WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     ||
|

область р-типа (чувствительный элемент, подложка)

>105

область р+-типа

>106

область n+-типа

>106

Так как для любого полупроводника характерно наличие носителей двух типов, то происходит частичная компенсация термоэлектрических токов электронов и дырок, и тогда результирующее значение термо-ЭДС Е будет определяться выражением:

,

где Ер и Еn – термо-ЭДС, обусловленные движением дырок и электронов соответственно; р и n – подвижности дырок и электронов соответственно; р и n – концентрации дырок и электронов соответственно.

Для каждого из значений Ер и Еn математическое выражение можно записать в следующем виде:

, (1)

где k - постоянная Больцмана; е – заряд электрона; Т – разность температур между холодным и горячим контактами полупроводника; r – параметр рассеяния; - эффективная масса для плотности состояний; h – постоянная Планка; Т – температура полупроводника; n – концентрация носителей заряда.

а) б)

Рис.2. Результаты измерения микротермо-ЭДС: а) в области подложки р-типа: Y1 – для недеформированных кристаллов; Y2 – для кристаллов с внутренними напряжениями; б) в области чувствительного элемента р-типа: V1 – для недеформированных кристаллов; V2 – для кристаллов с внутренними напряжениями

Пользуясь формулой (1) и предполагая, что механизм рассеяния носителей заряда остается постоянным для всех исследуемых образцов и протекает на нейтральных атомах примеси, т.е. значения r1 = r2 = -0,5, было определено, что механические напряжения, а также связанные с ними структурные несовершенства, приводят к увеличению концентрации носителей в 1,27 раза - для области подложки р-типа и в 1,25 раза - для области чувствительного элемента р-типа. Также было сделано предположение, что различие термо-ЭДС для исследуемых кристаллов связано с изменением механизма рассеяния. Основываясь на результатах металлографических исследований, в ходе которых дефекты были идентифицированы как дислокации, для расчетов было принято, что рассеяние носителей заряда происходит на дислокациях, и тогда параметр рассеяния для деформированных кристаллов был принят равным r2 = -1. Тогда увеличение концентрации носителей составит в деформированном кристалле в 2,1 раза для области подложки и в 2,07 раза для области чувствительного элемента.

Однако в реальных кристаллах одновременно могут существовать несколько механизмов рассеяния. Поэтому фактическое изменение концентрации носителей заряда будет лежать в пределах 1,28 – 2,1 раза для области подложки и 1,26 – 2,07 для области чувствительного элемента. Также следует отметить, что по предложенной математической модели оценки влияния внутренних напряжений на изменение концентрации носителей заряда, для исследуемых кристаллов было определено, что при наличии напряженных состояний происходит увеличение концентрации носителей заряда в 1,26 раза, что хорошо согласуется с полученными экспериментальными величинами. Таким образом, наиболее вероятной причиной изменения термо-ЭДС для исследуемых кристаллов является увеличение концентрации электронов, что позволяет говорить о акцепторно-донорном влиянии имеющихся в кристалле дефектов.

В четвертой главе приводятся рекомендации по оптимизации процесса производства полупроводниковых датчиков на основе результатов диссертационной работы. Описываются способы практического использования разработанных методик и полученных на их основе закономерностей деградации полупроводниковых чувствительных элементов датчиков Холла.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

На основе проведенных исследований поставленная в работе цель была достигнута. Главными выводами диссертационной работы являются следующие:

1. Установлено, что основной причиной деградации полупроводниковых датчиков Холла, используемых в автомобильной электронике, является образование структурных несовершенств на финишных операциях сборки приборов и в процессе эксплуатации.

2. Разработан алгоритм определения величины упругих механических напряжений в чувствительных элементах датчиков, с помощью которого определены напряжения в исследуемом кремниевом элементе датчиков Холла 3,2106 – 2,9107 Па и их распределение по всему элементу.

3. Разработана методика определения зависимости электрофизических свойств от уровня внутренних напряжений в полупроводниковых чувствительных элементах.

4. Разработана экспериментальная методика металлографического исследования структуры чувствительных элементов. Установлена плотность дефектов на стадиях жизненного цикла рассматриваемых датчиков Холла. Дефекты были идентифицированы как дислокации.

5. Разработана методика исследования чувствительных элементов датчиков путем измерения микротермо-ЭДС, обеспечивающая получение прямой зависимости между концентрацией структурных несовершенств в чувствительных элементах и их электрофизическими свойствами.

6. Разработаны рекомендации по оптимизации технологического процесса сборки датчиков. Результаты исследований внедрены в процесс производства датчиков Холла.

Содержание диссертации отражено в следующих работах:

  1. Максимова Е.А., Косушкин В.Г., Адарчин С.А. Исследование отказов полупроводниковых структур в автомобильной электронике // Современные информационные и электронные технологии: Труды 5-ой международной научно-практической конференции. – Одесса, 2005. – С.361.
  2. Максимова Е.А., Косушкин В.Г., Адарчин С.А. Исследование зависимости электрических свойств кремния от уровня механических напряжений // Современные информационные и электронные технологии: Труды 6-ой международной научно-практической конференции. – Одесса, 2006. – С.110.
  3. Адарчин С.А., Косушкин В.Г., Максимова Е.А. Методика расчета величин упругих напряжений в МЭМС датчиков давления // Труды МГТУ. – 2004. – Вып. 587. – С.37-47.
  4. Адарчин С.А., Косушкин В.Г., Максимова Е.А. Механизмы деградации микроэлектромеханических структур датчиков давления // Труды МГТУ. – 2004. – Вып. 587. – С.48-56.
  5. Адарчин С.А., Косушкин В.Г., Максимова Е.А. Зависимость электрофизических параметров полупроводниковых структур от уровня механических напряжений // Труды МГТУ. – 2006. – Вып. 592. – С.3-9.
  6. Адарчин С.А., Косушкин В.Г., Максимова Е.А. Деградация чувствительных элементов полупроводниковых структур как следствие механических напряжений // Наукоемкие технологии. – 2007. – Т.8, №4. – С.38-44.
  7. Адарчин С.А., Косушкин В.Г., Максимова Е.А. Определение влияния механических напряжений на концентрацию носителей заряда методом микротермо-ЭДС // Нано- и микросистемная техника. – 2007. – №7. – С.45.
  8. Максимова Е.А., Косушкин В.Г., Адарчин С.А. Развитие дефектной структуры в кремнии под действием температурных механических напряжений // Современные информационные и электронные технологии: Труды 7-ой международной научно-практической конференции. – Одесса, 2007. – С.254.

Максимова Екатерина Александровна

Закономерности деградации полупроводниковых чувствительных элементов автомобильных датчиков Холла

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Подписано в печать 04.07.2007г. Формат бумаги 60х84 1/16.

Бумага типографская №2. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1.0.

Уч.-изд. л. 1.0. Тираж 100 экз. Заказ №164

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Московский государственный технический университет

имени Н.Э. Баумана

Калужский филиал

248600, г. Калуга, ул. Баженова, 2

Pages:     ||
|



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.