаул: АлГТУ. — 2001. — С. 86-89.

175. Сергеев В.А. Оценка погрешности замещения при измерении мощности с помощью терморезисторных датчиков/ЯТроблемы и решения современной технологии: Сборник научных трудов ПТИС. Тольятти: ПТИС. - 2001.- Вып. 9. - С. 25-28.

176. Сергеев В.А. Измерение теплового импеданса стабилитронов// Научно-технический калейдоскоп- Ульяновск: СНИО.-2001, №2 -С. 98-101.

177. Сергеев В.А. Метод и устройство автоматизированного контроля теплового сопротивления полупроводниковых диодов//Электронная техника: Сборник научных трудов. Ульяновск: УлГТУ. - 2001. - С. 3-9.

178. Сергеев В.А. Измерение тепловых параметров изделий микроэлектроники методом сравнения// Электронная техника: Сборник научных трудов. Ульяновск: УлГТУ. - 2001. - С. 10-13.

179. Сергеев В.А. Приборы и методы измерения тепловых параметров полупроводниковых приборов и интегральных схем//Приборы и приборные системы: Материалы Всероссийской НТК. Тула: ТулГУ. - 2001.- С. 122-125.

180. Сергеев В.А. Косвенные методы оценки параметров "горячих пятен" в мощных биполярных транзисторах//Современные проблемы создания и эксплуатации радиотехнических систем: Материалы 3-ей Всероссийской НТК. Ульяновск: УлГТУ. - 2001. - С. 244-246.

181. Сергеев В.А. Влияние проникающих излучений на устойчивость токораспределения в мощных ВЧ и СВЧ транзисторах//Известия вузов. Радиоэлектроника. 2002. - № 3 - С. 55-59.

182. Сергеев В.А. Измерение теплового сопротивления полевых и биполярных транзисторов с изолированным затвором// Проблемы и решения современной технологии: Сборник научных трудов ПТИС. М.: МГУС. -2001.-Вып. 10.-С. 19-23.

183. Сергеев В.А. Влияние разброса теплофизических параметров транзисторов на характеристики симметричных транзисторных схем// Управление, радиоэлектроника, информатика Запорожье- Вып. 1 —2001.- С. 18-22.

184. Сергеев В.А., Дулов О.А. Автоматизированный контроль области безопасной работы мощных биполярных транзисторов// Актуальные проблемы электронного приборостроения: Тезисы докладов Международной НТК. Саратов: СГТУ. - 1996. - С. 81-82.

185. Сергеев В.А., Дулов О.А. Контроль качества биполярных транзисторов по коэффициенту обратной связи //Наука производству. Конверсия сегодня: Тезисы докладов научно-практической конференции. Ульяновск: УлГТУ. - 1997. - Часть 1. - С. 55-56.

186. Сергеев В.А. Портативный измеритель теплового сопротивления транзисторов//Там же. Часть 2. - С. 58-59.

187. Сергеев В.А. Методы оценки и контроля температурных запасов СВЧ полупроводниковых диодов//Современные проблемы проектирования и эксплуатации радиотехнических систем: Тезисы докладов НТК Ульяновск: УлГТУ. - 1998. - С. 74-75.

188. Сергеев В.А. Измерение параметров сигналов, компонентов цепей и полупроводниковых приборов: Методические указания к лабораторным работам/Сост. В.А. Сергеев. Ульяновск: УлГТУ, 1998. - 44 с.

189. Сергеев В.А., Васильев А.Н. Умножитель частоты инфранизкоча-стотных сигналов на терморезисторе//Актуальные проблемы физической и функциональной электроники: Тезисы докладов 2-ой школы семинара — Ульяновск: УлГТУ. - 1999. - С. 37-38.

190. Сергеев В.А., Васильев А.Н. Измерение тепловых параметров двухполюсников методом сравнения//Там же. С. 79-81.

191. Сергеев В.А. Диагностика качества СБИС методом температурных волн//Методы и средства измерений физических величин:Тезисы докладов 5-ой Всероссийской НТК Нижний Новгород: ННГТУ.- 2000-Часть 2. - С. 22-23.

192. Сергеев В.А. Неизотермическое токораспределение в терморезисторах структурах//Актуальные проблемы физической и функциональной электроники: Тезисы докладов 4-ой школы-семинара. Ульяновск: УлГТУ. - 2001. - С. 32-33.

193. Сергеев В.А., Васильев А.Н. Расчет температурных полей в твердотельных приборных структурах с применением программного пакета ANSYS// Там же. С. 32-33.

194. Сергеев В.А. Погрешности тепловой природы измерительных преобразователей с дифференциальным включением датчиков// Датчики и системы 2003. - №2 - С. 11-14.

