Автореферат (Разработка конструкторско-технологических методов и средств повышения надёжности смесителей радиосигналов на основе резонансно-туннельных диодов), страница 4

Таким образом, можно сделать вывод о том, что коэффициент γ чувствителен кизменению конструкции и технологии изготовления ОК. Опираясь на результатытеоретических исследований (глава 2) показано, что диффузионные процессы вомических контактах РТД оказывают существенное влияние на изменение формы ВАХРТД, выходные электрические параметры и, соответственно, надежность СмР.Рисунок 2. Эллипсометрические модели гетероструктуры № 2 до (а) и после 28 часовтермического воздействия (б)Рисунок 3. Экспериментальные ВАХ РТД партии № 1 (а) и № 2 (б) до и послетермических испытаний (1 – до, 2 – после 150 (а) и 27 (б) ч)Исходя из полученных численных значений коэффициентов диффузии Al и Si вGaAs и коэффициента γ ОК было определено их влияние на выходные электрическиехарактеристики СГСМ на основе РТД и, соответственно, проведена оценка ихнадежности.

Установлено, что изменение D на 30 % незначительно сказывается нанадежности приборов (теоретически рассчитано, что средняя наработка до отказа СГСМ10изменится на 0,5 %). В свою очередь отличие коэффициентов γ ОК более чем в 16 раз (25и 408,2 Ом/с0,5) приводит к снижению надежности СГСМ на основе РТД в ~ 2,5 раза.Таким образом, было проведено исследование значимости технологическогопроцесса изготовления на модификацию свойств РТГС и омических контактовсмесительных РТД: определены численные характеристики основных деградационныхпроцессов – активационные параметры диффузии Al и Si в РТС и приконтактныхобластях, а также зависимость сопротивления AuGeNi омических контактов от времении температуры. Это позволяет перейти к разработке методик технической диагностикиРТГС и РТД и методики прогнозирования надежности РТД и СмР на их основе.Глава 4.

Разработка методик технической диагностики и прогнозированиянадежности РТД и смесителей радиосигналов на их основеПервая часть главы посвящена разработке программно-расчетного комплекса дляоценки динамики дрейфа ВАХ РТД в результате деградационных процессов в AlAs/GaAsРТГС и омических контактах РТД и численного определения надежности РТД.Разработанный программно-расчетный комплекс dif2RTD позволяет: Моделировать ВАХ РТД с учетом диффузионных процессов в AlAs/GaAs РТГС иомических контактах; Исследовать влияние деградационных процессов в AlAs/GaAs РТГС и омическихконтактах на ВАХ РТД; Прогнозировать эксплуатационную надежность РТД.Структурно программно-расчетный комплекс состоит из трёх модулей: Модуль численного моделирования диффузионных процессов в AlAs/GaAs РТГС; Модуль численного моделирования деградации AuGeNi омических контактов; Модуль численного моделирования ВАХ РТД.Программно-расчетный комплекс позволяет учесть технологические особенностиизготовления РТГС (температуру МЛЭ, температуру и время термических отжигов послеМЛЭ и при изготовлении ОК), условия эксплуатации устройства, влияние термическогоотжига РТГС при ее изготовлении на концентрацию дефектов, деградацию ОК приэксплуатации и деградацию РТС в результате температурной диффузии.Экспериментальная проверка точности моделирования dif2RTD былаосуществлена путем моделирования ВАХ РТД с рассмотренной ранее структурой исравнения полученных данных с экспериментально измеренными ВАХ РТД.Температура (300 °С) и время температурного воздействия (1, 3, 8, 17 и 27 часов) такжебыли взяты идентичными.

Видно, что экспериментальные и расчетные ВАХ РТД хорошосогласуются между собой (Рисунок 4).Во второй части главы приведены результаты экспериментальных исследованийпараметров СмР. Показано, что программа Microwave Office может применяться длямоделирования выходных электрических параметров СмР на основе РТД, посколькурасчетные и экспериментальные данные имеют хорошую степень совпадения, причемлучшее приближение к эксперименту обеспечивает метод гармонического баланса.Следовательно, ВАХ РТД, полученные с помощью комплекса dif2RTD, могут бытьпереданы в Microwave Office для моделирования выходных параметров СмР.В третьей части главы описана методика диагностики качества наноразмерныхAlAs/GaAs РТГС на основе ИК-СЭ.

В главе 3 было показано, что метод ИК-СЭ«чувствует» отличия в качестве изготовления резонансно-туннельных гетероструктурпри различных температурах выращивания и, соответственно, может применяться дляконтроля их качества. Оценка качества РТГС (с точки зрения диффузионной деградации)11проводится исходя из величины коэффициентов диффузии Al и Si в GaAs. Структурнаясхема методики представлена на рисунке 5а.Рисунок 4. Экспериментальные (1) и расчетные (2) ВАХ РТД до (а), после 8 (б)и 27 (в) часов термического воздействияВ четвертой части главы описана методика оценки изменения ВАХ РТД поддействием деградационных процессов в его структуре.

