1305
ResearchBib IF-2023: 11.01, ISSN: 3030-3753, Valume 1 Issue 10
ИССЛЕДОВАНИИ ТЕМПЕРАТУРНОГО КОЭФФИЦИЕНТА НАПРЯЖЕНИЯ
ПРОБОЯ КРЕМНИЕВЫХ P-N ПЕРЕХОЛОВ
Али Абдреймов
Хожамуротова Жасмина
1
Каракалпакский государственный университет имени Бердаха.
https://doi.org/10.5281/zenodo.14571160
Аннотация.
Надежность полупроводниковых приборов прежде всего существенно
определяется степенью совершенства исходного материала в тоже время, и очень сильно
зависит от используемых методов технологической обработки. Нередка наблюдается,
что большие по амплитуде скачка тока соответствующие двум или более одно временно
включающимся микроплазм при изменении температуры p-n перехода раздельяются на два
маленких скачка и, наборот, - два маленких скачка сливаются в одни большой скачок.
Это указывает на то, что две микроплазм в олном и томже p-n переходе,
появляющихся при одном и том же напряжении, имеют температурные коэффициенты
напряжения пробоя.
Ключевые слова
: микроплазмам, электрический пробой, температурным
коэффицентом, нагрев прибора.
STUDY OF THE TEMPERATURE COEFFICIENT OF BREAKDOWN VOLTAGE OF
SILICON P-N JUNCTIONS
Abstract.
The reliability of semiconductor devices is primarily determined by the degree of
perfection of the source material, and at the same time, it is very much dependent on the methods
of technological processing used. It is often observed that large-amplitude current jumps
corresponding to two or more simultaneously switched-on microplasmas are divided into two
small jumps when the temperature of the p-n junction changes, and, conversely, two small jumps
merge into one large jump. This indicates that two microplasmas in the same p-n junction,
appearing at the same voltage, have temperature coefficients of breakdown voltage.
Keywords:
microplasma, electrical breakdown, temperature coefficient, heating of the
device.
Хорошо известним проявлением неоднородности пробоя p-n структур являются
микроплазм, наличие которых приводит к флуктуации протекающего черезних обратного
тока. При описании микроплазм используются такие их электрические характеристики, как
напряженные пробоя, последовательные сопротивление и модельно вероятностные
характеристики вероятности включения и выключения пробоя.
1306
ResearchBib IF-2023: 11.01, ISSN: 3030-3753, Valume 1 Issue 10
В ряде работ (в основном на кремний) рассматривают в заимосвязь температурных
зависимостей параметров микроплазм, включая и флуктуационные свойства, при
положительном температурном коэффициентные напряжения пробоя, характерном для
лавинного механизма пробоя, при отсутствии заметного влияния глубоких центров или
других причин.
Общеизвестно что лавинный пробой p-n перехода происходят по отдельным
микроплазмам пробоя, так называемым микроплазмам. Известно также, что температурный
коэффициент напряжения лавинного пробоя положительный и, согласно теории [4].слегко
увеличивается с ростом величины напряжения пробоя.Резултаты экспериментального
исследования температурного коэффициента напряжения пробоя кремниевых p-n
переходов [4]. А также отдельных микроплазм в кремниевых p-n переходах [5,6]. показали
качественное согласие с теорией. Хотя в основном температуре коэффициент отделных
микроплазм подчиняется теория лавинного пробоя наблюдается в некоторые отклонения
на электронно лучевом осиллографе микроплазменного характериографа [7]. Нередка
наблюдается, что большие по амплитуде скачка тока соответствующие двум или более одно
временно включающимся микроплазм при изменении температуры p-n перехода
раздельяются на два маленких скачка и, наборот ,-два маленких скачка сливаются в одни
большой скачок .Это указывает на то, что две микроплазм в олном и томже p-n переходе,
появляющихся при одном и том же напряжении, имеют температурные коэффициенты
напряжения пробоя.Но при этом температурный коэффициентом напряжения пробое всего
p-n перехода оказываемая менше соответствующих величин коэффициента для отдельных
микроплазм при одном и том же напряжении пробоя [5]. Это различие увеличивается в
случае мягких вольтамперных характеристиками и большими обратными токами
температурный коэффициент напряжения пробоя может быть по величине в несколько раз
меньше, чем температурный коэффициент p-n переходов с жесткими обратными
характеристиками.Для объяснения указанных отличий в настоящей работе выведены
математические выражения, определяющие соотношения между температурным
коэффициентом напряжения пробоя всего p-n перехода и отдельных микроплазм. В
вычислениях использована общеринятая формула для температурного коэффициента β
1
β
1
=
𝑓(𝑇
1
) − 𝑓(𝑇
0
)
𝑓(𝑇
0
)∆𝑇
𝑓(𝑇
1
) = 𝑓(𝑇
0
)▪(1 + β∆𝑇)
Где
𝑓(𝑇
1
) и 𝑓(𝑇
0
)
функция
𝑓
при двух разных температурах Т
1
и Т
0
(на Т
0
обычно
принимают комнатную температуру) и
∆𝑇 = 𝑇
1
− 𝑇
0
В диоде при явление микроплазм ток
получает скачко образный прирост величиной
1307
ResearchBib IF-2023: 11.01, ISSN: 3030-3753, Valume 1 Issue 10
∆𝐼 =
𝑈
𝐴
−𝑈
в
𝑅
Экспериментах наблюдаоась только в не которых случаях у микроплазм без
флюктуаций тока. Вычисленная вольтамперная характеристика у средненного тока p-n
перехода с микроплазмой с флюктуациями испытывает изгиб [8], можно заменить скачком
тока. На основе выражения (1) можно найти соотнощение между температурным
коэффицентом экстраполириванного напряжения пробоя β
в
и температурным
коэффицентом скачка
𝛽
∆𝐼
и температурным коэффицентом сопротивления
𝛽
𝑅
микроплазм.
