close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Электро- термо- и фотоактивирующие процессы при прогнозировании и обеспечении требуемых энергочастотных и деградационных параметров светоизлучающих и СВЧ-генерирующих гетероструктур на основе твердых растворов (AlGaIn)N

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Евсеенков Антон Сергеевич
ЭЛЕКТРО-, ТЕРМО- И ФОТОАКТИВИРУЮЩИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ
ПРОГНОЗИРОВАНИИ И ОБЕСПЕЧЕНИИ ТРЕБУЕМЫХ
ЭНЕРГОЧАСТОТНЫХ И ДЕГРАДАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ
СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ И СВЧ-ГЕНЕРИРУЮЩИХ ГЕТЕРОСТРУКТУР
НА ОСНОВЕ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ (AlGaIn)N
05.27.01 – Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микрои наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах
Автореферат
диссертации на соискание учёной степени
кандидата технических наук
Санкт-Петербург – 2018
Работа
выполнена
в
федеральном
государственном
автономном
образовательном учреждении высшего образования «Санкт-Петербургский
государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова
(Ленина) (СПБГЭТУ «ЛЭТИ») на кафедре микро- и наноэлектроники.
Научный Руководитель: заведующий кафедрой квантовой электроники и оптико-электронных
приборов
Санкт-Петербургский
государственный
электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина), доктор
технических наук, доцент, Тарасов Сергей Анатольевич
Официальные оппоненты:
Каргин Николай Иванович, Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский
ядерный университет «МИФИ», директор Института нанотехнологий в электронике, спинтронике и фотонике, доктор технических наук, профессор;
Малеев Николай Анатольевич, старший научный сотрудник Федерального
государственного бюджетного учреждения науки Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе Российской академии наук, кандидат технических наук.
Ведущая организация: Федеральное государственное автономное научное
учреждение Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники
имени В.Г. Мокерова Российской академии наук, г. Москва.
Защита диссертации состоится «11» октября 2018 г. в 14 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 212.238.04 Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина) по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 5.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им.
В.И. Ульянова (Ленина)» и на сайте университета www.eltech.ru в разделе
«Подготовки кадров высшей квалификации» - «Объявление о защитах»
Автореферат разослан «06» июля 2018 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета Д 212.238.04
д.ф.-м.н., профессор
Мошников В.А
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы исследования. В современной электронной промышленности
активно используются твердые растворы полупроводниковых соединений AIIIBV. Особое место данная материальная база заняла в создании светодиодов (СД) и HEMT (High
Electron Mobility Transistor) транзисторов. При росте генерируемой световой и СВЧ
(сверхвысокие частоты) мощности на первое место в таких приборах выходит проблема влияния процессов самонагрева в результате токопереноса, а также изменения
температур внешней среды и рабочей области гетероструктуры на характеристики прибора. При длительной эксплуатации прибора существенным является вопрос деградации и надежности. Характеристики прибора в этом случае могут выйти за пределы технического задания, в результате чего возможен отказ всей функциональной системы,
что является недопустимым для данного класса приборов.
Одним из наиболее важных преимуществ твердых растворов AlxGa1-xN при
создании светоизлучающих приборов является возможность управления шириной
запрещенной зоны в широком диапазоне – от 3,4 до 6,2 эВ за счет регулирования в
твердом растворе доли нитрида алюминия (при увеличении его доли ширина
запрещенной зоны растет, что позволяет уменьшить длину волны излучения). Это
позволяет создавать светодиоды и ультрафиолетового, и видимого диапазона. Кроме
того, этот диапазон можно расширить, используя квантовые ямы и другие
конструктивные особенности гетероструктур. Это дает существенные преимущества
по сравнению со светодиодами на основе арсенидов, на основе которых невозможно
получить коротковолновые излучатели, в связи со слишком малой шириной
запрещенной зоны.
СВЧ-генерирующие гетероструктуры на основе нитридов системы AlxGa1-xN также
актуальны для применения в СВЧ усилительных устройствах. Это объясняется
совокупностью достоинств гетероструктур на основе нитридов перед
гетероструктурами на основе более узкозонных материалов, к примеру арсенидами.
Высокие концентрации электронов канале в сочетании с большой удельной
мощностью и повышенными пробивными напряжениями позволяют обеспечить в
СВЧ-генерирующих гетероструктурах на основе GaN на порядок раз большую
плотность мощности, чем с применением ближайших аналогах внутри той же группы
материалов AIIIBV - гетероструктурах на основе арсенидов. Благодаря этому
представляется возможным упрощение топологии интегральных микросхем
усилителей мощности, повышение мощности, эффективности, а также
миниатюризация конечных устройств. На сегодняшний день технологии создания
устройств на основе нитридов развились достаточно для широкого практического
применения мощных СВЧ-генерирующих гетероструктур и монолитных интегральных
схем в промышленном производстве.
