Способ отбраковки транзисторов Советский патент 1983 года по МПК G01R31/26 H01L21/66 

4

СР

00

-ч1

Изобретение относится к производству полупроводниковых приборов,предназначено для выявления и отбраковки приборов со скрытыми дефектами и повышенной нестабильностью их параметров и может быть, например, использо вано для формирования партий особо стабильных транзисторов.

Известен способ контроля качества полупроводниковых приборов, включающий измерение токовых характеристик р-п переходов и сравнение их с эталоном, причем измерения ведут на микротоках, в диапазоне до 100 мкА, при прямом и инверсном включении э /lитт.ирующего перехода прибора l . .

Однако-способ прогнозирования качества по параметрам-прямо.смещенной ВЛХ отдельных переходов (in-характеристики) имеет малую корреляционную связь с дрейфом обратных токов,.что является его недостатком.

Наиболее близким к предложенному является способ разбраковки транзисторов по величине и стабильности обратных токов при повышенной температуре, включающий подачу напряжения между Э1литтером и коллектором транзистора при заданном сопротивлении между и эмитхером, а отбраковк ведут при .повьпленной температуре по величине и- стабильности коллектора 2 ..

Недостатком.известного способа является его .трудоемкость, обусловленная необходимостью подогрева транзистора до повышенной температуры, и малая информативность.

Целы изобретения - снижение трудоемкости отбраковочных испытаний.

Для достижения указанной цели согласно способу отбраковки транзисторов, включающему подачу напряжения; между коллектором и эмиттером транзитора) измерение величины, и временной стабильности т.ока -коллектора и сравнение его с эталоном, отбраковку ведут при комнатной температуре, напряжение между коллектороми эмиттером устанавливают равно1м. максимально допустимому, подают прямосмещаювдее напряжение между базой и Э1.1иттером, не превышающее напряжение отпирания в . соответствии с соотношением

и5з с(Т-Го т(т., -

где Ugs напряжение между базой и

. эмиттером транзистора; С - константа, зависящая от материала кристгшла прибора}Т - задаваемая (моделируемая

температура;

То - комнатная температура/ fn - коэффициент неидеальност ВАК;

( - температурный потенциал,

В основу способа положены результаты экспериментального исследования ВАХ переходов транзисторов при действии небольших прямых смещений эмиттерного перехода и больших обратносмещающих напряжениях на коллекторном переходе при различных температурах корпуса транзистора,

Темп атурная зависимость обратного тока транзистора может быть записана в виде соотношения

(Т)

kSRt oU

K%R

где О У:ЭЙ ( величина, имеющая

размерность тока и определяемая свойстваг/ш полупроводникового кри сталла (суммарный тепловой ток для нормальной температуры окружающей среды);

й - энергия, необходимая для генерации пар электрон-дырка; qi - температурный потенциал средняя тепловая энергия кристш ла). . i/r 4t-f .

где К - постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура7 ( - заряд электрона. . Приближенно соотношение (1) можно записать в следующем виде

3 (т

) V

где коэффициент ,0 9-0 ,05 град. .Для Qe и ,13-0,08 град для S i .

В области малых токов при небольших прякых смещениях эмиттерного перехода ( при Uotnn) суммарный обратный ток коллектора можно.представить и следующем виде

5)

Э.В

,(т,, КЭЙ

W - коэффициент неидеальности

где

ВАХ эмиттерного перехода, i Пренебрегая единицей по сравнению с экспоненциальным членом, выражение

(3)можно записать в упрощенном виде

. . . . . Н§1.. (ц

( « AнaJ|изиpyя выражения (1) , -(2) и

(4), можно заметить, что полная вели-, чина коллекто1рного тока является экспоненциальной зависимостью энергии

