Матюхин С.И., Писарев А.А., Ставцев А.В.

1. III-ой региональный семинар «Компьютерное моделирование и проектирование микро- и наноэлектроникиимикроэлектромеханических систем», 9 апреля 2011 Матюхин С.И., Писарев А.А., Ставцев А.В. ВЛИЯНИЕ МИКРОТРЕЩИН НА КОММУТАЦИОННЫЕХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КРЕМНИЕВЫХ ДИОДОВ

2. III-ой региональный семинар «Компьютерное моделирование и проектирование микро- и наноэлектроникиимикроэлектромеханических систем», 9 апреля 2011 Актуальность работы:к важным задачам современной физики полупроводниковых приборов следует отнести задачу о качественном и количественном влиянии микродефектов на характеристики приборов и разработку методов прогнозирования надежности этих приборов с целью выявления потенциально ненадежных изделий на ранней стадии изготовления. Цель: изучение качественного и количественного влияния микротрещин на характеристики полупроводниковых приборов.

3. III-ой региональный семинар «Компьютерное моделирование и проектирование микро- и наноэлектроникиимикроэлектромеханических систем», 9 апреля 2011 Метод:моделирование динамических процессов включения и выключения с использованием пакета программ приборно-технологического моделирования Sentaurus TCAD компании Synopsys. Моделирование влияния микротрещин на коммутационные характеристики диода Д053-7100 проводилось для двух типов трещин – перпендикулярных и параллельных p-n-переходу, при температуре полупроводниковой структуры – Tj= 300 К ; Tj= 443 К.

4. III-ой региональный семинар «Компьютерное моделирование и проектирование микро- и наноэлектроникиимикроэлектромеханических систем», 9 апреля 2011 Рис. 1 Структура пластины, содержащей микротрещины, пересекающие p-n-переход: а) перпендикулярные; б) параллельные.

5. III-ой региональный семинар «Компьютерное моделирование и проектирование микро- и наноэлектроникиимикроэлектромеханических систем», 9 апреля 2011 Рис. 2 Структура пластины, содержащей микротрещины, примыкающие к p-n-переходу: а) перпендикулярные; б) параллельные.

6. III-ой региональный семинар «Компьютерное моделирование и проектирование микро- и наноэлектроникиимикроэлектромеханических систем», 9 апреля 2011 Рис. 3 Структура пластины, содержащей микротрещины, находящиеся вдали от p-n-перехода: а) перпендикулярные; б) параллельные.

7. III-ой региональный семинар «Компьютерное моделирование и проектирование микро- и наноэлектроникиимикроэлектромеханических систем», 9 апреля 2011 Рис. 4 Прямые ветви ВАХ диода Д053-7100 при Т=300 К: 1 – в отсутствие микротрещин; 2 – при наличии перпендикулярных трещин, пересекающих p-n-переход; 3 – при наличии параллельных трещин, пересекающих p-n-переход; 4 – при наличии перпендикулярных трещин, примыкающих к p-n-переходу; 5 – при наличии параллельных трещин, примыкающих к p-n-переходу; 6 – при наличии перпендикулярных трещин вдали от p-n-перехода; 7 – при наличии параллельных трещин вдали от p-n-перехода.

8. III-ой региональный семинар «Компьютерное моделирование и проектирование микро- и наноэлектроникиимикроэлектромеханических систем», 9 апреля 2011 Рис. 5 Прямые ветви ВАХ диода Д053-7100 при Т=400 К: 1 – в отсутствие микротрещин; 2 – при наличии перпендикулярных трещин, пересекающих p-n-переход; 3 – при наличии параллельных трещин, пересекающих p-n-переход; 4 – при наличии перпендикулярных трещин, примыкающих к p-n-переходу; 5 – при наличии параллельных трещин, примыкающих к p-n-переходу; 6 – при наличии перпендикулярных трещин вдали от p-n-перехода; 7 – при наличии параллельных трещин вдали от p-n-перехода.

9. III-ой региональный семинар «Компьютерное моделирование и проектирование микро- и наноэлектроникиимикроэлектромеханических систем», 9 апреля 2011 Рис. 6 Обратные ветви ВАХ диода Д053-7100 при Т=300 К: 1 – в отсутствие микротрещин; 2 – при наличии перпендикулярных трещин, пересекающих p-n-переход; 3 – при наличии параллельных трещин, пересекающих p-n-переход; 4 – при наличии перпендикулярных трещин, примыкающих к p-n-переходу; 5 – при наличии параллельных трещин, примыкающих к p-n-переходу; 6 – при наличии перпендикулярных трещин вдали от p-n-перехода; 7 – при наличии параллельных трещин вдали от p-n-перехода.

10. III-ой региональный семинар «Компьютерное моделирование и проектирование микро- и наноэлектроникиимикроэлектромеханических систем», 9 апреля 2011 Рис. 7 Обратные ветви ВАХ диода Д053-7100 при Т=400 К: 1 – в отсутствие микротрещин; 2 – при наличии перпендикулярных трещин, пересекающих p-n-переход; 3 – при наличии параллельных трещин, пересекающих p-n-переход; 4 – при наличии перпендикулярных трещин, примыкающих к p-n-переходу; 5 – при наличии параллельных трещин, примыкающих к p-n-переходу; 6 – при наличии перпендикулярных трещин вдали от p-n-перехода; 7 – при наличии параллельных трещин вдали от p-n-перехода.

