СПОСОБ КОНТРОЛЯ ОДНОРОДНОСТИ СТРУКТУРЫ МОЩНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ Советский патент 1996 года по МПК G01R31/26 

Изобретение относится к области электронной техники, в частности, к неразрушающим методам контроля полупроводниковых приборов.

Известны способы контроля однородности структуры мощных транзисторов.

Один из известных способов заключается в том, что регистрируют инфракрасное излучение с поверхности полупроводниковой структуры. В местах дефектов, где происходит локализация тока, возникает увеличенный разогрев структуры и повышенный уровень излучения.

Однако данный способ применим лишь для бескорпусных транзисторов. Кроме того, его осуществление требует применения сложной инфракрасной техники с высоким температурным и пространственным разрешением.

Другой из известных способов, основанный на измерении показателя степени нелинейности прямой вольтамперной характеристики p-n перехода испытуемого прибора и сравнении его с эталонным значением, позволяет выявить приборы с такими видами неоднородности структуры как распределение примеси и наличие загрязнений на поверхности.

Недостатком этого способа является то, что он позволяет произвести интегральную оценку дефектности структуры при сравнительно малых токах через p-n переход, а при больших плотностях тока, характерных для мощных транзисторов, эффективность его значительно снижается.

Наиболее близким техническим решением к данному является способ контроля однородности структуры мощных транзисторов, включающий импульсный разогрев структуры при постоянной амплитуде тока эмиттера и регистрацию изменения во времени термочувствительного параметра, например, прямого падения напряжения на переходе эмиттер-база. Разогрев осуществляют импульсами тока одинаковой мощности, т. е. при постоянной амплитуде тока эмиттера (разогрев происходит тол ко за счет прохождения тока) и при постоянной длительности импульсов, которую устанавливают большей, чем постоянная времени кристалла, но меньшей, чем постоянная времени прибора.

Недостатком этого способа также является его низкая эффективность, т.к. для мощных транзисторов наличие дефектов проявляется только в активном режиме работы, т.е. при подаче коллекторного напряжения, которая не предусмотрена в нем. Кроме того, если даже обеспечить активный режим работы транзисторов, в процессе контроля могут наблюдаться их отказы из-за шнурования тока в структуре, которое возникает и переводит транзистор в режим вторичного пробоя за время существенно меньшее, чем длительность используемых в известном способе разогревающих импульсов тока.

Целью изобретения является повышение выхода годных, а также обеспечение неразрушающего контроля.

Поставленная цель достигается тем, что в способе контроля однородности структуры мощных транзисторов, включающем импульсный разогрев структуры при постоянной амплитуде тока эмиттера и регистрацию изменения во времени прямого падения напряжения на переходе эмиттер-база, разогрев осуществляют подачей прямоугольного импульса напряжения на переход коллектор-база, амплитуда которого превышает напряжение образования шнура тока в структуре для статического режима и длительность фронта которого значительно меньше тепловой постоянной времени полупроводникового кристалла, причем импульс разогрева прерывают в момент увеличения скорости изменения во времени модуля приращения регистрируемого параметра, однородность структуры определяют по длительности импульса разогрева, а длительность импульса разогрева ограничивают значением, при котором модуль приращения регистрируемого параметра достигает заданной величины.

Предложенный способ основан на том явлении, наблюдаемом в мощных транзисторах, что при включении их в определенный режим можно создать в структуре неравномерное распределение тока. Причем в местах, где имеются в структуре неоднородности, образуются области с очень высокой плотностью тока (шнура тока), в которых в течение короткого времени значительно повышается температура. Повышение температуры может быть зарегистрировано по изменению какого-либо термочувствительного параметра. Наиболее распространенная параметром для измерения температуры в структуре транзисторов является прямое падение напряжения на переходе эмиттер-база при повышенном токе эмиттера. Многочисленными исследованиями установлено, что прямое падение напряжения при увеличении температуры уменьшается, а модуль его приращения увеличивается практически с постоянной скоростью, причем в момент образования в структуре области локального перегрева происходит излом на зависимости этого термочувствительного параметра от температуры и скорость изменения его увеличивается.