𝛽
в
=
𝛽
А
𝑈
А
− ( 𝛽
∆𝐼
+ 𝛽
в
)∆𝐼𝑅
𝑈
А
− ∆𝐼𝑅
Выражение (2) можно написать и в следующем виде
𝛽
в
= 𝛽
А
∆𝐼𝑅
𝑈
А
− ∆𝐼𝑅
− 𝛽
∆𝐼
∆𝐼𝑅
𝑈
А
− ∆𝐼𝑅
− 𝛽
𝑅
∆𝐼𝑅
𝑈
А
− ∆𝐼𝑅
Полученный результат позволяет сделать следующий вывод: механизм
возникновения МП в
p-n
переходах на основе GaAs непосредственно связан с
существованием крупных неоднородностей, сравнимых с толщиной ОПЗ, которые и
определяют размеры область локализации МП.
Необходимо отметить, что технология получения однородного по составу арсенида
галлия все еще далека от совершенства в отличнее от способов получения германия и
кремния, позволяющих достигать высокой степени совершенства полупроводникового
материала, что и подтверждается сравнением параметров в МП в Si и GaAs ЛПД.
Таким образом, предложенная методика определения диаметра микроплазм
позволяет достаточно надежно определить этот ключевой параметр по данным
дифференциальной характериографии (напряжению пробоя и дифференциальному
сопротивлению микроплазмы) и, соответственно, параметры токовых шнуров, что играет
большую роль в диагностики надежности полупроводниковых диодов, работающих в
режиме лавинного пробоя.
REFERENCES
1.
McInture R.J.//J.Appl.1961. V.32.N.6.P.983-995.
2.
Haiz.R.J.//J.Appl.Phys.1964.V. 35. N5. P .1370-1376
3.
Аладинский В.К. //ФТП.1972. Т.6.В.11.С.2034-2041.
4.
N. F. Neve, K. A. Hyqes, R. R. Thornton Scanning electron microcope as a means of
studying microplasmas athiqh resolution. -J. Appl. phys., 1966, v.37, N4, p.1704-1709
1308
ResearchBib IF-2023: 11.01, ISSN: 3030-3753, Valume 1 Issue 10
5.
М. Б. Тагаев, А.И.Шкребтий. Исследование температурных особенностей
микроплазменного пробоя в арсенидгаллиевых лавинно пролетных диодах- Сборник
научных трудов НГУ, г.Нукус, 1987, с. 54-58.
6.
А. И. Шкребтий, М. Б. Тагаев, С. И. Глушенко. Методика неразрушающего контроля
параметров и прогнозирование надежности кремниевых стабилитронов. -IV-
отраслевой семинар. Аналитические методы исследования материалов и изделии
микроэлектроники, г.Запарожье, 1987, с.30.
7.
А. И. Шкребтий, М. Б. Тагаев, С. И. Глушенко. Методика неразрушающего контроля
параметров и прогнозирование надежности кремниевых стабилитронов. -IV-
отраслевой семинар. Аналитические методы исследо- вания материалов и изделии
микроэлектроники, г. Запарожье, 1987, с.30.
8.
Тагаев М. Б. Влияние внешних воздействий на электричские свой- ства
пространственнно-неоднородных
диодных
структур
докторская
диссертации, 2001 г. С. 230.