И в светоизлучающих, и в СВЧ-генерирующих приборах на основе нитридов одним
из важнейших вопросов является их деградация при длительной эксплуатации. В этом
случае характеристики устройства могут выйти за пределы допустимых значений, а в
худшем случае произойдет отказ прибора в целом. Таким образом, оперативная оценка
качества и стабильности устройства является приоритетной задачей при создании
нитридных транзисторов и светодиодов.
Целью исследования являлась разработка методов оценки и прогнозирование
качества и управления энергетическими характеристиками мощных светоизлучающих
и СВЧ приборов на основе твердых растворов системы (AlGaIn)N.
3
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
1. Разработка метода прогнозирования качества светоизлучающих и СВЧгенерирующих гетероструктур на основе твердых растворов системы (AlGaIn)N за счет
применения многоступенчатой электротренировки (электростимуляции)
2. Разработка метода прогнозирования и обеспечения требуемых энергочастотных
параметров светоизлучающих и СВЧ-генерирующих гетероструктур на основе твердых растворов системы (AlGaIn)N за счет применения термотренировки (термостимуляции)
3. Разработка метода прогнозирования качества светоизлучающих и СВЧгенерирующих гетероструктур на основе твердых растворов системы (AlGaIn)N за счет
применения фотоактивации (фотостимуляции).
4. Уменьшение степени деградации светоизлучающих и СВЧ-генерирующих гетероструктур на основе твердых растворов системы (AlGaIn)N и определение основных
причин деградации устройств.
Объектом исследования являлись светоизлучающие и СВЧ-генерирующие
гетероструктуры на основе твердых растворов (AlGaIn)N.
Предметом исследования являлись свойства и характеристики созданных
светоизлучающих и СВЧ-генерирующих гетероструктур на основе твердых растворов
(AlGaIn)N.
Методы
исследования.
При
выполнении
работы
использовались
экспериментальные методы исследований, в том числе измерение и анализ
электрических, температурных, фотоэлектрических и иных характеристик
светоизлучающих и СВЧ-генерирующих гетероструктур на основе твердых растворов
(AlGaIn)N, а также сопоставление полученных результатов с литературными либо
расчетными данными.
Основные положения, выносимые на защиту направленны на системное
взаимодополняющее исследование процессов термической, электрической и
фотостимуляции в качестве эффективных технолого-диагностических факторов для
прогнозирования и обеспечения требуемых энергочастотных и деградационных
параметров приборов на постростовом этапе технологии создания гетероструктур на
основе твердых растворов (AlGaIn)N:
1. Экспериментально установлено, что при создании мощных светоизлучающих и
СВЧ-генерирующих гетероструктур на основе твердых растворов (AlGaIn)N
многоступенчатая электротренировка (электростимуляция) является эффективным
методом прогнозирования качества гетероструктуры на постростовом этапе
технологии за счет контроля интенсивности возникающих процессов ускоренной
деградации.
2. Экспериментально установлено, что при создании мощных светоизлучающих и
СВЧ-генерирующих гетероструктур на основе твердых растворов (AlGaIn)N
предварительная термотренировка (термостимуляция) значительно снижает
проявление эффекта саморазогрева активных областей приборов и, как следствие,
улучшает их энергочастотные характеристики, а также обеспечивает увеличение
сроков эксплуатации при минимизации деградационных процессов.
3. Экспериментально установлено, что при создании мощных СВЧ-генерирующих
гетероструктур на основе твердых растворов (AlGaIn)N фотостимуляция границы
раздела AlGaN/Si3N4 в диапазоне от 280 до 600 нм, обеспечивающая контролируемую
оптическую активацию поверхностных ловушек, является эффективным методом
4
прогнозирования качества гетероструктуры на постростовом этапе технологии,
определяя
необходимость
дополнительного
использования
процедуры
термостимуляции с целью обеспечения требуемых энергочастотных и деградационных
характеристик приборов.
Научная новизна работы определяется следующими положениями:
1. Проведен комплексный анализ факторов, влияющих на энергочастотные и
деградационные параметры мощных светоизлучающих и СВЧ-генерирующих
гетероструктур на основе твердых растворов (AlGaIn)N, что позволило разработать
методы создания данного класса приборов с заданными характеристиками.
