Пасынков.Полупроводниковые приборы (1084497), страница 57
Текст из файла (страница 57)
Например, пылинка, осевшая иа поверхность фоторезиста, приводит к тому, что под ней фоторезист ие засвечивается, а следовательно, ие полимеризуется. После травления оксида иа месте, где находилась пылинка, получается отверстие. Не допустить дефекты такого рода можно, создав соответствующую чистоту в производственных помещениях. Растрескиваиие кристалла чаще всего является следствием разинцы в температурных коэффициентах линейного расширения полупроводника и электродного материала.
Такой вид отказов характерен для мощных транзисторов, и, чтобы ие допустить этих дефектов, применяют, например, термокомпенсирующие прокладкии. 275 К особому виду катастрофических отказов транзисторов относятся те, которые связаны с эффектами шнуроваиия тока (см. $3.13). Так как в месте шнурования развивается очень высокая температура, оиа может приводить к плавлению электродного материала. Расплавленная область прорастает через базу н обусловливает короткое замыкание эмиттера с коллектором. Условные отказы Катастрофические отказы не являются основными для транзисторов — на нх долю приходится примерно 20% всех наблюдаемых отказов. В основном же отказы транзисторов обусловлены постепенным изменением параметров сверх допустимых отклонений.
В транзисторах практически не наблюдается каких-либо объемных 1.7рд (рйбйбйбйа йтл Рп процессов, приводящих к изменению !/г параметров. Токи транзистора являются чисто электронными, в них нет каких-либо ионных составляюдш щнх, а используемые примеси имеют йд4 при рабочей температуре транзи- стора ничтожные коэффициенты йа диффузии. Поэтому постепенные из- менения параметров транзисторов л связаны с явлениями на поверхности рис. 4.57. ОбобШсииая зааиси- ПОЛУПРОВОДНИКИ. мость интенсивности отказов В ПРИНцИпе ВлняНИе СОСтОяиня транзисторов от нормалнзован- поверхнОсти на параметры транзииой температур" пр" Разлимных стора подобно аналогичному влия- ассеяиня к >>в>>синильно дону НИЮ У ПОЛУП)7ОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ сенной мощности иа коллекторе (см. лх 3.14). Однако следует заметить, что помимо изменения токов переходов (кво, (кэо, (квк для транзисторов характерно и изменение коэффициента передачи, связанное с изменением скорости поверхностной рекомбинации.
Одной из причин изменения состояния поверхности, вызывающей изменения параметров транзисторов, является наличие следов влаги в баллоне. Особенно сильно это сказывается на параметрах сплавных транзисторов. Стабильность параметров существенно улучшается, когда в корпусе помещается влагопоглотитель (цеолит), но даже такая мера иногда может быть недостаточно эффективной, если прибор подвергается циклическим изменениям температуры. При этом происходит перераспределение влаги между влагопоглотителем и поверхностью полупроводника, что достаточно для изменения параметров транзистора.
Другой причиной изменения состояния поверхности, характерной для планарных транзисторов, является движение ионов щелочных металлов в слое оксида, особенно заметное при подаче напряжения и высокой температуре. 276 Таблица 4.2 Влияние внешних факторов на транзисторы Вызываемые или ускоряемые процессы Внешнее воздействие Типичные дефекты Высыхание зашитиых покры- сий и нх деформация Выделение газов Расплавление припоя Растрескнванне кристалла Миграция ионов примесей и влаги Изменение параметров полупроводника Повышенная температура Необратимый тепловой пробой Увеличение обратных токо Потеря герметичности Обрывы и короткие замыка- ния внутренних выводов Конденсация влаги Растрескиваиие кристалла Изменение злектрофизичесских параметров полупровод- ника Пониженная температура Уменьшение пробивного напряжения Снижение козффициеито передачи Потеря герметичности Обрывы и короткие замыка- ния внутренних выводов Изменение параметров Нестаг>нльность параметро Коррозия выводов и корпуса Повреждения лакокрасочиых покрытий Повышенная влажность Адсорбция и абсорбция влаги Химические реакнии с влагой- ЭЛЕК7РОЛНЗ Коррозия Механические напряжении Растрескнваиие кристалла Рвстрескивание и деформация зашнтных покрытий Потеря герметичиосги Обрывы и короткие замыка- ния внутренних выводов Изменение параметров Резкие изменения температуры Перегрев кристалла Ухудшение теплоотдачн Пониженное давление Механические напряжения Усталость Механические ускоренна Обрывы и короткие заимка.
иия выводов Потеря герметичности 277 К снижению надежности транзисторов могут приводить неблагоприятные условия работы — большая рассеиваемая мощность, повышенная температура, вибрация и т. д. Особенно сильным оказывается такое влияние, когда режим работы транзистора приближается к предельно допустимому. На рис. 4.57 показана обобщенная зависимость интенсивности отказов от отношения рабочей мощности рассеяния, отнесенной к максимально допустимой мощности на коллекторе, и от нормализованной температуры: н т,„т,„' где Т„е — рабочая температура; Т,„— максимально допустимая температура; Т,„— температура, начиная с которой по техническим условиям требуется снижение электрического режима.