Л, необходимой для генераций носителей заряда, независимо от того, какой причиной она вызвана (температурой или эквивалентным действием, прямого смещения) . Приравняв правые части выражений (2) и (4), получим: (. Проведя сокращение и уравняв показатели экспонент, получим с(Т-ТоУ То есть, действие температуры на транзистор,(при сохранении экспоненциаЛьного характера D V: эк заменить действием малого прямого смещения эмиттерного перехода. При этом эквивалентное значение смещения и5э можно определить из (6 . С более высокой степенью, точности эквивалентное значение можно опредеI лить эксперимф1тально на нескольких экземплярах: транзисторов (эталонах) , данного типа путем сравнения величин обратных токов, полученных при нагре вании в термокамерах и при действии малого прямосмещающего напряжения и5э В последнем случае суммарный . обратный .ток будет несколько больше за счет отсутствия явления временного от) дефектов и более полного учет объемных дефектов и утечек на поверх ности полупроводникового кри«талла. Чем больше отличие реадьного транзистора от идеализированной модели, тем больше будет превышение величины тока коллектора при заданном прямом смещении эмиттерного перехода. Для установившегося технологического процесса изготовления полупро- i водниковых приборов величина Ugg У танавливается таКже постоянной до внесения изменений в технологии. При внесении изменений в технологию величина Ugj должна быть определена вновь. , -Разбраковку партии однотипных . транзисторов ведут в условиях, одинаковых для всей массы испытуемых гранзисторов, в следующем режиме и поеледовательности. -,Между коллектором и .эмиттером испытуемого транзистора устанавливают напряжение, равное, максимсшьно допустимому, указанному в нормативнотехнической дЬкуме.н.тации. : т дополнительного источника напряжени на эмиттерный переход задают прямое смещение IIgg-s con3 величина которого не должна превышать напряжения отпирания эмиттерного перехода. . . Отбраковку ведут при нормальной (комнатной) температуре Ькружающей среды и равной ей температуре корпуса испытуемы.х транзисторов. Отбраковку ненадежных транзисторов ведут по величине тока в цепи коллектора транзистора и его нестабильности во времени. При этом величина коллекторного тока испытуемых транзисторов ёудет пропоЬ циональна их обратным токам для некоторой повышенной температуры, благодаря наличию сильной взаимосвязи прямого напряжения Ugg и температуры (5) и (6). Чем больше подано смещение на Э14иттерный переход, тем большей температуре будет соответствовать коллекторный ток. испытуемых транзисторов. . Чем больше дефектность транзисторной структуры ( р - .И переходов и рабо чих слоев), т.е. чем больше испытуемай транзистор отличается от идегшизированноймодели транзистора, тем больший ток будет протекать в коллекторной цепи при заданных значени.;Пс Ug t const и U ,3 const . Так как отбраковка ,транэистор1йЖ структур ведется при нор1.альной температуре, отжиг технологических дефектов будет отсутствовать и ток коллектора будет содержать дополнительную составляющую, обусловленную наличием инверсионных слоев и каналов с близкой к нулю Энергией активации. П р и м ер. Необходимо произвести разбраковку партии изготовленных . . транзисторов типа МП14, годные транзисторы по техническим условиям должны иметь следующие параметры: , 15В при t -«-50 С Икэта 10 РИ -Ь +70Л: и fcSo 200 мкЛ при т и UKS -10В Uv3K 30 мкА ripHt и , икэ -15в; Для отбраковки ненадежных транзисторов по предлагаемому способу ,необ- хрдимо предварительно определить величину смещения эмиттерного перехода п° формуле (7). .bT-m-CfT, де m л 1,3; ffr 2бмВ для Т.о +20°с; С % 0,07. град . Для температуры С и Tk получим УЙЭ 0,07 град 30С-1,3-26 ,2 МБ. Более точное значен} е 1/Бэ опредеяем из сравнения величины ри -t , U кэ -15В и величины ока коллектора по-предлагаемому

способу при -15В, Тд 20С и различных смещениях эглиттерного перехода для нескольких транзисторов этого типа, взятых в качестве этаЛонных.

Уточненное значение .U53 оказалось равным и89 75- мВ.

Зная величину Ug остается произвести раз.браковку партии транзисторов при и кэ -15В, Uc:, -75 мВ и То +20«с.

Уровень отбраковки по токУ коллектора определяется степенью жесткости отбраковки, а величина нестабильности оценивается так же, как указано в технических условиях к ОСТ11.073 056-76, только при действии прямого смещения на эмйт ерном переходе.

Предлагаемый способ отбраковки позволяет отбраковать дефектные транзисторы, имекяцие: напряжение пробоя коллектор-эмиттер Окэпро5 : Меньше испытательного .напряжения и |йэ (равного Максимально допустимому) ,l/(9n.,og -i икэ кэтах входит в режим пробоя и имеет увеличенный ток коллектора за счет действия.ударной ионизации); большие Ъо ° всем диапазоне рабочих температур, нестабильность обратных токов переходов, создающую приращение тока коллектора во времени 3 Ь vc (tT технологические отклонения (дефектыГ ВАХ р -п переходов от ВАК. р -п переходов модели идеализированного транзистора, а также инверсные спои и каналы с близкой к нулю энергиейактивации, обуславливакядие повыиенные значения обратных токов.

Следовательно, применение предлагаемого способа позволит:.уменьшить число контрольных операций при разбраковке транзисторов и интегральных

схем (например,Эйбр. оВр. f kgunpoe Чкбо „робА и других параметров при.пЬ0 вишенной Tet nepatype) , сократить объем периодических испытаний на надежность и объем дорогодтоящих термо- и электротенировок за счет более ранней отбраковки дефектных приборов.

СПОСОБ ОТБРАКОВКИ ТРАНЗИСТОг РОВ, включающий подачу напряжения . между коллектором и эмиттером транзистора, измерение.величины и временной стабильности токаколлектора и . сравнение его с эталоном, о т. л и ч а ю 1Д и и с я тем, что, с целью . снижения трудоемкости, отбраковку ведут при комнатной температуре, напряжение между коллектором и эх-штте- ром устанавливают равным максимально допустимо1-1у, подают прямосмещающее напряжение между базой и эмиттером, не преаьш1с1кядее напряжение отпирания в соответствии с соотношением где и - напряжение между базой и ь эмиттером; С - -константа, -зависящая от материала кристалла прибоP V Т - задаваемая (моделируемая) температура, - ко натная температура; Р in - коэффициент неидеальности ® вАх;, (Л tpi- температурный потенциал.