2. Разработаны методики быстрого анализа энергочастотных и деградационных
параметров светоизлучающих и СВЧ-генерирующих гетероструктур на основе
твердых растворов (AlGaIn)N и методики контроля их качества на основе анализа
отклика на стимуляционные воздействия.
3. Разработан метод повышения равномерности распределения энергочастотных
параметров светоизлучающих и СВЧ-генерирующих гетероструктур на основе
твердых растворов (AlGaIn)N внутри производственных партий приборов.
4. Разработаны стимуляционные методики контроля светоизлучающих и СВЧгенерирующих гетероструктур на основе твердых растворов (AlGaIn)N, позволяющие
совершать их отбраковку на постростовом технологическом этапе производства.
Обоснованность и достоверность полученных научных результатов
подтверждается сопоставлением полученных экспериментально данных с
результатами измерений независимыми методами и современными литературными
данными.
Научная и практическая значимость работы сводится к следующему:
1. Разработан метод оценки качества и деградационной устойчивости светоизлучающих и СВЧ-генерирующих гетероструктур на основе твердых растворов (AlGaIn)N
через оценку температуры рабочей области.
2. Разработаны методы управления энергочастотными характеристиками мощных
светоизлучающих и СВЧ- генерирующих гетероструктур на основе твердых растворов
(AlGaIn)N.
3. Разработаны методики ускоренных испытаний светоизлучающих и СВЧгенерирующих гетероструктур на основе твердых растворов (AlGaIn)N, которые имитировали деградацию устройств в рабочем режиме эксплуатации в течение длительного времени и способные выявить основные причины деградации гетероструктур.
4. Разработан метод уменьшения степени деградации светоизлучающих и СВЧгенерирующих гетероструктур на основе твердых растворов (AlGaIn)N за счет применения методики термостимуляции.
5. Разработан метод диагностики качества структур посредством фотостимуляции,
позволяющий оценить необходимость использования дополнительных технологических операций, оказывающих термостимуляционный эффект
6. Созданы светоизлучающие и СВЧ-генерирующие гетероструктуры на основе
твердых растворов (AlGaIn)N с улучшенными энергочастотными и деградационными
характеристиками
7. Повышена однородность распределения энергочастотных параметров СВЧгенерирующих гетероструктур на основе твердых растворов (AlGaIn)N, созданных на
подложках Al2O3 или SiC внутри одной партии приборов, а также повышен выход годных устройств
5
8. Создана тест-система для измерения основных энергочастотных и деградационных параметров светоизлучающих и СВЧ-генерирующих гетероструктур на основе
твердых растворов (AlGaIn)N, и диагностики их качества.
Внедрение результатов исследования
Результаты работы используются при производстве светодиодов и транзисторов, и
их диагностики в АО «Светлана-Электронприбор», чтении лекций, проведении
практических занятий и включены в цикл лабораторных работ по дисциплинам
«Квантовая и оптическая электроника», «Полупроводниковые оптоэлектронные
приборы» и «Фотоника» бакалаврской и магистерской подготовок по направлению
«Электроника и наноэлектроника» на кафедре Микро- и наноэлектроники СПбГЭТУ
«ЛЭТИ».
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях:
 5th International Symposium on Growth of III-Nitrides (ISGN-5) (Saint-Petersburg,
2012 г.);
 14-ая Международная научная конференция Физика Диэлектриков, С.-Петербург, Россия, РГПУ им. А.И. Герцена
 International Conference on Optoelectronics, Photonics, Engineering and Nanostructures «Saint-Petersburg OPEN 2015–2017» (Saint-Petersburg, 2015–2017 гг.);
 IEEE NW Russia Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering Conference (EIConRusNW) 2014, 2015, 2016, 2017
 Международная Зимняя Школа по физике полупроводников. (Санкт-ПетербургЗеленогорск, 2015 г.)
 Конференции по физике и астрономии для молодых ученых Санкт-Петербурга
и Северо-Запада «Физика.СПб» (Санкт-Петербург, 2014–2017 гг.);
 I-ый Всероссийский научный форум «Наука будущего - наука молодых», ПРОРЕГИОН (г. Севастополь, 2015 г.)
 14-я, 15-я, 16-я научная молодежная школа «Физика и технология микро- и наносистем» (Санкт-Петербург, 2012 – 2015 гг.);
 67-я, 68-я, 69-я, 70-я, 71-ая Научно-техническая конференция профессорскопреподавательского состава СПбГЭТУ «ЛЭТИ»
Основные теоретические и практические результаты диссертации опубликованы
в 20 научных статьях, 12 из которых зарубежные, индексируемые в базах данных Web
of Science и Scopus, 6 в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных в перечне
ВАК, 2 статьи в других журналах.