195. Сергеев В.А. Токораспределение в терморезисторных структурах// Известия вузов. Электроника 2002. - №4 - С. 39-44.

196. Сергеев В.А. Широков А.А., Дулов О.А. Установка для измерения теплоэлектрических параметров мощных транзисторов// Петербургский журнал электроники. 2002. - №1. - С. 6-9.

197. Сергеев В.А. Методы и средства измерения тепловых параметров полупроводниковых приборов и интегральных схем//Электронная промышленность 2004.-№1.- С. 45-48.

198. Сергеев В.А., Ходаков A.M. Электротепловая модель для расчета температурных полей в структурах полупроводниковых приборов с дефек-тами//Там же. С. 97-101.

199. Сергеев В.А. Переходные тепловые процессы в полупроводниковых приборах при воздействии переменной мощности// Там же. -Часть 1. -С. 179-182.

200. Сергеев В.А. Косвенные методы измерения теплофизических характеристик полупроводниковых приборов и интегральных схем с применением комбинированных видов модуляции мощности//Там же. Часть 2. -С. 222-225.

201. Сергеев В.А. Оценка погрешности термисторных датчиков при измерении СВЧ мощности методом замещения//Датчики и системы. 2004. -№12. -С. 9-12.

202. Сергеев В.А. Характеристики и особенности выборочных распределений мощных биполярных транзисторов по теплофизическим парамет-рам//Известия Самарского научного центра РАН.-2004.- Вып.1.- С. 154-160.

203. Сергеев В.А. Аналитическая модель неизотермического распределения плотности мощности в структурах мощных биполярных транзи-сторов//Известия вузов. Электроника. 2005. - Вып.З. - С. 22-28.

204. Сергеев В.А., Горюнов Н.Н., Широков А.А. Способ измерения тепловой постоянной времени переход-корпус полупроводниковых прибо-ров/А.с. СССР №808831, G 01В 5/18- Бюллетень изобретений 1981 - № 8.

205. Сергеев В.А., Горюнов Н.Н., Широков А.А., Дулов О.А. Способ измерения тепловой постоянной времени переход-корпус полупроводниковых приборов/ А.с. СССР №845563 МКИ G 01 J 5/26 (разрешение на опубликование -Бюллетень изобретений 1999. -№14).

206. Сергеев В.А., Горюнов Н.Н., Мулев В.М. и др. Мощный транзистор с гребенчатой структурой / А.с. СССР № 978235 МКИ Н 01 L 23/02 -Бюллетень изобретений 1982. - № 44.

207. Сергеев В.А., Широков А.А., Дулов О.А. Устройство для отбраковки мощных транзисторов/ А.с. СССР №983596 МКИ G 01 R 31/26 -Бюллетень изобретений 1982. - № 47.

208. Сергеев В.А. Устройство для измерения теплового сопротивления транзисторов/ А.с. СССР №1020789 МКИ G01 R 31/26 -Бюллетень изобретений 1983. - № 20.

209. Сергеев В.А., Широков А.А., Горюнов Н.Н. Устройство для отбраковки мощных транзисторов/ А.с. СССР №1245094 МКИ G01 R 31/26 (разрешение на опубликование -Бюллетень изобретений 1999. -№14).

210. Сергеев В.А., Голенкин П.А. Устройство для отбраковки мощных транзисторов/ А.с. СССР 1247796 МКИ G01 R 31/26 Бюллетень изобретений - 1986.-№ 28

211. Сергеев В.А., Афанасьев Г.Ф., Романов Б.Н., Юдин В.В. Способ измерения теплового сопротивления переход-корпус цифровых интегральных микросхем/ А.с. СССР №1310754 МКИ G01 R 31/28 Бюллетень изо-бретений-1987.- №18.

212. Сергеев В.А., Юдин В.В., Горюнов Н.Н. Способ измерения теплового сопротивления цифровых интегральных микросхем и устройство для его осуществления// А.с. СССР №1613978 МКИ G01 R 31/28 Бюллетень изобретений - 1990. - № 40.

213. Сергеев В.А. Устройство для отбраковки транзисторов/А.с. СССР №172 9210 МКИ G01 R 31/26 (разрешение на опубликование -Бюллетень изобретений 1999. -№15).

214. Сергеев В.А., Юдин В.В. Способ измерения теплового сопротивления переход-корпус полупроводниковых диодов/ Патент РФ 2003128 МКИ G01 R 31/26 -Бюллетень изобретений -1993.- № 41-42.

