Главная Промышленная автоматика.

Рис. 12.9. Фотография, полученная с помощью оптического микроскопа, показывающая образование соединения Au-Al и обрывов затворов в более поздних моделях малощумящих ПТШ после старения при температуре 250° С в режиме смещения по постоянному току [2]


ляется возможным. Однако показано [ 12], что для каждого отдельного механизма деградации следует ожидать энергию активации примерно 1 эВ (допускается, что ток затвора является темпе-ратурно независимым) и что подобное значение энергии активации обычно наблюдается в случае воздействия обоих механизмов. Значения среднего срока службы имели значительный разброс. На многих пластинах не было обнаружено следов действия ,тих механизмов. В худшем случае, однако, средашй срок службы составлял 4 часа при 250°С (в режиме смещения по постоянному току). Этот факт еще раз доказывает, что качество разработки и способ изготовления должны быть такими, чтобы уменьшилась возможность образования соединения. Кроме того, в связи с тем, что воздействие этих механизмов изменяется от пластины к пластине, должны быть предусмотрены необходимые меры защи-1Ы поверхности прибора. Несколько другие результаты по разрущению laTBopa из-за образования соединения (и по мерам борьбы с этим явлением) представлены в работах [5, 23].

На рис. 12.10 показаны результаты воздействия электролитической корро-1ИИ затвора из А1 малощумящего ПТШ. Приборы выдерживались в течение 18 ч в негерметизированном виде без пассивирующего слоя в атмосфере 45/85 при напряжении смещения на затворе -2В по отношению к стоку, меток оставался неподключенным. Разрушение затвора, очевидно, и ие яв-1яется неожиданным. Более удивительно бьшо обнаружить коррозию затво-

в герметично запаянном, проверенном на отсутствие течи, корпусе, как показано на рис. 12.11 для прибора, выдержанного в течение 1816 чв атмосфере 85/85. В данном случае коррозия была стимулирована следами хлора




Рис. 12.10. Фотография малошумящего ПТШ после 48 ч старения в открытом виде при температуре 85° С и относительной влажности 85%, показывающая электролитическую коррозию затвора из А1 [12

И паров воды, адсорбированными на поверхности кристалла или корпуса перед герметизацией. Подобные случаи электролитической коррозии из-за остатков химических реактивов наблюдались и на кремниевых приборах [19]. Невозможно обеспечить герметичность корпуса ниже минимального уровня, который может быть зафиксирован (1,33 мкПа-л/с). Однако есть сообщения о том, что металлизационные слои затвора, на которых были различимы следы остатков фоторезиста, подвергались очень высокой степени коррозии при выдержке кристалла в герметичных корпусах в атмосфере 85/85 [12]. Следовательно, остатки химических реактивов могут быть ответственными за электролитическую коррозию металлизационных слоев затвора в этих случаях [12].

Электролитическая коррозия может быть значительно ускорена при повышении влажности и температуры главным образом в результате повышения поверхностной электропроводности и прямо пропорциональной зависимости от нее. Определены факторы ускорения в атмосфере 85/85 по отношению к рабочей окружающей среде для различных вариантов герметизации [26]. Хотя абсолютное значение поверхностной проводимости на GaAs может отличаться от таковой на Si, Si3N4 или Aij Оз, зависимость ее от температуры и влажтюс-

Рис. 12.11. Фотография, полученная с помощью сканирующего электронного микроскопа, показывающая коррозию затвора ПТШ после 1816ч старения в герметичном корпусе. Анализ показывает наличие следов хлора в месте коррозии [12]




ги следует ожидать той же самой. Рассмотрено несколько возможных условий работы [12]. Рассчитано, например, что в условиях 30°С/25% (когда аппаратура работает при 60° С, окружающая среда в локальном месте содержит 5% влажности) средний срок службы незащищенного малошумящего GaAs ПТШ с затвором из А1 будет составлять 7 • Юч, что соответствует интенсивности отказов Юч" после 5 лет. При внешних условиях 30° С/100% (что соответствует условиям работы в аппаратуре 60°С/26%) средний срок службы составляет 3,5 Ю"* ч и интенсивность отказов 2 • 10~ ч". Для незащищенного кристалла малошумящего ПТШ, вмонтированного в усилитель, при наличии остатков влаги и хлора интенсивность отказов может достигать 5 • 10" ч". Однако в случае чистого, герметично запаянного прибора эффективность электролитической коррозии может быть значительно снижена и можно добиться полного отсутствия отказов по этой причине.

При сравнительном изучении ПТШ на GaAs с затворами из А1 и тугоплавких металлов также отмечена быстрая коррозия затворов из А1 в условиях повышенной влажности [20]. Отмечено, что при металлизации затворов ту-юплавкими металлами происходит значительно меньше отказов из-за электролитической коррозии, хотя такие затворы также подвержены деградации из-за возникновения мест утечки тока, обусловленной миграцией золота. Интенсивность отказов при этом не определялась.

12.5.3. ПОСТЕПЕННАЯ ДЕГРАДАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ

В ТО время, как описанные механизмы внезапных отказов, связанные в основном с металлизационными слоями, обнаруживаются в приборах как f[a Si, так и на GaAs, механизмы постепенной деградации параметров имеют особенности, присущие только GaAs. Эти последние типы отказов связаны с диффузией примесей или дефектов в объеме GaAs или на его поверхности, а также с взаимной диффузией GaAs и контактирующих с ним металлов.

Сведения о деградации контактов и связанным с этим процессом уменьшением тока /с нас были опубликованы в самой ранней работе по постепенной деградации параметров GaAs ПТШ [4]. Приборы подвергались старе-1ШЮ без подачи напряжения смещения по постоянному току, исследовались также параметры по постоянному току (а не высокочастотные), и было получено значение энергии активации процесса 1,8 эВ. В более поздних исследованиях наблюдались значения энергии активации процесса от 0,8 до 1,1 эВ также в условиях без смещения по постоянному току [24, 41]. Механизм деградации параметров связывался с взаимной диффузией GaAs и металлов омических контактов, рассмотренных в разд. 12.2, и изучался в ряде работ [1 - 3]. Однако в приборах, содержащих эффективный барьер для взаимной диффузии в омических контактах, характер деградационных явлений существенно отличался. Изучались ПТШ, в которых был применен барьер в виде слоя Ag или Ti-Pt между омическим контактом из Au-Ge и последующим 10ЛСТЫМ слоем золота [12]. Результаты исследований постепенной деградации в малошумящих GaAs ПТШ могут быть просуммированы в следующем ииде.





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 [66] 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165

0.0041