В список работ также входит 2 объекта интеллектуальной собственности.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения и списка используемой
литературы, включающего 75 наименований. Общий объем работы составляет 93
страницы машинописного текста. Работа содержит 76 рисунков и 5 таблиц.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обосновывается актуальность проводимых в работе исследований,
сформулированы цель и задачи работы, излагаются её научная новизна, практическая
значимость и представленные к защите научные положения.
Первая глава работы носит обзорный характер и посвящается литературным
данным по особенностям светоизлучающих и СВЧ-генерирующих гетероструктур на
6
основе твердых растворов (AlGaIn)N, обзор современных публикаций, рассматривающих проблему их создания.
В параграфе 1.1 рассмотрены варианты создания светоизлучающих гетероструктур с эпитаксиальными слоями (AlGaIn)N. Рассмотрены основные особенности
работы светодиодов на основе нитридов. Показано, что светоизлучающие гетероструктуры на основе твердых растворов (AlGaIn)N являются актуальным вариантом для ультрафиолетовой области спектра.
В параграфе 1.2 были рассмотрены принцип работы и особенности СВЧгенерирующих гетероструктур. Показано, что транзисторы на основе твердых растворов AlGaN являются перспективным вариантом для создания мощных СВЧгенерирующих устройств и имеют ряд критических преимуществ относительно наиболее близкого типа материалов - арсенидов. Проведен обзор современной литературы
по CВЧ-генерирующим структурам на основе твердых растворов (AlGaIn)N.
В параграфе 1.3 были рассмотрены особенности современного производства
светоизлучающих и СВЧ-генерирующих гетероструктур на основе нитридов. Показаны особенности используемой группы материалов и влияние ее выбора на характеристики конечных приборов. Проведен обзор современной литературы, описывающей
технологические особенности создания устройств светоизлучающих и СВЧгенерирующих гетероструктур на основе твердых растворов (AlGaIn)N.
В параграфе 1.4 были рассмотрены особенности деградации светоизлучающих
и СВЧ-генерирующих гетероструктур на основе нитридов. Показаны основные проблемы при длительной эксплуатации приборов. Рассмотрены различные способы
оценки степени деградации светоизлучающих и СВЧ-генерирующих приборов, а также
основные подходы к ее минимизации.
Параграф 1.5 содержит основные выводы по первой главе
Вторая глава посвящена такому методу прогнозирования качества и деградационной устойчивости светоизлучающих и СВЧ-генерирующих гетероструктур на основе твердых растворов (AlGaIn)N в постростовой этап технологии, как электростимуляция. Рассмотрены проводимые натуральные и ускоренные электростимуляционные
испытания, а также способы контроля интенсивности возникающих процессов деградации. Представлены описания используемого оборудования, исследуемых структур и
полученных результатов исследования.
В параграфе 2.1 описываются светоизлучающие и СВЧ-генерирующие
гетероструктуры на основе твердых растворов (AlGaIn)N, созданные для
эксперимента, а также их основные энергочастотные характеристики до деградации.
Параграф 2.2 посвящён исследованию основных закономерностей деградации
светоизлучающих и СВЧ-генерирующих гетероструктур на основе твердых растворов
(AlGaIn)N. Для этого были проведены деградационные испытания и выявлены основные явления, приводящие к ухудшению энергочастотных параметров приборов и их
отказу с течением времени. Для ультрафиолетовых светоизлучающих гетероструктур
за 100 часов ускоренной деградации мощность излучения падала более чем в 5 раз, а
пиковая длина волны сдвигалась в длинноволновую область (рис. 4.1). Для меньшей
концентрации нитрида алюминия в активной зоне и соответственно при сдвиге в синий
диапазон излучения степень деградации энергочастотных параметров уменьшалась, и
падение мощности излучения снижалось вплоть до 20%.
7
Рис.2.1.
Ускоренная
деградация Рис.2.2 Потеря мощности во время
спектральных характеристик светодиодов в ускоренной деградации светоизлучающей
течение 100 часов
гетероструктуры в течение 100 часов
Для транзисторов происходили аналогичные процессы. Потери мощности могли
составлять до 25%, в разы увеличивались токи утечки, уменьшались токи насыщения.
Изменения параметров транзистора или светодиода в таком порядке сделало бы весь
прибор непригодным к использованию. Отдельные образцы претерпевали
необратимые отказы.
Параграф 2.3 посвящён
ускоренной деградации
энергочастотных
характеристик, вызванных ступенчатой электростимуляцией, сильно превышающей
стандартные режимы работы светоизлучающих и СВЧ-генерирующих гетероструктур
на основе твердых растворов (AlGaIn)N.
