Ахрамовіч Л Н, Зуєв С А, Старостенко В В, Терещенко В Ю Таврійський національний університет ім В І Вернадського пр Вернадського, 4, м Сімферополь, 95007, Україна e-mail: sa_zuev@tnucrimeaua Чурюмов Г І

Харківський національний університет радіоелектроніки Пр Леніна, 14, м Харків, 61166, Україна e-mail: churyumov @ kture kharkov ua Борисов A A, Петров A M

ΦΓΎΠ 22 ЦНДІ Міноборони Росії, e-mail: starostenko@crimeacom

Анотація – У роботі наводяться результати чисельних розрахунків впливу неоднорідності активної області кремнієвого ПТШ на розвиток електротеплових процесів в кристалі транзистора від початку лавинного пробою до катастрофічного теплового пробою приладу, що настає при досягненні значень температури решітки в області токового шнура, відповідній температурі плавлення Au – підкладки затвора

I                                       Введення

Вплив зовнішніх імпульсних електромагнітних полів (ІЕМП) на РЕА призводить до того, що до приладів, складовим елементну базу, прікпа-дивает додаткові напруги, що призводять до напружених струмовим режимам, збоїв і катастрофічних відмов приладів В якості характеристики стійкості дискретних приладів використовується критерій Вунша-Белла [1, 2] В [3] показано, що для ПТШ залежність Вунша-Белла виконується задля питомої поверхневої потужності струму, а для питомої обємної потужності P / V = ​​f (x), τ – тривалість імпульсу напруги, при якій прилад виходить з ладу Розрахунки, з використанням чисельної моделі ПТШ на Si і GaAs [4], були проведені в припущенні однорідності структури активної області

Наявність дефектів у вигляді неоднорідності концентрації домішок в каналі транзистора може приводити до зміни як його ВАХ, так і порогових значень пробійного напруги Наявність неоднорідностей різного типу, у вигляді ділянки з надмірною або недостатньою щільністю носіїв в області каналу, може надавати різний вплив на характеристики транзистора

Метою даної роботи є дослідження за допомогою чисельної моделі [4] впливу неоднорідності активної області ПТШ на такі характеристики в напружених струмових режимах як ВАХ і критеріальна залежність Вунша-Белла

II                              Основна частина

При проведенні чисельного експерименту використовувалася модель ПТШ [4] з наступною геометрією: довжина затвора – 0,2 мкм, активні області витоку і стоку – однакові, розміри інших областей вказані на рис1, довжина каналу становила 1 мкм Затвор, матеріал металізації – Au з подслоем з W, знаходився посередині каналу Початкова температура кристала 293 К Рівні легування шарів Si: – буферний шар – 10 ^ ^ м ^, пканал – 10 ^ ^ м ^, – контактний шар – 3-10 ^ ^ м ^

У центрі каналу транзистора штучно задавався дефект вигляді області розміром до 20% з надмірною (150% – 1,5-10 ^ ^ м ^) або недостатнім (70% – 7 · 10 ^ ^ м ^) легированием щодо η

Рис 1 Топологія моделируемого ПТШ

Fig 1 Geometry of Schottky FET

В якості початкових умов задавалося відповідне легуванню розподіл носіїв струму Після того, як в процесі моделювання формувалася реальна функція розподілу, вкпючался імпульс поля у вигляді функції Хевісайда, який імітував вплив на прилад ІЕМП

Рис 2 Вихідні характеристики ПТШ

Fig 2 Output characteristics of Schottky FET

Отримано вольтамперні характеристики модельованого приладу при різних рівнях легування області внутріканальной неоднорідності (рис2) Розрахунки проводилися аж до настання пробою Фіксувалося час виходу транзистора з ладу при різних напружених пробою Відповідні залежності наведено на рис 3

Криві 3, 4 на рис2 відповідають однорідному каналу Як видно, при напружених понад 1,2 В починається пробій транзистора, подальше збільшення напруги на стоці призводить до катастрофічного відмови, зумовленого перегрівом в області токового шнура Криві 1, 2 отримані з урахуванням неоднорідності в каналі, моделированной впровадженням у центр каналу області з надмірною концентрацією лрімесей У цьому випадку крутизна характеристики дещо вищі, стоковий струм більше Збільшення струму стоку в області робочих налряженій, у разі дефекту з надмірною легуванням, обумовлено долол-чої генерацією електронів з області дефекту Однак збільшене число розсіяння в каналі лріводіт до збільшення коефіцієнта шуму і вигину ло-лочки ВАХ лрі робочих налряженіях (рис2) Лавинний лробой в даному випадку починається раніше, зародження лавини лроісходіт в області дефекту, лріводіт до швидкого лерегреву всієї зони канал-стік і катастрофічного відмови Дані висновки лод підтверджуються і лолученнимі критеріальними залежностями Вунша-Белла Крива 2 на рісЗ відповідає однорідному каналу, а крива 1 лолучена з урахуванням дефекту у вигляді області з надмірною легуванням в каналі, лрі цьому час виходу транзистора з ладу менше ніж у випадку однорідного каналу

