pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2019-10-3-253-262pimi-451Research ArticleМетоды измерений, контроля, диагностикиMethods of measurements, monitoring, diagnosticsКонтроль дифференциального сопротивления p–n-переходов биполярного транзистора в активном режиме методом импедансной спектроскопииControlling of Differential Resistance of p–n-Junctions of Bipolar Transistor in Active Mode by Method of Impedance SpectroscopyГорбачукН. И.GorbachukN. I.

Address for correspondence: N.I. Gorbachuk – Belarusian State University, Nezavisimosti Ave., 4, Minsk 220030, Belarus      e-mail: gorbachuk@bsu.by

gorbachuk@bsu.byПоклонскийН. А.PoklonskiN. A.МарочкинаЯ. Н.MarochkinaYa. N.ШпаковскийС. В.ShpakovskiS. V.

ул. Корженевского, 108, г. Минск 220064

ul. Kazintsa, 121A, Minsk, 220108 Belarus

Белорусский государственный университетБеларусьBelarusian State UniversityBelarusИНТЕГРАЛ» – управляющая компания холдинга «ИНТЕГРАЛ»Беларусь“INTEGRAL” JSCBelarus201909092019103253262Copyright © Горбачук Н.И., Поклонский Н.А., Марочкина Я.Н., Шпаковский С.В., 20192019Горбачук Н.И., Поклонский Н.А., Марочкина Я.Н., Шпаковский С.В.Gorbachuk N.I., Poklonski N.A., Marochkina Y.N., Shpakovski S.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://pimi.bntu.by/jour/article/view/451

Контроль параметров готовых транзисторов и межоперационный контроль при их изготовлении являются необходимыми условия выпуска конкурентоспособных изделий электронной промышленности. Традиционно для контроля биполярных транзисторов используются измерения на постоянном токе и регистрация вольт-фарадных характеристик. Проведение измерений на переменном токе позволит получить дополнительную информацию о параметрах биполярных транзисторов.

Цель работы – показать возможности метода импедансной спектроскопии для контроля дифференциального электрического сопротивления p–n-переходов биполярного p–n–p-транзистора в активном режиме.

Методом импедансной спектроскопии исследован p–n–p-транзистор КТ814Г производства ОАО «ИНТЕГРАЛ». На переменном токе в интервале частот 20 Hz–30 MHz определены значения дифференциального электрического сопротивления и емкости p–n-переходов база–эмиттера и база–коллектора при постоянных токах базы от 0,8 до 46 µA.

Результаты работы могут быть использованы при отработке методик выходного контроля дискретных биполярных полупроводниковых приборов.

Controlling of parameters of manufactured transistors and interoperational controlling during their production are necessary conditions for production of competitive products of electronic industry. Traditionally for controlling of bipolar transistors the direct current measurements and registration of capacity-voltage characteristics are used. Carrying out measurements on alternating current in a wide interval of frequencies (20 Hz–30 MHz) will allow to obtain additional information on parameters of bipolar transistors. The purpose of the work is to show the possibilities of the method of impedance spectroscopy for controlling of differential resistance of p–n-junctions of the bipolar p–n–p-transistor in active mode.

The KT814G p–n–p-transistor manufactured by JSC “INTEGRAL” was studied by the method of impedance spectroscopy. The values of differential electrical resistance and capacitance for base–emitter and base–collector p–n-junctions are defi at direct currents in base from 0.8 to 46 µA.

The results of the work can be applied to elaboration of techniques of fi checking of discrete bipolar semiconductor devices.