Для того, чтобы оперативно получать информацию о деградационной устойчивости гетероструктур, были разработаны ускоренные методы тестирования, которые
также позволяют определить устойчивость характеристик к деградации, но значительно более быстрым способом, а также с возможностью проведения измерений до
полного завершения технологического производственного цикла. Таким образом, разработанную методику можно было использовать в процессе как постоперационного,
так и межоперационного контроля. С этой целью были разработаны электростимуляционные ускоренные методы тестирования. Основная концепция метода - путем ступенчатого увеличения непрерывной электрической нагрузки прибора регистрировать
его основные рабочие характеристики вплоть до достижения экстремальных электрических нагрузок на прибор во время его работы. По итоговым значениям деградации
характеристик, а также значениям нагрузки, при которых начинается резкая деградация прибора (рис. 2.4), возможно определить качество гетероструктуры.
Рис.2.3. Вольт-временная характеристика Рис.2.4. Зависимость тока затвор-исток от
при
воздействии
методом напряжения затвор-исток при ускоренной
электростимуляции
на
нитридные деградации
СВЧ-генерирующих
гетероструктуры
гетероструктур на основе нитридов
8
В случае светоизлучающих гетероструктур также подавалась увеличивающаяся
ступенчатая нагрузка, но, в отличии от транзисторов, шаг менялся и составлял 0.10.05 В, а диапазон напряжений был значительно меньше и не превышал 3 В, что
связано с отличительной особенностью работы прибора. Светодиоды отказывали при
таком режиме чаще транзисторов, и претерпевали существенную деградацию
энергочастотных параметров.
Для проверки методики в одной партии приборов часть подвергалась
ускоренным деградационным испытаниям, а часть проходили только стандартные
тесты после завершения производства. Наблюдалась явная корреляция между
стандартными тестами в рабочих режимах и ускоренными деградационными
испытаниями, что говорит о возможности использования данного метода в качестве
межоперационного контроля по отбраковке ненадежных приборов на основе твердых
растворов (AlGaIn)N.
Параграф 2.4 содержит основные выводы по второй главе
Третья глава посвящена такому методу оценки качества и деградационной
устойчивости светоизлучающих и СВЧ-генерирующих гетероструктур на основе твердых растворов (AlGaIn)N, как термостимуляция. Также она была рассмотрена в качестве одного из методов борьбы с деградацией, которая позволила увеличить стабильность характеристик приборов при их длительной работе. Показано, что путем термостимуляции возможно повысить однородность распределения энергочастотных характеристик внутри одной партии гетероструктур. Представлены описания созданного
экспериментального стенда, используемого оборудования, исследуемых структур и полученных результатов исследования.
В параграфе 3.1 описываются светоизлучающие и СВЧ-генерируюзщие
гетероструктуры на основе твердых растворов (AlGaIn)N, созданные для
эксперимента, а также их основные энергочастотные характеристики до деградации.
В параграфе 3.2 описывается методика измерений температурных параметров
светоизлучающих и СВЧ-генерирующих гетероструктур на основе твердых растворов
(AlGaIn)N, а также способы их термостимуляции. Подробно рассматриваются результаты исследования методом термостимуляции светодиодных и транзисторных структур на основе твердых растворов (AlGaIn)N. Рассмотрено влияние температуры активной области во время работы прибора на деградационную устойчивость его характеристик. Показано влияние кванторазмерного эффекта Штарка на анализ результатов параметров светодиодов, и способы учета данного эффекта.
В параграфе 3.3 подробно рассмотрено исследование влияния процесса
термического воздействия на характеристики и деградационную устойчивость
светоизлучающих и СВЧ-генерирующих гетероструктур на основе твердых растворов
(AlGaIn)N. Показано, что данным технологическим приемом можно не только
повысить надежность прибора, но и улучшить его энергочастотные характеристики, а
также равномерность их распределения внутри одной партии приборов.
9
Рис.3.1. Диаграмма изменения мощности Рис.3.2.
Зависимость
мощности
транзисторов с выборки в 9 транзисторов с транзисторов от времени тестирования
одной пластины
при непрерывном режиме работы
Термостимуляция проводилась при температурах от 200 до 400 градусов
Цельсия. Время технологической операции составляло от 15 минут до 5 часов.
При проведении термостимуляции с готовыми приборами за время испытаний,
деградация мощности снизилась с 25% до 2.5%, а при включении этого
технологического приема в постростовой процесс производства деградация составила
менее 1%. Для светоизлучающих гетероструктур применение той же методики
термостимуляции давало схожие результаты. При 250 градусах Цельсия они
увеличивали деградационную устойчивость, но при этом светодиоды уменьшили свою
интенсивность излучения на 10%, полуширина излучения также увеличилась, а пик
излучения сдвигался в сторону более низких энергий. Однородность распределения
энергочастотных параметров по подложке также улучшалась.