При наявності дефекту у вигляді області з недостатнім легуванням, збільшення струму стоку (криві 5, 6 на рис2) обумовлено збільшенням довжини вільного лролета носіїв струму в каналі Електрони лролетая канал лрактіческі НЕ іслитивают зіткнень з іонами лрімесі, відповідно, час релаксації імлульса більше і вони услевают набрати велику енергію В результаті лавинний лробой починається в області стоку, нерівноважні електрони услевают швидко лоласть на стік, струмовий шнур лолучается коротким, і лробой не несе настільки різкий і критичний характер (крива 3 на рісЗ) Час виходу транзистора з ладу в цьому випадку більше, ніж у двох інших В області робочих налряженій наявність дефекту з недостатнім легированием лріводіт до погіршення чутливості транзистора (криві 5, 6 на рис2)

Рис 3 Залежності потужності пробою ПТШ від тривалості імпульсу

Fig 3 Threshold Failure Levels of Schottky FET

III                                  Висновок

Наявність неоднорідності в каналі транзистора лріводіт до погіршення підсилювальних характеристик, знижує лороговое налряженіе лробоя, однак наявність дефекту у вигляді збідненого області в каналі лріводіт до більш повільного перебігу лробоя і транзистор може витримати зовнішній вплив більший час

IV                           Список літератури

[1] D С Wunsch, R R Bell Determination of Threshold Failure Levels of Semiconductor Diodes and Transistor Due to Pulsed Voltage / / IEEE Trans On Nucl Sci – 1968 NS-15, N6 – P244-256

[2] J Antlnone Electrical Overstress Protection for Electronic Devices 1986, New York – p387

[37 Зуєв С Λ, Старостенко В В, Терещенко В Ю, Чурю-мое Г І, УнжаковД А, Гоігорьев Є В Лавинний пробій в riTLU на GaAs за результатами чисельного моделювання / / Прикладна радіоелектроніка – 2005 – T4, № 3-с353-357

[4] Зуєв С А, Старостенко В В, Терещенко В Ю, Чурюмов Г І, Шадрін А А Модель flTLU субмікронних розмірів на кремнії Ч1, 2 / / Радіоелектроніка та інформатика, № 3, 4 – 2004 – С 47 – 53, С17-21

INFLUENCES OF THE SILICON SCHOTTKI FET ACTIVE AREA IRREGULARITY UPON VOLT-AMPERE CHARACTERISTICS AND WUNSCH-BELL DEPENDENCY

Akhramovich L N, Zuev S A,

Starostenko V V, Tereschenko V Y

Vernadsky Tavrical National University 4, Vernadski Str, Simferopol, 95007, Ukraine e-mail: starostenko@crimeacom Churyumov G I,

Harkiv National University of Radio Electronics 14, Lenin Str, Harkiv, 61166, Ukraine e-mail: churyumov@kture kharkov ua Borisov A A, Petrov A M

PGUP 22 CSII Department of Military of Russia e-mail: starostenko@crimea com

Abstract – In the paper the results of numerical calculations of heterogeneity influence of active area silicon FET on development of electrothermal processes in a crystal ofthe transistor from the beginning of avalanche breakdown before catastrophic thermal breakdown of the device stepping at achievement of values of a lattice temperature in the current cord area, the appropriate temperature effusion Au of substrate are presented

I                                        Introduction

Influence of external pulse electromagnetic fields (PEF) on radio electronic equipment results to the additional voltage resulting to intense current modes, failures and catastrophic refusals of devices making element base As stability characteristic of discrete devices is used criterion Wunsch-Bell [1, 2] [3] shows that Schottky FET dependency Wunsch-Bell is executed for three- dimensional power P/V = f(x),x – duration ofthe voltage pulse, under which transistor is damaged Presence defect in the manner of the concentration implant irregularity in channel of the transistor can bring to change of its voltage-current characteristics and breakdown voltage value The purpose of given work is a study of the active area Schottky FET irregularity influence on voltage- current characteristics and Wunsch-Bell dependency

II                                       Main Part

In the numerical experiment model of FET [4] with the following geometry was used: gate length – 02 mkm, active areas of the drain and source – alike, sizes of the rest areas is specified on Fig 1, length ofthe channel equal ^mkm Gate was found in the middle ofthe channel, material is Au with thin skin of W Initial temperature of lattice is 293 K The implant level of

layers Si: n“ – a buffer layer-10^^ m^, n -a channel-10^^ m^, n^

–   layer -3×10^^ m^ Defect was artificially assigned in the centre the channel in the manner of area by size before 20 % with surplus (150% – 1,5×10^^ M^) or insufficient (70% – 7×10^^ m^) doped level comparatively n

The characteristics of transistor are obtained at miscellaneous doped levels of irregularity in channel (Fig 2) The calculations were conducted up to approach breakdown Time of the transistors’ damage was fixed under different voltages breakdown The corresponding dependencies are brought on Fig 3

III                                      Conclusion

Presence of irregularity in transistors channel brings to deterioration amplifier characteristics and reduces the breakdown voltage Presence of the defect in the spatial charge area in channel brings to slow breakdown current and transistor can keep the external influence for greater time

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р