215. Сергеев В.А., Юдин В.В. Устройство для измерения теплового сопротивления переход-корпус полупроводниковых диодов/ Патент РФ №2087919 МКИ G01 R 31/26 Бюллетень изобретений -1993.- № 23.

216. Сергеев В.А. Способ измерения теплового сопротивления двухполюсников с известным положительным температурным коэффициентом тока/ Патент РФ №2166764 МКИ G01 R 31/26 Бюллетень изобретений-2001.- № 13.

217. Сергеев В.А., Васильев А.Н. Способ измерения теплового сопротивления двухполюсников с известным температурным коэффициентом сопротивления/ Патент РФ №2167429 МКИ G01 R 31/26 -Бюллетень изобретений 2001. - № 14.

218. Сергеев В.А. Способ измерения теплового сопротивления переход-корпус цифровых интегральных микросхем/ Патент РФ №2172493 МКИ G01 R 31/28 Бюллетень изобретений-2001.- № 23.

219. Сергеев В.А. Устройство для измерения теплового сопротивления переход-корпус цифровых интегральных микросхем/ Патент РФ №2174692 МКИ G01 R 31/28 Бюллетень изобретений-2001.- № 28.

220. Сергеев В.А. Способ определения теплового сопротивления переход-корпус полупроводниковых диодов/ Патент РФ №2178893 МКИ G01 R 31/26 Бюллетень изобретений -2002.- № 3.

221. Сергеев В.А. Устройство для измерения теплового сопротивления транзисторов / Патент РФ №2185634 МКИ G 01 R 31/26 Бюллетень изобретений - 2002. - № 20.

222. Сергеев В.А. Устройство для отбраковки цифровых интегральных микросхем/ Патент РФ №2187126 МКИ G 01 R 31/28 Бюллетень изобретений - 2002.- №22.

223. Сергеев В.А. Способ измерения теплового сопротивления двухполюсников/ Патент РФ №2206900 МКИ G 01 R 31/26 Бюллетень изобретений - 2003. - №17.

224. Сергеев В.А. Устройство для измерения тепловых параметров двухполюсников методом сравнения/ Патент РФ №2227922 МКИ G 01 R 31/26 Бюллетень изобретений - 2004. - № 12.

225. Сердюк Г.Б., Усатенко В.Г. Электрофизические методы диагностирования в задачах управления качеством и надежностью. Киев: Знание, 1989. - С. 24.

226. Сердюк Г.Б. Интегральная диагностика электрорадиоизделий по эффектам нелинейности (обзор)//Автоматика и телемеханика. 1980. -№12.-С. 132-156.

227. Синкевич В.Ф. Физические основы обеспечения надежности мощных биполярных и полевых транзисторов// Электронная промышленность. 2003. - №2. - С. 232-244.

228. Синкевич В.Ф., Соловьев В.Н. Физические механизмы деградации полупроводниковых приборов//Зарубежная электронная техника. -1984. Вып.2. -С. 3-44.

229. В.Ф. Синкевич, Е.А. Рубаха, A.M. Нечаев и др. Способ измерения максимальной температуры в структуре мощных транзисторов/ А.с. СССР №746346. МКИ G 01 R 31/26 Бюллетень изобретений.-1980. - №12.

230. Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы. М.: Мир. -1988. - 583 с.

231. Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. Изд. 4-е, перераб. и доп. М.: Энергия, 1977 - 672 с.

232. Столярский Э. Измерение параметров транзисторов /Пер. с польского под ред. Ю.А. Каменецкого. М.: Сов. радио, 1976. - 288 с.

233. Стопроцентный входной контроль полупроводниковых прибо-ров//Радиоэлектроника за рубежом. 1984. - Вып. 16. -С. 10-12

234. Тренировка радиоэлектронной аппаратуры в форсированном режиме/Радиоэлектроника за рубежом. 1985. -Вып 1/2. - С. 11-14.

235. Устюжанинов В.Н., Чепыженко А.З. Радиационные эффекты в биполярных интегральных микросхемах. М.: Радио и связь, 1989. - 144 с.

236. Установка для измерения теплоэлектрических параметров мощных транзисторов УИТЭП-1 /Дулов О.А., Афанасьев Г.Ф., Широков А.А., Сергеев В.А., Черторийский А.А. Информационный листок о НТД №85-26: Ульяновский ЦНТИ. 1985. - 5 с.

237. Усыченко В.Г., Якимов А.В., Сорокин JI.H. Выгорание сверхвысокочастотных диодов и транзисторов под воздействием видеомпульсов разной полярности и длительности//Радиотехника и электроника. 2002. Т.47. - №9. - С. 1138-1144.