В параграфе 3.4 подробно рассмотрено влияние процесса термического
воздействия при термостимуляции транзисторов на подзатворный диэлектрик – Si3N4.
Изменения ИК-спектров поглощения, показателя преломления и перераспределение
связей Si-N и Si-H говорит об изменении структуры нитрида кремния в процессе
термостимуляции – водород уходит в основном из N-H связей. Также после
термического воздействия улучшаются изоляционные качества диэлектрика. Данный
эффект повторяется и при изменении мощности и температуры осаждения
диэлектрика. Это говорит о том, что термостимуляция играет первостепенную роль при
управлении параметрами диэлектрика. Диэлектрик был осажден при температуре 300
градусов Цельсия, мощность генератора плазмы – 5 ватт. Термостимуляция
проводилась при температуре от 200 до 400 градусов Цельсия. Время технологической
операции составляло от 15 минут до 5 часов.
Рис.3.3. Диаграмма откликов ИК-Фурье Рис.3.4.
Влияние термостимуляции
на
спектрометрии при различном времени вольтамперную характеристику затвор-сток
термостимуляции нитрида кремния.
транзистора
10
Параграф 3.5 содержит основные выводы по третьей главе.
Четвертая глава посвящена такому методу оценки качества и деградационной
устойчивости СВЧ-генерирующих гетероструктур на основе твердых растворов
(AlGaIn)N, как фотостимуляция. Рассмотрены проводимые стандартные и ускоренные
электростимуляционные испытания. Представлены описания используемого оборудования, исследуемых структур и полученных результатов исследования.
В параграфе 4.1 описываются СВЧ-генерирующие гетероструктуры на основе
твердых растворов (AlGaIn)N, созданные для эксперимента.
В параграфе 4.2 представлены результаты по такому методу оценки качества и
деградационной устойчивости светодиодных и транзисторных структур на основе
твердых растворов AlxGa1-xN, как фотостимуляция. На основании проводимого
тестирования может приниматься решение о необходимости проведения операции
термостимуляция.
Была создана измерительная приставка к зондовой станции, позволяющая
воздействовать на транзисторы излучением от 2 до 4.4 эВ. Мощность излучения были
заранее была нормирована в интегрирующей сфере.
Рис.4.1. Спектры различных режимов работы фотостимуляционной установки
Параграф 4.4 содержит результаты применения разработанного метода в производственной практике на примере СВЧ-генерирующих устройств на основе твердых
растворов (AlGaIn)N.
Исследование показали, что одним из вкладов термостимуляции в увеличение
мощности СВЧ-генерирующих гетероструктур является уменьшение количества
поверхностных ловушек на границе полупроводник/нитрид кремния, энергия
активации которых равна 2.4 эВ. Данная операция была проделана для
термостабилизированных и нетермостабилизированных транзисторов. Поверхностные
ловушки, активируемые оптическим путем, возможно пассивировать температурным
воздействием, оставив только собственное поглощение полупроводника. Время
релаксации в зависимости от энергии активации – различна и составляет от 15 до 25 с.
Рис.4.2. Диаграмма добавочной мощности
транзисторов при фотостимуляции с
различной энергией фотонов.
Рис.4.3. Зависимость дополнительной
мощности от времени после окончания
фотостимуляции
11
В параграфе 4.5 представлены выводы по главе 4 и описание основных результатов.
В заключении сформулированы наиболее важные результаты исследований.
Как главное практическое применения разработанных методик показаны улучшение
выхода годных создаваемых гетероструктур за 2 года.
Таблица 1.1 Параметры созданных транзисторных структур на частоте 9 ГГц
Таблица 1.2. Параметры созданных светодиодных структур
Таблица 1.3. Выход годных СВЧ-генерирующих гетероструктур на производстве в течение
2-х лет при разной ширине затвора.
12
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
В ходе диссертационной работы были получены следующие основные результаты:
1.
Разработан метод оценки качества и деградационной устойчивости светоизлучающих и СВЧ-гетероструктур на основе твердых растворов (AlGaIn)N через
оценку температуры рабочей области.
2.
Разработаны методы управления энергетическими характеристиками
мощных светоизлучающих и СВЧ-гетероструктур на основе твердых растворов
(AlGaIn)N.
3.