Предложенный способ осуществляют в следующей последовательности. Испытуемый мощный транзистор включают по схеме с общей базой. Через переход эмиттер-база пропускают импульс тока большой длительности, амплитуда которого соответствует значению измерительного тока, при котором измеряется падение напряжения на переходе эмиттер-база, и одновременно является достаточной для разогрева структуры в активном режиме. Активный режим, в котором происходит основной разогрев структуры, создают подачей прямоугольного импульса напряжения на переход коллектор-база (целесообразно моменты начала пропускания тока и подачи напряжения совместить во времени). Амплитуда импульса напряжения должна превышать значение напряжения образования шнура тока в структуре для статического режима, а длительность его фронта должна быть значительно меньше тепловой постоянной времени полупроводникового кристалла. Последнее требование устанавливается с целью исключения разогрева структуры на фронте импульса и для повышения точности регистрации изменения во времени термочувствительного параметра.

Одновременно с подачей импульса напряжения начинают регистрацию изменения во времени прямого падения напряжения на переходе эмиттер-база, например, с помощью осциллографа.

На чертеже изображена типичная зависимость изменения во времени модуля приращения регистрируемого термочувствительного параметра для транзистора с дефектом (кривая I). Скорость вначале несколько уменьшается, а затем в течение некоторого времени практически не изменяется. В момент t_n, когда в структуре образуется область локального перегрева, начинается резкое увеличение скорости . Чтобы избежать перегрева структуры и проплавления ее в месте образования шнура тока, выключают импульс напряжения на переходе эмиттер-база.

По длительности импульса напряжения t_n судят об однородности структуры. Чем больше неоднородность в структуре, тем быстрее происходит в месте дефекта образования шнура тока и тем быстрее начинается рост температуры в этой области структуры.

Для транзистора без дефектов (кривая 2 на чертеже) увеличения скорости изменения во времени модуля приращения регистрируемого термочувствительного параметра не наблюдается в течение значительно большего времени ().

При этом, под действием разогревающего импульса в активном режиме работы транзистора происходит равномерный разогрев всей его структуры. Чтобы избежать перегрева кристалла выше максимально допустимой температуры, ограничивают длительность импульса разогрева, выключая одновременно ток эмиттера и напряжение на переходе коллектор-база в момент, когда модуль приращения регистрируемого термочувствительного параметра достигает заданной величины, например, такой, которая соответствует изменению температуры кристалла от нормальной (+25^oC) до максимально-допустимой (+125^oC) или любой другой, которая характерна для данного типа транзистора.

Благодаря высокой чувствительности эффекта шнурования тока к различного рода неоднородностям, предложенный способ контроля обладает повышенной эффективностью по сравнению с известным, а поскольку разогревающий импульс прерывается в самом начале образования опасной температуры, обеспечивается неразрушающий контроль.

1. Способ контроля однородности структуры мощных транзисторов, включающий импульсный разогрев структуры при постоянной амплитуде тока эмиттера и регистрацию изменения во времени прямого падения напряжения на переходе эмиттер - база, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода годных, разогрев осуществляют подачей прямоугольного импульса напряжения на переход коллектор - база, амплитуда которого превышает напряжение образования шнура тока в структуре для статического режима и длительность фронта которого значительно меньше тепловой постоянной времени полупроводникового кристалла, причем импульс разогрева прерывают в момент, когда происходит увеличение скорости изменения во времени модуля приращения регистрируемого параметра, а однородность структуры определяют по длительности импульса разогрева.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения неразрушающего контроля, ограничивают длительность импульса разогрева значением, при котором модуль приращения регистрируемого параметра достигает заданной величины.

1. Способ контроля однородности структуры мощных транзисторов, включающий импульсный разогрев структуры при постоянной амплитуде тока эмиттера и регистрацию изменения во времени прямого падения напряжения на переходе эмиттер база, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода годных, разогрев осуществляют подачей прямоугольного импульса напряжения на переход коллектор база, амплитуда которого превышает напряжение образования шнура тока в структуре для статического режима и длительность фронта которого значительно меньше тепловой постоянной времени полупроводникового кристалла, причем импульс разогрева прерывают в момент, когда происходит увеличение скорости изменения во времени модуля приращения регистрируемого параметра, а однородность структуры определяют по длительности импульса разогрева. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения неразрушающего контроля, ограничивают длительность импульса разогрева значением, при котором модуль приращения регистрируемого параметра достигает заданной величины.