238. Федотов Я.А., Мишин В.А. О косвенном измерении температуры "горячих пятен" в транзисторных структурах. Радиотехника и электроника. - 1979. - Т. ХХ1У, №7. - С. 1473-1474.

239. Филиппов Л.П. Методы периодического нагрева в теплофизиче-ском эксперименте//Измерительная техника. 1980.- №5. - С. 45-47

240. Физические основы надежности интегральных схем //Под ред. Ю.Г. Миллера. М.: Сов. радио, 1976. - 319 с.

241. Хаким Е., Рейх Б. Влияние нейтронного излучения на второй пробой //ТИИЭР, 1964. Т. 52. №6. С. 668-675.

242. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 3-х томах:Т.1. Пер. с англ. 4-е изд. перераб. и доп. - М.: Мир, 1993. - 413 с.

243. Цыпкин Я.З. Теория линейных импульсных систем М.: Физмат-гиз. - 1963. - 354 с.

244. Чернышев А.А. Основы надежности полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. М.: Радио и связь, 1988. - 256 с.

245. Чернышев А.А., Тюхин А.А. Контроль тепловых характеристик интегральных схем. //Зарубежная радиоэлектроника. 1983.- №5. - С. 90-95.

246. Черторийский А.А. Разработка и исследование дтлатометриче-ского метода и средств контроля теплофизических параметров полупроводниковых активных элементов Канд. диссертация. - Ульяновск.: УО ИРЭ РАН. - 1997.- 128 с.

247. Широков А.А. Отбраковка потенциально ненадежных мощных транзисторов по собственным шумам //Электронная техника. Сер. 8.- 1981. -Вып. 7.-С. 21-25.

248. Шлыков В.М. Контактное термическое сопротивление. М.: Наука.-1966. - 348 с.

249. Юдин В.В. Измерение параметров теплоэлектрической модели логических интегральных микросхем// Методы и средства неразру-шающего контроля качества компонентов РЭА: Тематический сборник научных трудов. — Ульяновск: УлПИ. 1987. - С. 14-17.

250. Alwin V.C., Navon H.D. Emitter-Junction Temperature Under Nonuniform Current and Temperature Distribution// IEEE Transactions on Electron Devices. 1976. - V. ED-23. - №1. - P. 64-66.

251. Aharoni H., Bar-Lew A. The role of crystal defects in transistor operation at high power levels //Microelectronics. 1975.- V.6. - №3. - P. 11-15.

252. Black J.R. RF Power Transistor Metallisation Failure // IEEE Transactions on Electron Devices. 1970. - V. RD-17. №9. - P. 800-804.

253. Blackburn D.L., Oettinger F.F. Transient termal response measurements of power transistors //IEEE Trans, on Industrial Electronics and Control Instrumentation. 1975. - V.22. - №2. - P. 134-141.

254. Bosch G. Anomalous current distributions in power transistors /Solid State Electronics. 1977. - V. 20. - №7. - P. 635-640.

255. Caves K.J.S., Barnes J.A. Optimum length of emitter sfripes in "comb" structure transistors// IEEE Transactions on Electron Devices.- 1965. V. ED-12. №2.-P. 84-85.

256. Cheng M.C., Yu F., Habitz P., Ahmadi G. Analytical heat flow modeling of silicon-on- insulator devices// Solid State Electronics. 2004. - Vol. 48 -№3.-P. 415-426.

257. Fletcher N.H. Some aspects of the design of power transistors. //Proc. IRE. 1955. - V. 43. - № 5. - P. 551-559.

258. Gaur S.P., Navon D.H. Two-dimensional carrier flow in a transistor structure under nonisothermal conditions// IEEE Transactions on Electron Devices. 1976.- V. ED-23. - №1. - P. 50-57.

259. Gaur S.P., Navon D.H., Teerlinck I. Transistor Design and Thermal Stability // IEEE Transactions on Electron Devices. 1973. - V. ED-20.- №6. - P. 527-534.

260. Hauser J.R. The effects of distributed base potential on emitter current injection density and effective base resistance for stripe transistor geometries. // IEEE Transactions on Electron Devices. 1964. - V. ED-11. - №5. - P. 237-242.

261. Hillkirk L.M. Dinamic surface temperature measurement in SiC epitaxial power diodes perfomed under single-pulse self-heating conditions// Solid State Electronics. 2004. - V. 48. - №12. - P. 2181-2189.

262. Joy C., Schlig E.S. Thermal properties of very fast transistors // IEEE Transactions on Electron Devices. 1970. - V.17. -№8. - P. 586-594.

263. Jowett Charles E. Failure mechanisms and analysis procedure for semiconductor devices //Microelectronics Journal. 1979. - V.9., №3. - P. 5-18.

