Автореферат (1025772)
Текст из файла
На правах рукописиУДК 621.382МАКЕЕВ МСТИСЛАВ ОЛЕГОВИЧРАЗРАБОТКА КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ И СРЕДСТВПОВЫШЕНИЯ НАДЁЖНОСТИ СМЕСИТЕЛЕЙ РАДИОСИГНАЛОВНА ОСНОВЕ РЕЗОНАНСНО-ТУННЕЛЬНЫХ ДИОДОВСпециальность 05.11.14 – Технология приборостроения,05.27.06 – Технология и оборудование для производства полупроводников,материалов и приборов электронной техникиАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание учёной степени кандидата технических наукМосква-2014Работа выполнена в Московском государственном техническом университетеимени Н.Э.
БауманаНаучный руководитель:доктор физико-математических наук,профессорИванов Юрий АлександровичНаучный консультант:кандидат технических наук, доцентМешков Сергей АнатольевичОфициальные оппоненты:Румянцев Константин Евгеньевич, доктор технических наук, профессор,заведующий кафедрой информационной безопасности телекоммуникационных системФГАОУ ВПО "Южный федеральный университет"Сушенцов Николай Иванович, кандидат технических наук, доцент, заведующийкафедрой конструирования и производства радиоэлектронной аппаратуры ФГБОУ ВПО«Поволжский государственный технологический университет»Ведущее предприятие – ФГУП «ЦНИРТИ им. академика А.И. Берга»Защита диссертации состоится «___»_________2014 г.
на заседаниидиссертационного совета Д 212.141.18 в Московском государственном техническомуниверситете им. Н.Э. Баумана по адресу: 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д.5Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просьбавыслать по указанному адресу.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э. Баумана.Телефон для справок 8 (499) 267-09-63Автореферат разослан «___»_________2014г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 212.141.18д.т.н., профессорЦветков Ю.Б.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работыОдним из путей улучшения качества радиоэлектронных систем являетсяиспользование полупроводниковых приборов, функционирующих на основеквантоворазмерных эффектов. К таким приборам относятся резонансно-туннельныедиоды (РТД) на базе многослойных наноразмерных AlAs/GaAs резонансно-туннельныхгетероструктур (РТГС) с поперечным токопереносом.
Малое время туннелированияэлектронов (~ 10-14 с) обеспечивает предельно высокое быстродействие диода(частота ~ 1 ТГц) и подавление дробовых шумов. Изменяя параметры слоев РТГС(толщину, химический состав), можно варьировать форму вольт-ампернойхарактеристики (ВАХ). Такие свойства РТД позволяют создавать на его базе различныенелинейные преобразователи радиосигналов: смесители, выпрямители, умножители игенераторы для диапазонов СВЧ и КВЧ, функциональные характеристики которых могутбыть улучшены за счет оптимизации формы ВАХ нелинейного элемента.Смесители радиосигналов (СмР) конструктивно реализуются в виде монолитнойили гибридной интегральной схемы.
Их конструкция включает в себя подложку, накоторой реализуется интегральная схема, расположенные на ней пассивные элементы и,собственно, диод. Применение смесителя радиосигналов на основе РТД позволяетповысить чувствительность и помехоустойчивость приемника. Вместе с тем задачаобеспечения заданных высоких показателей надёжности СмР на основе РТД нанастоящий момент полностью не решена, между тем как требования к гамма-процентнойнаработке до отказа (Tγ=0,9999) СмР для авиационного приборостроения составляют6…8 лет, для космической отрасли – 13…15 лет.Задача достижения указанных значений показателей надежности СмР может бытьрешена при системном подходе к этой проблеме, основанном на исследованиидеградационных явлений в структуре СмР, определяющих формирование их отказов, сучетом параметров конструкции и технологии изготовления. В конечном итоге этопозволит провести выбор конструкторско-технологических методов и средствповышения надежности СмР на основе РТД.Предварительные исследования, проведённые в МГТУ им.
Н.Э. Баумана, показали,что для СмР основным типом отказов являются постепенные отказы, которые в своюочередь обусловлены процессами старения элементов РТД. В соответствии соструктурой РТД старение происходит в результате деградационных явлений,обусловленных диффузионным размытием в AlAs/GaAs резонансно-туннельнойструктуре (РТС), приконтактных слоях (слои Si-легированного GaAs) и омическихконтактах (ОК). Интенсивность отказов зависит от параметров РТГС, технологии ееизготовления и от конструкции и технологии изготовления ОК.В связи с этим представляется актуальной, имеющей важное научное ипрактическое значение работа, направленная на обеспечение заданного уровнянадежности смесителей радиосигналов на резонансно-туннельных диодах. Еевыполнение предполагает проведение теоретических и экспериментальных исследованийдеградации показателей назначения СмР на основе AlAs/GaAs РТД.Цель диссертационной работыЦелью работы является повышение надёжности смесителей радиосигналов наоснове резонансно-туннельных диодов.Основные задачи исследованияДля достижения поставленной цели необходимо решить следующие основныезадачи:11.