Разработаны методики ускоренных испытаний светоизлучающих и СВЧгенерирующих гетероструктур на основе твердых растворов (AlGaIn)N, которые имитировали деградацию устройств в рабочем режиме эксплуатации в течение длительного времени, способные выявить основные деградационные характеристики и определить основные причины деградации гетероструктур.
4.
Разработан метод уменьшения степени деградации светоизлучающих и
СВЧ-генерирующих гетероструктур на основе твердых растворов (AlGaIn)N за счет
применения методики термостимуляции.
5.
Разработан метод диагностики качества структур посредством фотостимуляции, позволяющий оценить необходимость использования дополнительных технологических операций, оказывающих термостимуляционный эффект
6.
Созданы светоизлучающие и СВЧ-генерирующие гетероструктуры на основе твердых растворов (AlGaIn)N с улучшенными энергочастотными и деградационными характеристиками
7.
Повышена однородность распределения энергочастотных параметров
СВЧ-генерирующих гетероструктур на основе твердых растворов (AlGaIn)N, созданных на подложках Al2O3 или SiC внутри одной партии приборов, а также повышен выход годных устройств
Также была создана тест-система для измерения основных энергочастотных и
деградационных параметров светоизлучающие и СВЧ-генерирующие гетероструктуры
на основе твердых растворов (AlGaIn)N, и диагностики их качества.
13
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ АВТОРА ПО ТЕМЕ РАБОТЫ
Охранные документы интеллектуальной собственности:
A1.
Государственная регистрация программы для ЭВМ 2015611764,
Российская Федерация, МПК A 61 N 5 / 06. Расчет вывода излучения из светодиодной структуры методом Монте-Карло. / А.С. Евсеенков, В.И. Зубков; заявитель
и патентообладатель СПбГЭТУ «ЛЭТИ». – №2014662728; заявка 10.12.2014;
опубл. 05.02.2015.
A2.
Полезная модель 175693 Российская Федерация, МПК A 61 N 5 /
06. Устройство для загара на основе ультрафиолетовых светодиодов [Текст] / А.С.
Евсеенков; заявитель и патентообладатель А.С. Евсеенков. – №2017110561; заявка
29.03.2017; опубл. 14.12.2017.
Статьи в изданиях, индексируемые
в базах данных Web of Science и Scopus:
A3.
Investigation of temperature characteristics of UV-LEDs with different
GaN/AlGaN heterostructures [Text] / A. S. Evseenkov, S. Yu. Kurin, P. O. Tadtaev, S.
A. Tarasov and A. V. Solomonov// Journal of Physics: Conference Series. – 2016. – V.
769. – P. 012053.
A4.
Selective Au-AlGaN photodetectors for the 350 - 370 nm wavelength
range [Text] / S. M. Altimime, A. S. Evseenkov, I. I. Mikhailov, S. A. Tarasov, I. A.
Lamkin, M. Y. Andreev, A. V. Solomonov and S. Yu. Kurin // Journal of Physics: Conference Series. – 2016. – V. 769. – P. 012054.
A5.
The thermal characteristics of superlattice structures based on AlGaInN
solid solution [Text] / A. S. Evseenkov, S. A. Tarasov, A. V. Solomonov, S. M. Altimime and A. S. Obukhova // Journal of Physics: Conference Series. – 2016. – V. 741.
– P. 012209.
A6.
The efficiency of GaN/AlGaN p-n heterostructures in UV spectral
range [Text] / S. Yu. Kurin, A. S. Usikov, B. P. Papchenko, H. Helava, Yu. N.
Makarov, A. S. Evseenkov, S. A. Tarasov and A. V. Solomonov// Journal of Physics:
Conference Series. – 2016. – Vol. 741. – P. 012107.
A7.
The efficiency of UV LEDs based on GaN/AlGaN heterostructures
[Text] A. S. Evseenkov, S. A. Tarasov, S. Yu. Kurin, A. S. Usikov, B. P. Papchenko, H.
Helava, Yu. N. Makarov and A. V. Solomonov// Journal of Physics: Conference Series.
– 2015. – Vol. 661. – P. 012038.
A8.
Improving the efficiency of emission extraction from nitride LED structures with textured interfaces [Text] / A. S. Evseenkov, I. A. Lamkin, S. A. Tarasov and
A. V. Solomonov// Journal of Physics: Conference Series. – 2015. – Vol. 643. – P.
012033.
A9.
Selective photodiodes for ultraviolet based on metal-AlGaN solid solutions/ / A. S. Evseenkov; I. A. Lamkin; A. V. Solomonov // Proceedings of the 2016
IEEE North West Russia Section Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering Conference. – 2016. – P. 65 – 67.
A10.