М ?а а" р,нграрунг Рнс. 4.58. Относительное изменение коэффициента передачи тока базы в зависимости от дозы нейтронов для низкочастотных и высокочастотных транзисторов Причиной отказов транзистора бывают механические перегрузки прн постоянных ускорениях свыше 1О 000а и ударных нагрузках свыше 1000сг. В табл. 4.2 обобщены факторы внешней среды, влияющие иа параметры транзисторов. Отказы полупроводниковых приборов могут происходить не только при их эксплуатации в неблагоприятных условиях, но и при хранении. При изучении влияния радиации иа надежность полупроводниковых приборов следует различать временные и необратимые изменения параметров.
Временные изменения наблюдаются во время воздействия у-радиации и связаны в основном с появлением избыточной концентрации носителей заряда в объеме полупроводника, что обусловливает, дк к д??уг например, рост обратного тока. Обрагвшг м " ' тимым может быть также влияние ? 8?иг нонизации газа в объеме баллона транйр 9,6 зистора. Однако при этом возможно оседание ионов на поверхность полупро- 8,4 водника, что приводит к длительным из- 67 мененням параметров транзисторов. Облучение тяжелыми частицами р г (нейтронами) приводит к образованию различных дефектов в объеме полупроводника (см.
$ 9.10). При этом могут происходить необратимые изменения параметров транзисторов; например, из-за появления новых рекомбииациоиных ловушек может снижаться коэффициент передачи (рис. 4.58). Более высокая радиационная стойкость высокочастотных транзисторов связана с меньшей толщиной базы и, следовательно, с меньшей вероятностью появления в ией дефектов. 1О. В чем отличке коэффициента передачи тока эмнттера одномерной теоре1нческой модели транзистора н коэффициента передачи тока эмиттера реального транзистора? 11. Как и почему коэффициент передачи тока эмиттера зависит от постоянного |ока эмнттера? 12.
Какие физические процессы происходят в транзисторе при его пробое, если он включен по схеме с общей базой н с общим эмнттером? 13. Почему прн включении транзистора в скему, находящуюся под напряжением, надо первын подключить вывод базы, а потом остальные выводы? 14.
Чем вызван вторичный пробой в транзисторах? 15. Какие явления мо~ут возникать в транзисторе при больших плотностях ~ока эмнттера? 16. Какими параметрамн можно характеризовать частотные свойства транзищораэ дайте определения этих параметрон. 17. Почему прн большом входном сигнале коллекториый переход транзистора может оказаться смещенным в прямом направлении, если полярность внешнегр источника напрнження в цепи коллектора с сопротивлением нагрузки соответствует обратному включению этого перехода? 18 В чем особенности структуры н конструкции мощнык транзисторов? 19. Какова прирола шумов. возникающих в транзисторах? 20.
Обьясннте принцип действия однопереходного транзистора. Коигрольиые вопросы 1. Каким образом в транзисторе происходит усиление «лектрнческнх колебаний по мощности? 2. Почему транзистор, включенный по схеме с общим эмнттером, может обеспечить усиление по току? 3.
По какнн причинам в базе транзистора вознниает электрическое поле? 4. Какие физические процессы происходят в транзисторе прн его пробое, если он включен во схемам с общей базой и с общим эмнттером? 5. Как обьяснить вид входных н выходных статических характеристик транзистора, включенного по схемам с обшей базой н общим эмиттером? 6. Какие факторы определяют инерционное~э трннзнсторн прн его работе на высоких частотах? 7.
Каине сущесгвуют снстены малосигнальных параметров транзистора н в чем преимущества системы Л-параметров? 8. Какие существуют эквивалентные схемы гранзнстора? 9. Что такое одномерная теоретическая модель транзистора? 278 ГЛОВО Тиристоры $5л. диОдные тиристОры Структура и принцип действия 280 гю тпристор — это полэпроводщиовьпэ прибор с двумя сотой щвыии состояниямть имезощще три (нли более) выпрямлщощих перехода, который монет не рек, початься зп закрытого состозщпя в открытое п наоборот. Днощсьв( тнрпстор (дзпшстор) — это гнристор, имспяпщз два вьщода, через которые проходит няк основной ток, так и ток управления. Структура диодного тиристора состоит нз четырех областей полупроводника с чередующимся типом электропроводиости (рис.
5.1). Кроме трех выпрямляющих переходов диодный тиристор имеет два омических перехода. Один из омических переходов расположен между крайней и-областью и металлическим электродом, который называют катодом. Другой омический переход расположен между крайней р-областью и металлическим электродом, который называют анодом. Вначале рассмотрим процессы, происходящие в тиристоре при подаче на него прямого напряжения, т. е. при положительном потенциале иа аноде. В этом случае крайние р-н-переходы смещены а прямом направлении, поэтому их называют эмиттерными; средний р-н-переход смещен в обратном направлении, поэтому его называют коллекгорным. Соответственно в таком приборе существуют дае эмиттерные области (и- и р-эмиттеры) и две базовые области (р- и н-базы).
Ббльшая часть внешнего прямого напряжения падает на коллекторном переходе, так как он смещен в обратном направлении. Поэтому первый участок прямой ветви ВАХ тиристора похож на обратную ветвь ВАХ выпрямительного диода. С увеличением анодного напряжения, приложенного между анодом и катодом, увеличивается прямое напряжение и на эмиттерных переходах. Электроны, инжектированные из и-эмиттера а р-базу, диффундируют к коллекторному переходу, втягиваются полем коллекторного перехода и попадают в и-базу. Дальнейшему продвижению элек- Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