Исследование закономерностей формирования постепенных отказов смесителейрадиосигналов на основе РТД;2. Исследование влияния деградационных явлений в РТС, приконтактных областях иомических контактах РТД на выходные электрические параметры СмР;3. Исследование влияния технологического процесса изготовления на модификациюсвойств резонансно-туннельной гетероструктуры и омических контактовсмесительных РТД с использованием методов ИК-спектральной эллипсометрии(ИК-СЭ) и ускоренного старения полупроводниковых устройств;4. Разработка методик технической диагностики РТД с использованием методовИК-СЭ и ускоренного старения полупроводниковых устройств и методикипрогнозирования надежности смесителей радиосигналов на основе РТД;5. Выбор конструкторско-технологических методов и средств повышениянадежности смесителей радиосигналов на основе AlAs/GaAs РТД.Научная новизнаНовыми научными результатами, полученными автором, являются:1.
Определена физическая сущность процессов, определяющих формированиепостепенных отказов смесителей радиосигналов на основе РТД, в основе которых лежатособенности протекания деградационных процессов как в наноразмерныхполупроводниковых AlAs/GaAs резонансно-туннельных гетероструктурах, так иомических контактах резонансно-туннельных диодов;2. Разработана математическая модель деградационных процессов в РТД,позволяющая проводить оценку дрейфа ВАХ РТД в процессе эксплуатации и связанногос этим изменения выходных электрических параметров СмР, и, соответственно,прогнозировать надежность СмР на основе РТД при различных конструкторскотехнологических решениях изделия.
Модель формализована в виде двух частныхмоделей: математической модели деградации РТГС, определяемой диффузией Al и Si вРТГС, и математической модели деградации контактного сопротивления ОК, связанной сдиффузионным размытием структуры омических контактов.3. Разработан комплекс методик технической диагностики РТД, позволяющийоценить качество их изготовления. Он включает в себя методику диагностики качествананоразмерных AlAs/GaAs РТГС с использованием метода ИК-СЭ, позволяющуюопределять коэффициенты диффузии Al и Si в GaAs, и методику оценки изменения ВАХРТД под действием деградационных процессов в его структуре, позволяющуюопределять зависимость контактного сопротивления ОК от времени и температуры;4.
Разработана методика прогнозирования надежности СмР на основе РТД,включающая в себя моделирование деградационных процессов в РТД, его ВАХ ивыходных электрических характеристик смесителя радиосигналов на основе РТД.Методика позволяет выбирать рациональные конструкторско-технологические решения,обеспечивающие заданный уровень надежности СмР на основе РТД.Практическая ценность работы1.
Разработанный программно-расчетный комплекс dif2RTD позволяет моделироватьВАХ РТД с учетом диффузионных процессов в AlAs/GaAs РТГС и омических контактах.На основе dif2RTD на этапе конструкторско-технологического проектированияпроводится выбор рациональных параметров, а именно толщин и химического составакак РТС, так и приконтактных областей с целью улучшения показателей надежностиРТД и смесителей радиосигналов на их основе;2. Разработан алгоритм выбора вариантов исполнения омических контактовсмесительных РТД с целью поиска ОК с минимальной скоростью термической2деградации при эксплуатации смесительных AlAs/GaAs РТД; выбор проводится на этапеотработки технологии изготовления СмР и реализуется на базе методики оценкиизменения ВАХ РТД под действием деградационных процессов в его структуре;3. Разработан алгоритм выбора режимов технологической операции молекулярнолучевой эпитаксии с учетом технологических особенностей оборудования на этапеотработки технологии изготовления смесительных РТД с целью минимизациидеградации AlAs/GaAs РТС в процессе изготовления и эксплуатации СмР; выборреализуется с применением методики диагностики качества наноразмерных AlAs/GaAsрезонансно-туннельных гетероструктур на основе ИК-СЭ;4.
Разработана технологическая операция контроля качества изготовлениянаноразмерных AlAs/GaAs РТГС на основе ИК-СЭ (на базе разработанной авторомметодики), которая позволяет повысить надежность СмР на основе РТД;5. Разработана технологическая операция селекции смесительных AlAs/GaAs РТД (набазе разработанной автором методики), которая позволяет в рамках технологическогоцикла производства смесителей радиосигналов определять численные значения какиндивидуальной, так и групповой надёжности РТД и СмР на их основе, а такжевыполнять селекцию образцов по степени их надежности.Основные положения, выносимые на защиту:1. Математическая модель деградационных процессов в РТД, состоящая изсуперпозиции моделей диффузии Al и Si в РТС и приконтактных областях и деградацииконтактного сопротивления ОК;2. Результаты теоретических и экспериментальных исследований формированияпоказателей надежности смесителей радиосигналов на основе РТД с использованиемметодов ИК-СЭ и ускоренного старения полупроводниковых устройств, в том числе,экспериментально определенные численные характеристики основных деградационныхпроцессов, происходящих в структуре СмР на основе РТД (активационные параметрыдиффузии Al и Si в РТС и приконтактных областях, а также зависимость контактногосопротивления AuGeNi ОК от времени и температуры);3.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