11. III-ой региональный семинар «Компьютерное моделирование и проектирование микро- и наноэлектроникиимикроэлектромеханических систем», 9 апреля 2011 Рис. 8 Импульс тока, протекающего под действием прямоугольного импульса напряжения (пунктир), приложенного к полупроводниковой структуре диода Д053-7100, не содержащего микротрещин, при температуре структуры Tj= 27 0C

12. III-ой региональный семинар «Компьютерное моделирование и проектирование микро- и наноэлектроникиимикроэлектромеханических систем», 9 апреля 2011 Рис. 9 Амплитуда прямого тока, протекающего под действием прямоугольного импульса напряжения, приложенного к полупроводниковой структуре диода Д053-7100, при температуре структуры Tj= 27 0C: 1- не содержащего микротрещин; 2- содержащего перпендикулярные p-n- переходу микротрещины; 3- содержащего параллельные p-n- переходу микротрещины.

13. III-ой региональный семинар «Компьютерное моделирование и проектирование микро- и наноэлектроникиимикроэлектромеханических систем», 9 апреля 2011 Рис. 10 Полупроводниковая пластина не содержит микротрещин. Импульсы обратного тока, протекающего через диод Д053-7100 при переключении прибора из проводящего состояния в непроводящее, при различных значениях амплитуды импульсов обратного напряжения: 1- при U= -2 В; 2- при U= -4 В; 3- при U= -6 В; 4- при U= -8 В. Tj= 27 0C.

14. III-ой региональный семинар «Компьютерное моделирование и проектирование микро- и наноэлектроникиимикроэлектромеханических систем», 9 апреля 2011 Рис. 11 Полупроводниковая пластина содержит микротрещины перпендикулярные p-n- переходу. Импульсы обратного тока, протекающего через диод Д053-7100 при переключении прибора из проводящего состояния в непроводящее, при различных значениях амплитуды импульсов обратного напряжения: 1- при U= -2 В; 2- при U= -4 В; 3- при U= -6 В; 4- при U= -8 В. Tj= 27 0C.

15. III-ой региональный семинар «Компьютерное моделирование и проектирование микро- и наноэлектроникиимикроэлектромеханических систем», 9 апреля 2011 Рис. 12 Полупроводниковая пластина содержит микротрещины параллельные p-n- переходу. Импульсы обратного тока, протекающего через диод Д053-7100 при переключении прибора из проводящего состояния в непроводящее, при различных значениях амплитуды импульсов обратного напряжения: 1- при U= -2 В; 2- при U= -4 В; 3- при U= -6 В; 4- при U= -8 В. Tj= 27 0C.

16. III-ой региональный семинар «Компьютерное моделирование и проектирование микро- и наноэлектроникиимикроэлектромеханических систем», 9 апреля 2011 Рис. 13 Обратный ток восстановления диода Д053-7100, при температуре Tj= 27 0C: 1- не содержащего микротрещин; 2- содержащего перпендикулярные p-n- переходу микротрещины; 3- содержащего параллельные p-n- переходу микротрещины.

17. III-ой региональный семинар «Компьютерное моделирование и проектирование микро- и наноэлектроникиимикроэлектромеханических систем», 9 апреля 2011 Рис. 14 Заряд обратного восстановления диода Д053-7100, при температуре Tj= 27 0C: 1- не содержащего микротрещин; 2- содержащего перпендикулярные p-n- переходу микротрещины; 3- содержащего параллельные p-n- переходу микротрещины.

18. III-ой региональный семинар «Компьютерное моделирование и проектирование микро- и наноэлектроникиимикроэлектромеханических систем», 9 апреля 2011 Рис. 15 Время восстановления диода Д053-7100, при температуре Tj= 27 0C: 1- не содержащего микротрещин; 2- содержащего перпендикулярные p-n- переходу микротрещины; 3- содержащего параллельные p-n- переходу микротрещины.

19. III-ой региональный семинар «Компьютерное моделирование и проектирование микро- и наноэлектроникиимикроэлектромеханических систем», 9 апреля 2011 Рис. 16 S-фактор диода Д053-7100, при температуре Tj= 27 0C: 1- не содержащего микротрещин; 2- содержащего перпендикулярные p-n- переходу микротрещины; 3- содержащего параллельные p-n- переходу микротрещины.

20. III-ой региональный семинар «Компьютерное моделирование и проектирование микро- и наноэлектроникиимикроэлектромеханических систем», 9 апреля 2011 Рис. 17 Время нарастания обратного тока диода Д053-7100, при температуре Tj= 27 0C: 1- не содержащего микротрещин; 2- содержащего перпендикулярные p-n- переходу микротрещины; 3- содержащего параллельные p-n- переходу микротрещины.

21. III-ой региональный семинар «Компьютерное моделирование и проектирование микро- и наноэлектроникиимикроэлектромеханических систем», 9 апреля 2011 Рис. 18 Время спада обратного тока диода Д053-7100, при температуре Tj= 27 0C: 1- не содержащего микротрещин; 2- содержащего перпендикулярные p-n- переходу микротрещины; 3- содержащего параллельные p-n- переходу микротрещины.

22. III-ой региональный семинар «Компьютерное моделирование и проектирование микро- и наноэлектроникиимикроэлектромеханических систем», 9 апреля 2011

23. III-ой региональный семинар «Компьютерное моделирование и проектирование микро- и наноэлектроникиимикроэлектромеханических систем», 9 апреля 2011 • Результаты: • Появление микротрещин в полупроводниковой структуре диодов приводит: • - к уменьшению амплитуды прямого тока ITM, протекающего под воздействием импульсов прямого напряжения; • к уменьшению амплитуды обратного тока восстановления Irr, протекающего при переключении диода из проводящего состояния в непроводящее. • Увеличение температуры полупроводниковой структуры Tj при увеличении скорости спада прямого тока di/dt приводит к улучшению динамических характеристик прибора. • Влияние микротрещин на коммутационные характеристики полупроводниковых диодов зависит от вида микротрещин