Методика применяется дляопределения коэффициента γ, отражающего скорость диффузионной деградации ОК ипозволяющего рассчитать зависимость контактного сопротивления РТД от времени итемпературы. Структурная схема методики представлена на рисунке 5б.Рисунок 5. Структурная схема методик диагностики качества наноразмерных AlAs/GaAsРТГС на основе ИК-СЭ (а) и оценки изменения ВАХ РТД под действиемдеградационных процессов (б)12Пятая часть главы посвящена разработке методики прогнозирования надежностиСмР на основе РТД в результате диффузионных процессов в РТС, приконтактныхобластях и омических контактах.

Данная методика разработана на базеэкспериментально определенных численных характеристик основных деградационныхпроцессов, происходящих в структуре СмР на основе РТД, и позволяет прогнозироватьнадежность РТД и смесителей радиосигналов на их основе.

Ее структурная схемапредставлена на рисунке 6.Рисунок 6. Структурная схема методики прогнозирования надежности смесителейрадиосигналов на основе AlAs/GaAs РТДТаким образом, в данной главе разработаны методики технической диагностики:методика диагностики качества наноразмерных AlAs/GaAs РТГС на основе ИК-СЭ иметодика оценки изменения ВАХ РТД под действием деградационных процессов в егоструктуре, а также методика прогнозирования надежности СмР на основе РТД.Комбинация методик позволяет разработать конструкторско-технологические методы исредства повышения надежности РТД и СмР на их основе на различных этапахтехнологического цикла изготовления смесителей радиосигналов.Глава 5. Выбор конструкторско-технологических методов и средствповышения надежности смесителей радиосигналов на основе AlAs/GaAs РТДВ первой части главы описано проведение выбора режимов технологическойоперации МЛЭ на основе методики диагностики качества наноразмерных AlAs/GaAsРТГС на основе ИК-СЭ.

Выбор проводится на этапе отработки технологии изготовлениясмесительных AlAs/GaAs РТД с целью минимизации деструкции AlAs/GaAs РТС наэтапах изготовления и эксплуатации смесителей радиосигналов и структурно состоит изследующих основных этапов: изготовление AlAs/GaAs РТГС при различных технологических режимах МЛЭ; диагностика качества наноразмерных AlAs/GaAs РТГС на основе ИК-СЭ; выбор AlAs/GaAs РТГС с минимальной деструкцией на этапах изготовления иэксплуатации; построение прогноза надежности СмР на базе исследуемых AlAs/GaAs РТГС; выбор режимов технологической операции МЛЭ, обеспечивающих требуемуюнадежность СмР на основе AlAs/GaAs РТГС.Во второй части главы описано проведение выбора вариантов исполненияомических контактов смесительных РТД на основе методики оценки изменения ВАХРТД под действием деградационных процессов в его структуре.

Выбор проводится наэтапе отработки технологии изготовления СмР на основе РТД с целью поиска омических13контактов с минимальной скоростью термической деградации при эксплуатациисмесительных AlAs/GaAs РТД и структурно состоит из следующих основных этапов: изготовление РТД на основе AlAs/GaAs РТГС с различными вариантами исполненияомических контактов (могут отличаться параметрами конструкции, химическимсоставом и технологией изготовления); исследования изменения ВАХ РТД под действием деградационных процессов в егоструктуре; поиск омических контактов с минимальной скоростью термической деградации; построение прогноза надежности смесителя радиосигналов на базе исследуемых РТД; выбор варианта исполнения омических контактов смесительных РТД.Обобщенная схема процесса отработки технологии изготовления смесителейрадиосигналов на основе РТД приведена на рисунке 7.Рисунок 7.

Схема отработки технологии изготовления СмР на основе РТДМетодика оценки изменения ВАХ РТД под действием деградационных процессов вего структуре также может применяться при входном контроле качества РТД с цельюопределения соответствия полученных РТД предъявляемым требованиям по надежности.В третьей части главы приводится разработка технологической операции контролякачества изготовления наноразмерных AlAs/GaAs РТГС на основе метода ИК-СЭ(Рисунок 8а). Данная технологическая операция позволяет определять численныепараметры диффузионных процессов в РТС и приконтактных областях (коэффициентыдиффузии Al и Si в GaAs), а также выдавать информацию о необходимостикорректировки техпроцесса в случае, если требуемая надежность смесителейрадиосигналов на основе AlAs/GaAs РТД не обеспечивается.В четвертой части главы приводится разработка технологической операцииселекции смесительных AlAs/GaAs РТД.

В ее основе лежит принцип ускоренногостарения изделия за счёт воздействия температурного фактора, а также измерения14изменения ВАХ РТД и выходных параметров СмР на его основе в результатетемпературных воздействий (Рисунок 8б). Технологическая операция селекциисмесительных AlAs/GaAs РТД позволит в рамках технологического цикла производстваСмР определять численные значения как индивидуальной, так и групповой надёжностиРТД и СмР на его основе, а также выполнять селекцию образцов по степени ихнадежности. Тем самым, на этапе производства обеспечивается надёжность СмР.В пятой части главы приведены рекомендации по изменению конструктивныхпараметров наноразмерной AlAs/GaAs РТГС с учетом проведенной диагностики иопределенных коэффициентов диффузии с целью повышения надёжности смесителейрадиосигналов на основе РТД.Рисунок 8. Алгоритмы технологических операций контроля качества изготовлениянаноразмерных AlAs/GaAs РТГС для СмР на основе метода ИК-СЭ (а) иселекции смесительных AlAs/GaAs РТД (б)В заключение сформулированы основные выводы и результаты диссертационнойработы:1.