Методы и средства измерения шумовых и малосигнальных параметров мощных биполярных транзисторов для целей контроля их качества

• Автор: Дулов, Олег Александрович
• Шифр специальности: 05.11.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Ульяновск
• Количество страниц: 169 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Неразрушающий контроль качества мощных биполярных ВЧ и СВЧ транзисторов по шумовым и малосигнальным параметрам

1.1. Конструкционно-топологические и функциональные

особенности мощных ВЧ и СВЧ биполярных транзисторов

1.2. Контроль качества МБТ по нелинейностям ВАХ и

малосигнальным параметрам

1.2.1. Контроль тепловых и предельных параметров МБТ

1.2.2. Контроль качества МБТ по производным ВАХ

1.2.3. Контроль качества МБТ по малосигнальным параметрам

1.3. Контроль качества мощных транзисторов по собственным шумам
1.3.1. Виды шумов в мощных биполярных транзисторах
1.3.2. Эквивалентные шумовые схемы и шумовые параметры МБТ
1.3.3. Модели связи шумовых параметров с дефектами приборов
1.4. Анализ методов измерения шумовых параметров транзисторов
1.4.1. Метод непосредственной оценки
1.4.2. Корреляционный метод
1.4.3. Шумовые измерения в импульсном режиме
1.4.4. Измерение эквивалентного шумового напряжения е2

и эквивалентного шумового тока i
1.5. Выводы 38 Глава 2. Оптимизация процедуры и средств экспериментального исследования шумовых параметров мощных ВЧ и СВЧ транзисторов
2.1. Измерение шумовых параметров методом непосредственной оценки
2.2. Измерение шумовых параметров методом удвоения
2.2.1. Схема и процедура измерения
2.2.2. Оценка статистических погрешностей при измерении шумов методом удвоения
2.3. Экспериментальная установка и методика исследования собственного шума МБТ
2.3.1. Требования к каскадам усиления и преобразования шумового сигнала
2.3.2. Описание экспериментальной установки
2.4. Результаты экспериментального исследования собственного шума мощных ВЧ и СВЧ транзисторов
2.5. Выводы
Глава 3. Диагностика неоднородного токораспределения в мощных биполярных транзисторах на основе двухсекционной эквивалентной шумовой схемы
3.1. Особенности расчета шумовых параметров современных

биполярных транзисторов
3.2. Теоретическое обоснование метода: двухсекционная шумовая
модель мощного биполярного транзистора
3.3. Оценка возможностей и погрешностей метода
3.4. Выводы
Глава 4. Контроль однородности токораспределения мощных биполярных транзисторов по зависимости коэффициента внутренней обратной связи hl2E от напряжения коллектора
4.1. Влияние неоднородного токораспределения в транзисторных структурах на коэффициент внутренней обратной связи по напряжению
4.1.1. Анализ стационарного неизотермического токораспределения в симметричных транзисторных структурах с дефектами
4.1.2. Зависимость коэффициента внутренней обратной связи
по напряжению от коллекторного напряжения в МБТ с дефектами
4.1.3. Устойчивость токораспределения в структурах мощных биполярных транзисторов с дефектами
4.2. Контроль тепловых свойств мощных транзисторов по малосигнальным параметрам
4.2.1. Измерение теплового импеданса транзисторов
4.2.2. Применение комбинации гармонической и линейно нарастающей греющей мощности
4.3. Автоматический контроль температурной границы области безопасных режимов мощных биполярных транзисторов
4.4. Выводы
Глава 5. Экспериментальное исследование информативности шумовых и малосигнальных параметров для целей отбраковки мощных биполярных транзисторов
5.1. Выбор и обоснование информативных параметров
5.2. Экспериментальная проверка информативности предложенных шумовых параметров мощных биполярных транзисторов
5.3. Отбраковка мощных транзисторов по совокупности
тепловых и шумовых параметров
5.4. Методики отбраковки потенциально ненадежных мощных транзисторов
5.5. Выводы
Заключение
Список литературы
Приложения

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Постоянное повышение требований к качеству и надежности радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) определяет необходимость разработки и совершенствования методов и средств неразрушающего контроля качества изделий электронной техники (ИЭТ) [16, 19, 30, 70, 103]. Неразрушающие методы контроля (МНК) не изменяя качества, ресурса и характеристик изделия, позволяют по косвенным признакам обнаруживать скрытые дефекты.
Эффективность применения МНК определяется прежде всего правильным выбором информативных параметров, с учетом функциональных особенностей и условий применения конкретного типа приборов. Задача разработки МНК состоит не только в установлении аналитической или корреляционной связи между дефектами прибора и информативным параметром, но и в определении оптимальных режимов измерения этого параметра для повышения эффективности контроля [25 29, 82, 92, 133].
За последнее десятилетие в работах Г.Б. Сердюка, Г.П. Жигальского М.И. Горлова, А.В Якимова и др. активное развитие получили МНК ИЭТ по электрическим шумам и эффектам нелинейности [23-26,45-47,54,89,90,122,137]. Интерес к этим методам обусловлен тем, что они достаточно универсальны, поскольку шумы и нелинейности ВАХ присущи всем элементам и несут информацию о самых разнообразных дефектах изделий. В последние годы эти методы получили широкое экспериментальное подтверждение на различных классах элементов: тонкопленочных резисторах [47], МДП-структурах [21,45,136], контактных соединениях и диодах Шоттки [46], а также на аналоговых и цифровых интегральных схемах [24-26,46].
Особое место среди полупроводниковых приборов занимают мощные ВЧ и СВЧ транзисторы. Они широко применяются в современной РЭА различного назначения (генераторах, усилителях и преобразователях сиг-

А[гф)-и~ г)] с малой частотой повторения. Основной усилитель включается на время действия второй половины каждого импульса. Отсюда вытекает требование г, = 0,5 т и, поскольку скорость затухания переходного процесса определяется параметром //()о , то должно выполняться условие, что отношение/(дт/Оо достаточно велико. Практически при относительно небольших О о требуется иметь /0>100/т.
1.4.4. Измерение эквивалентного шумового напряэ!сения е2 и эквивалентного шумового тока г2
Эквивалентное шумовое напряжение и эквивалентный шумовой ток могут быть определены с помощью установки, структурная схема которой приведена на рис. 1.16. [97], путем сравнения мощности шума с мощностью известного сигнала на выходе усилителя при соответственно короткозамкнутом и разомкнутом входах усилителя.
Рис. 1.16. Структурная схема установки для измерения эквивалентного шумового напряжения и эквивалентного шумового тока.
Генератор низкой частоты (ГНЧ) вырабатывает сигнал, калиброванный по частоте и амплитуде и поступающий на вход усилительного каскада на исследуемом транзисторе через сопротивление ЛГ. Напряжение на сопротивлении нагрузки контролируемого транзистора усиливается ма-лошумящим усилителем. Избирательный усилитель (активный фильтр) выделяет сигнал в заданной полосе частот. В качестве выходного индикатора используется квадратичный электронный вольтметр.
Выполнение условия короткого замыкания на входе испытуемого транзистора IIг ю «гБ +гэ(к21э +1) позволяет достаточно точно измерить
эквивалентное шумовое напряжение е2 , существенно превышающее тепловой