The modeling of the light output of blue LEDs based on GaN/AlGaN
by Monte Carlo simulation/ A. S. Evseenkov; I. A. Lamkin; A. V. Solomonov// Proceedings of the 2016 IEEE North West Russia Section Young Researchers in Electrical
and Electronic Engineering Conference. – 2016. – P. 39 – 41.
14
A11.
The efficiency of UV LEDs based on GaN/AlGaN heterostructures/ A.
S. Evseenkov; S. A. Tarasov; I. A. Lamkin; A. V. Solomonov; S. Yu. Kurin// Proceedings of the 2015 IEEE North West Russia Section Young Researchers in Electrical and
Electronic Engineering Conference. – 2015. – P. 27 – 29.
A12.
Temperature characteristics super lattices based on solid solution AlGaInN A. S. Aglikov; A. S. Evseenkov; A. S. Obukhova; S. A. Tarasov// Proceedings
of the 2016 IEEE North West Russia Section Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering Conference. – 2016. – P. 12 – 15.
A13.
Monte-Carlo simulation of the radiation output from a led structure
with textured interfaces/ V.I. Zubkov, A.S. Evseenkov, T.A. Orlova, A.V. Zubkova//
Russian Physics Journal. – 2015. – Т. 58. № 8. P. 1172 – 1180.
A14.
Efficiency of UVA LEDs grown by hvpe in relation with the active region thickness/ Kurin S., Antipov A., Barash I., Roenkov A., Makarov Y., Usikov A.,
Helava H., Solomonov A., Tarasov S., Evseenkov A., Lamkin I.// Physica Status Solidi
(C) Current Topics in Solid State Physics. – 2015. – Т. 12. № 4-5. P. 369 – 371.
A15.
Detection methods of intense areas and identification of the reasons of
HEMT transistors failure/ N. V. Permiakov; A. S. Evseenkov; S. A. Tarasov; Al. V.
Solomonov; V. A. Moshnikov; I. A. Lamkin// 2017 11th International Workshop on the
Electromagnetic Compatibility of Integrated Circuits (EMCCompo). – 2017. – P. 112 –
114.
A16.
Simulation of electric field distribution in GaN HEMTS for the onset of
structure degradation/ V. G. Tikhomirov; A. Gudkov; V. Petrov; S. Agasieva; A. Zybin;
V. Yankevich; A. Evseenkov// 2017 11th International Workshop on the Electromagnetic Compatibility of Integrated Circuits (EMCCompo). – 2017. – P. 112 – 114.
A17.
The sensitivity research of multiparameter biosensors based on HEMT
by the mathematic modeling method / V G Tikhomirov, A G Gudkov, S V Agasieva, E
N Gorlacheva, V D Shashurin, A A Zybin, A S Evseenkov, Y M Parnes// 2017 J. Phys.:
Conf. Ser. 917 042016
A18.
Effect of thermal stabilization on surface traps in the HEMT-transistors
based on AlGaN/SiC / A S Evseenkov, S A Tarasov, V G Tikhomirov, V E Zemlyakov// 2017 J. Phys.: Conf. Ser. 917 082014
Статьи в отечественных изданиях, рекомендованных ВАК:
A19.
Моделирование методом Монте-Карло вывода излучения из светодиодной структуры с текстурированными интерфейсами [Текст] / В.И. Зубков,
А.С. Евсеенков, Т.А. Орлова, А.В. Зубкова // Известия высших учебных заведений. Физика. – 2015. – № 8. – С. 123 – 130.
A20.
Модификация структуры слоев нитрида кремния при низкотемпературном отжиге HEMT-транзисторов на основе AlGaN/SiC [Текст] /А.С. Евсеенков, С.А. Тарасов, В.Г. Тихомиров // В сборнике: ФИЗИКА ДИЭЛЕКТРИКОВ
(ДИЭЛЕКТРИКИ-2017) Материалы XIV Международной конференции. – 2017. –
С. 120 – 121.
A21.
Влияние низкотемпературного отжига на низкочастотные и СВЧпараметры AlGaN/GaN транзисторов [Текст] /А.С. Евсеенков, В.Г. Тихомиров,
В.Е. Земляков, С.А. Тарасов, Я. М. Парнес, Н. К. Баловнев, Е. Е. Куртеев, А.Н.
Лубяной // Нанотехнологии: разработка, применение - XXI век. – 2017. – Т. 9, С.
19 – 22.
15
A22.
Каков срок службы высокотехнологичного лабораторного оборудования? / Могильников Ю., Быков В., Петров С., Евсеенков А. // Наноиндустрия.
2014. № 3 (49). С. 26-32.
16
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа