Апаратура для діагностики надійності напівпровідникових надпотужних імпульсних лавинопрольотних діодів (лпд)

Апарат для діагностики надійності напівпровідникових надпотужних імпульсних лавинопрольотних діодів (ЛПД), що містить зчитуючий пристрій, 3 тить додатковий вихід, причому інвертор включено між додатковим виходом генератора наносекундних імпульсів та входом другої коаксіальної вимірювальної лінії, вихід якої з'єднано з першою шиною для підключення еталонного зразка, другий резистивний зонд приєднано входом до другої коаксіальної вимірювальної лінії а виходом - до входу стробоскопічного осцилографа, джерела постійної напруги з'єднані з відповідними другими шинами для підключення досліджуваного пристрою та еталонного зразка. За допомогою даного пристрою, обраного прототипом, можливо порівнювати ділянку негативного опору з еталонним зразком, реєструючи різницю струму в ділянках з високою точністю, і по цій різниці між еталонним та тестованим діодами оцінювати надійність останнього. Цей пристрій більш простий і дешевший ніж той, що наведено в аналозі, оскільки існує ряд промислових генераторів наносекундних імпульсів, що цілком задовольняють потреби пристрою, в той час як генератори пар наносекундних імпульсів (які необхідні для функціонування аналогу) з керуванням всіх параметрів серійно не випускаються. Серед недоліків прототипу є те, що для діагностики він потребує високоточного еталонного пристрою, контроль характеристик якого є проблемним, крім того прототипом неможливо безпосередньо зняти ΒΑΧ пристрою, чи дослідити характеристики ЛПД діоду в робочих режимах, що впливає на інформативність діагностики. Задачею корисної моделі, що заявляється є забезпечення можливості діагностики ЛПД діодів без використання еталону шляхом можливості зняття ΒΑΧ кожного діоду в більш широкому діапазоні навантажень і прикладених напруг, що в цілому дає змогу підвищити точність оцінки надійності ЛПД діодів. Для вирішення поставленої задачі нами було створено апаратуру для діагностики надійності напівпровідникових надпотужних імпульсних лавино прольотних діодів (ЛПД), що містить зчитуючий пристрій, другу коаксіальну лінію затримки, формувач наносекундних імпульсів, до якого приєднано першу коаксіальну лінію затримки, і відрізняється тим, що до першої коаксіальної лінії затримки під'єднано трійник, до якого підключені через узгоджувальні навантаження входи другої та третьої коаксіальних вимірювальних ліній затримки, до виходів яких також приєднано узгоджувальні навантаження, а зчитуючий пристрій приєднано паралельно з ними до входів другої та третьої коаксіальних ліній, також до трійника під’єднано четверту коаксіальну лінію з комутаційним пристроєм, що містить досліджувану структуру. За допомогою даного пристрою можливо отримати одразу вигляд імпульсної s-подібної ΒΑΧ при різних робочих режимах, з чого можна зробити висновок про надійність тестованого діоду без застосування еталону. Блок-схему апаратури для діагностики надійності напівпровідникових надпотужних імпульсних лавино прольотних діодів (ЛПД) наведено на Фіг.1. Формувач наносекундних імпульсів (1) формує тестовий імпульс, та подає його на блок ліній за 47386 4 тримки (2), що складається з чотирьох коаксіальних ліній затримки (3-6), трійника (7) та узгоджувальних навантажень (8-9). Перша лінія затримки (3) розділяє в часі корисний сигнал та відбитий від формувача. На другій (5) та третій (6) лініях затримки виділяються лінійні комбінації падаючого на зразок і відбитого імпульсів, які, завдяки підбору навантажень (8-11), пропорційні імпульсам напруги Vx та струму Jx на досліджуваній структурі (12). Четверта лінія затримки (4) розділяє в часі падаючий та відбитий сигнал від досліджуваної структури (12). Сигнал безпосередньо після узгоджувальних навантажень (8-9) другої (5) та третьої (6) ліній знімається зчитувачем (13) (в виготовленому пристрої в ролі зчитувача (13) ми використовували стробоскопічний осцилограф), під'єднавши входи ліній (5) та (6) безпосередньо до каналів вертикальної та горизонтальної розгортки. Таким чином, сформувавши необхідний сигнал на зчитувачі отримуємо імпульсну ΒΑΧ досліджуваної структури. Змінюючи параметри сформованого сигналу за допомогою формувача наносекундних імпульсів (1), а саме - скважність та амплітуду імпульсу апаратура дозволяє знімати вольтамперні характеристики в умовах, близьких до реальних, наближаючи температуру переходу ЛПД діоду до робочої. Оцінка діодів здійснюється шляхом аналізу знятої s-подібної ΒΑΧ: при меншій зміні кривої ΒΑΧ зі зменшенням скважності сформованих імпульсів (більшому навантаженні на діоді) виділяються більш стабільні по температурі діоди. На Фіг.2 наведено ΒΑΧ двох діодів з однієї партії. Видно, що напруга лавинного пробою UB (напруга, при якій спостерігається різкий ріст струму) співпадає для обох діодів. Хоча у більш складних випадках може бути кілька додаткових напруг пробою, пов'язаних із мікроплазмами, що вимірюються за допомогою диференціювання ΒΑΧ в передпробійній області і на ділянці пробою. В цих, більш складних випадках, імпульсна ΒΑΧ на ділянці пробою не співпадає зі статичною. Для однорідного лавинного пробою напруга UB, виміряна імпульсним методом співпадає з UB, виміряною по похідним ΒΑΧ і відповідає розрахунковій величині -0,75 15 , æ Eg ö æ NB ö ç ÷ ç ÷ UB = 60 ç 11 ÷ ç 16 ÷ è , ø è 10 ø для різкого p-n-переходу та бар'єру Шотткі, де Eg - ширина забороненої зони напівпровідника, NB - концентрація донорної домішки в базі. З лінійної ділянки ВАХ можна визначити імпульсний диференційний опір, після ділянки з малим диференційним опором (Фіг.2, Rдиф). З вимірювань низькочастотного та імпульсного диференційного опору можна визначити температуру перегріву ділянки «р-n перехід - корпус» у низькочастотному режимі: Тp-n = Рвх RT + Ткорп де Рвх - вхідна потужність, Ткорп - температура корпусу. 5 R ДН - R диф - тепловий опір ділянки «рb U2 В n перехід - корпус» b - температурний коефіцієнт пробою, RДН - низькочастотна диференційна провідність, Rдиф - імпульсна диференційна провідність. Важливим параметром S-подібних ВАХ є густина критичного струму Jкр, яке визначається як відношення критичного струму до активної площі. Критичний струм Ікр визначається як струм в точці переходу ВАХ на ділянку НДО (Фіг.2, ВАХ 1). У більш складних випадках, в залежності від технології виготовлення ЛПД, може бути кілька критичних струмів Jкр (Фіг.2, ВАХ 2). При апробації методики було випробувано партії діодів (по 50 шт. в партії) з однаковою товщиною n-шару, але різними концентраціями в nшарі, що приводило до різних значень Jкр. Крім того були досліджені партії діодів з однаковими Jкр, але різними DU. Статистична обробка результатів надійнісних випробувань виявила кореляцію між кількістю діодів, що вийшли з ладу та значеннями DU. Отримані результати по відмовам можна пояснити тим, що у досліджених діодів значення Jкр порівняно малі, і практично будь-який імпульс напруги, що перевищує напругу пробою (UВ), приводить до утворення струмового шнура. В реальних умовах енергія, що виділяється на діоді, буде рівна: 1 DEc = Ec (UB ) - Ec (UB - DU) = Cn é2UB DU - ( DU)2 ù ê ú ë û 2 де Сn - паразитна паралельна ємність, UB - напруга пробою, DU - стрибок напруги на ділянці НДО ВАХ. При умові DU