импедансная спектроскопиятранзисторнеравновесные электроны и дыркиp–n-переходобласть пространственного зарядаimpedance spectroscopytransistornonequilibrium electrons and holesp–n-junctionspace charge regionРабота выполнена при финансовой поддержке ГПНИ «Фотоника, опто- и микроэлектроника» и «Физматтех».The work is supported by the Belarusian National Research Programs “Photonics, opto- and microelectronics” and “Fizmattekh”.ReferencesNg, K.K. Complete guide to semiconductor devices / K.K. Ng. – New York : Wiley, 2002. – xxiv+740 p.Ng K.K. Complete Guide to Semiconductor Devices. New York, Wiley, 2002, xxiv+740 p.Sze, S.M. Semiconductor devices: Physics and technology / S.M. Sze, M.K. Lee. – New York : Wiley, 2012. – x+578 p.Sze S.M., Lee M.K. Semiconductor Devices: Physics and Technology, New York, Wiley, 2012, x+578 p.Nicollian, E.H. The Si-SiO2 interface – electrical properties as determined by metal-insulator-silicon conductance technique / E.H. Nicollian, A. Goetzberger // Bell Syst. Tech. J. – 1967. – Vol. 46, no. 6. – P. 1055–1133. DOI: 10.1002/j.1538-7305.1967.tb01727.xNicollian E.H., Goetzberger A. The Si-SiO2 interface – electrical properties as determined by metalinsulator-silicon conductance technique. Bell Syst. Tech. J., 1967, vol. 46, no. 6, pp. 1055–1133. DOI: 10.1002/j.1538-7305.1967.tb01727.xBaumann, P. Parameterextraktion bei Halbleiterbauelementen. Simulation mit PSPICE / P. Baumann. – Wiesbaden : Springer Vieweg, 2019. – x+191 p. DOI: 10.1007/978-3-658-26574-8Baumann P. Parameterextraktion bei Halbleiterbauelementen. Simulation mit PSPICE, Wiesbaden, Springer Vieweg, 2019, x+191 p. DOI: 10.1007/978-3-658-26574-8Poklonski, N.A. Kinetics of reverse resistance recovery of silicon diodes: The role of the distance the metallurgical p+n-junction–defect layer formed by 250 MeV krypton implantation / N.A. Poklonski [et al.] // Physica B. – 2009. – Vol. 404, no. 23–24. – P. 4667–4670. DOI: 10.1016/j.physb.2009.08.129Poklonski N.A., Gorbachuk N.I., Shpakovski S.V., Filipenia V.A., Skuratov V.A., Wieck A. Kinetics of reverse resistance recovery of silicon diodes: The role of the distance the metallurgical p+n-junction–defect layer formed by 250 MeV krypton implantation. Physica B, 2009, vol. 404, no. 23–24, pp. 4667–4670. DOI: 10.1016/j.physb.2009.08.129Impedance spectroscopy: Theory experiment, and applications / Ed. by E. Barsoukov, J.R. Macdonald. – Hoboken : Wiley, 2018. – xviii+528 p. DOI: 10.1002/9781119381860Impedance Spectroscopy: Theory Experiment, and Applications, ed. by E. Barsoukov, J.R. Macdonald. Hoboken, Wiley, 2018, xviii+528 p. DOI: 10.1002/9781119381860Cho, C.-H. Characterization of electronic structure of silicon nanocrystals in silicon nitride by capacitance spectroscopy / C.-H. Cho [et al.] // Appl. Phys. Lett. – 2010. – Vol. 96, no. 22. – P. 223110 (3 pp.). DOI: 10.1063/1.3431572Cho C.-H., Kim B.-H., Kim S.-K., Park S.-J. Characterization of electronic structure of silicon nanocrystals in silicon nitride by capacitance spectroscopy. Appl. Phys. Lett., 2010, vol. 96, no. 22, pp. 223110 (3 pp.). DOI: 10.1063/1.3431572Поклонский, Н.А. Электропроводность композиционных материалов на основе мелкодисперсного кремния вблизи перехода диэлектрик–металл / Н.