264. Klein N. Thermal stresses and fatigue in silicon power rectifiers //IEEE Transaction Communications and Electronics 1964. - №75. - P. 208-217.

265. Liu W., Bayraktaroglu В Theoretical calculationsof temperature and current profiles in multi-finger heterojunction bipolar transistors// Solid State Electronics. 1993. - Vol. 36, № 1. - P. 125-134.

266. Marmann A. Reliability of Silicon Power Transistors//Microeltctronics and Reliabilities. 1976. - № 3 - P.69-74.

267. McAlister S.P., McKinnon, Kovacic S.J., Lafonteine H. Self-heating in multi-emitter SiGe HBTs// Solid State Electronics. 2004. -Vol. 48, № 10-11.- P. 2001-2006.

268. Melia A.I. Current gain degradation unduced by Emitter-Base avalanche breakdown in silicon planar transistors //Microeltctronics and Reliabilities. 1976. - V. 15. - P. 619-623.

269. Mueller O., Jurgen Pest. Thermal Feedback in Power Semiconductor Devices // IEEE Transactions on Electron Devices.- 1970. V. ED-17. №9. - P. 770-782.

270. Navon D.H., Lee R.E. Effect of non-uniform emitter current distributions on power transistor stability//Solid State Electronics. -1970.- V.13.-P. 981-987.

271. Oettinger F.F., Blackburn D.I., Rubin S. Thermal characterisation of power transistors // IEEE Transactions on Electron Devices.- 1976. V. ED-23, №8. -P. 831-838.

272. Peters W.G., Kermez G.L. Production testing of thermal resistance in power transistors //Quality Assurance. 1975. V.l, №3. - P. 91-93.

273. Shafft H.A., French J.G. Second breakdown in transistors.//IRE Trans.- 1969.-V.ED-9.- №2.-P. 129-141.

274. Tornton C.G., Simmons C.D. A new high current mode of transistor's operation //IRE Trans. 1958. - V. ED-5. - №1. - P. 6-10.

275. Walshak Lowis G., Pool Walter E. Thermal resistance measurement by IR scanning //Microwave Journal. 1977. - Vol. 20. - №2. - P. 62-65.

276. Wunch D., Bell R. Determination of threshold failure levels semiconductor diods and transistors due to pulse voltage// IEEE Trans, on Nuclear Sciensic 1968.- NS-15. - №6. - P. 244-259.

277. Zommer N.D., Feucht D.L., Heckel R.W. Reliability and thermal im-pedanse studies in soft soldered power transistors III IEEE Transactions on Electron Devices.- 1976. Vol. ED-23, № 8. - P. 843-850.

278. Zhu L., Vafai K., Xu L. Modeling of non uniform heat dissipation and prediction of hot spot in power transistors// Int. J. Heat Mass Transfer 1998. -Vol. 41. - № 15. - P. 2399-2407.

279. Zhou W., Sheu.S., Lious J.J., Huang C. Analysis of non-uniform current and temperature distributions in the emitter finger of AlGaAs/GaAs hetero-junction bipolar transistors// Solid State Electronics 1996. - V. 39. - № 12. - P. 1709-1721.

280. ТОПОЛОГИЯ, ГЕОМЕТРИЯ И ПАРАМЕТРЫ СТРУКТУРЫ ТРАНЗИСТОРОВ ТИПА КТ803А1. Разрез структуры

281. Параметры областей структуры

282. Области структуры Тип проводимости Легирующий элемент Обозначение размера Толщина слоя, мкм Обозначение поверхности Поверхностная концентрация,см"3

283. Коллектор + п Р н, 120±30 • к, 10- -10л

284. Коллектор п Р н2 35±7 к2 6-1014- -9-Ю14

285. База р В Н3 3±1 Б 2-10'8- -101У

286. Эмиттер + п Р Н4 4±0,3 Э 5-Ю20- -10213. Параметры покрытий

287. Обознач. Толщина в мкм Материал ГОСТ, ТУн5 2±0,5 Аи ГОСТ 6855-56н6 4±0,5 Ni МН 2165-БЗ4. Геометрия структуры

288. Геометрические параметры эмиттерного перехода

289. Площадь эмиттерного р-п перехода 8э= 8,03мм Площадь боковой поверхности S60K = 0,23 Sa Периметр эмитерного р-п перехода П = 45 мм Отношение площади эмиттера к периметру 8э/П= 0,2

290. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛОВОЙ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ СХЕМЫ1. ТРАНЗИСТОРА ТИПА 2Т803А

291. Рис. П.2.1. Эквивалентная теплоэлектрическая схема транзистора КТ803А.