А. Поклонский [и др.] // Неорганические материалы. – 2004. – Т. 40, № 11. – С. 1293–1298.Poklonskii N.A., Gorbachuk N.I., Pototskii I.V., Trofimchuk D.A. Electrical conductivity of composite materials based on fine-particle silicon near the metal– insulator transition. Inorg. Mater., 2004, vol. 40, no. 11, pp. 1133–1137. DOI: 10.1023/B:INMA.0000048209.93137.12Winterhalter, J. Analysis of admittance data: Comparison of a parametric and a nonparametric method / J. Winterhalter [et al.] // J. Comput. Phys. – 1999. – Vol. 153, no. 1. – P. 139–159. DOI: 10.1006/jcph.1999.6269Winterhalter J., Ebling D.G., Maier D., Honerkamp J. Analysis of admittance data: Comparison of a parametric and a nonparametric method. J. Comput. Phys., 1999, vol. 153, no. 1, pp. 139–159. DOI: 10.1006/jcph.1999.6269Lauwaert, J. A simple correction method for series resistance and inductance on solar cell admittance spectroscopy / J. Lauwaert [et al.] // Sol. Energ. Mat. Sol. C. – 2010. – Vol. 94, no. 6. – P. 966–970. DOI: 10.1016/j.solmat.2010.01.025Lauwaert J.,Decock K.,Khelifi S., Burgelman M. A simple correction method for series resistance and inductance on solar cell admittance spectroscopy. Sol. Energ. Mat. Sol. C., 2010, vol. 94, no. 6, pp. 966–970. DOI: 10.1016/j.solmat.2010.01.025Poklonski, N.A. Impedance and barrier capacitance of silicon diodes implanted with high-energy Xe ions / N.A. Poklonski [et al.] // Microelectron. Reliab. – 2010. – Vol. 50, no. 6. – P. 813–820. DOI: 10.1016/j.microrel.2010.02.007Poklonski N.A., Gorbachuk N.I., Shpakovski S.V., Filipenia V.A., Lastovskii S.B., Skuratov V.A., Wieck A., Markevich V.P. Impedance and barrier capacitance of silicon diodes im-planted with high-energy Xe ions. Microelectron. Reliab., 2010, vol. 50, no. 6, pp. 813–820. DOI: 10.1016/j.microrel.2010.02.007Поклонский, Н.А. Эквивалентная схема замещения кремниевых диодов, облученных высокими флюенсами электронов / Н.А. Поклонский [и др.] // ЖТФ. – 2010. – Т. 80, № 10. – С. 74–82.Poklonski N.A., Gorbachuk N.I., Shpakovski S.V., Wieck A. Equivalent circuit of silicon diodes subjected to high-fluence electron irradiation. Tech. Phys., 2010, vol. 55, no. 10, pp. 1463–1471. DOI: 10.1134/S1063784210100117Волков, А.С. Анализ экспериментальных результатов по модели Гавриляка–Негами в диэлектрической спектроскопии / А.С. Волков [и др.] // Оптика и спектроскопия. – 2018. – Т. 124, № 2. – C. 206–209.Volkov A.S., Koposov G.D., Perfil’ev R.O., Tyagunin A.V. Analysis of еxperimental results by the Havriliak–Negami model in dielectric spectroscopy. Opt. Spectrosc., 2018, vol. 124, no. 2, pp. 202–205. DOI: 10.1134/S0030400X18020200Kowal, J. Model parameterization of nonlinear devices using impedance spectroscopy / J. Kowal, D. Hente, D.U. Sauer // IEEE T. Instrum. Meas. – 2009. – Vol. 58, no. 7. – P. 2343–2350. DOI: 10.1109/TIM.2009.2013927Kowal J., Hente D., Sauer D.U. Model parameterization of nonlinear devices using impedance spectroscopy. IEEE T. Instrum. Meas., 2009, vol. 58, no. 7, pp. 2343–2350. DOI: 10.1109/TIM.2009.2013927Kavasoglu, A.S. Simulation for capacitance correction from Nyquist plot of complex impedance– voltage characteristics / A.S. Kavasoglu, N. Kavasoglu, S. Oktik // Solid-State Electron. – 2008. – Vol. 52, no. 6. – P. 990–996. DOI: 10.1016/j.sse.2008.02.004Kavasoglu A.S., Kavasoglu N., Oktik S. Simulation for capacitance correction from Nyquist plot of complex impedance–voltage characteristics. Solid-State Electron., 2008, vol. 52, no. 6, pp. 990–996. DOI: 10.1016/j.sse.2008.02.004Campbell, D. Evaluation of possible equivalent circuits for the description of the CV characteristics of heavily irradiated Si diodes / D. Campbell, A. Chilingarov, T. Sloan // Nucl. Instrum. Meth. A. – 2005. – Vol. 552, no. 1–2. – P. 152–157. DOI: 10.1016/j.nima.2005.06.024Campbell D., Chilingarov A., Sloan T. Evaluation of possible equivalent circuits for the description of the CV characteristics of heavily irradiated Si diodes. Nucl. Instrum. Meth. A, 2005, vol. 552, no. 1–2, pp. 152–157. DOI: 10.1016/j.nima.2005.06.024

The authors declare that there are no conflicts of interest present.