Тематическая группа: Диагностирование состояния изделий электронной техники

Научный руководитель - д.т.н. Сергеев В.А.

Коллектив тематической группы в течение значительного времени занимался разработкой методов неразрушающего контроля и диагностики полупроводниковых изделий (полупроводниковых диодов и полевых транзисторов, ТТЛ и КМОП микросхем различной степени интеграции) на основе использования в качестве информативных параметров НЧ-шума малосигнальных и тепловых параметров полупроводниковых структур.

Основные результаты исследований:

  • За последние 3 года коллективом исполнителей выполнено несколько НИР близких по тематике и используемым средствам математического моделирования. Так, в ранее выполненных НИР (ГР №01200957928 «Синтез методов и средств измерения и идентификации параметров нелинейных тепловых моделей гетеропереходных светодиодов» и ГР №01.2.007 08876 «Деградационные процессы в светоизлучающих структурах при воздействии электрических и тепловых нагрузок») коллективом были разработаны и исследованы теплоэлектрические модели полупроводниковых светоизлучающих диодов, а также ряд оригинальных, защищенных патентами способов и устройств измерения теплофизических характеристик диодов и диагностики неоднородного токораспределения в диодных структурах. В частности, показана связь крутизны токовой зависимости теплового импеданса диодов с неоднородностью токораспределения в приборных структурах. В ходе выполнения заявляемого проекта предполагается распространить развитые теплоэлектрические модели и экспериментальные методики на случай структур гетеропереходных СИД.
  • В настоящее время коллективом освоены современные средства компьютерного моделирования (COMSOL Multiphysics, ANSIS), созданы оригинальные интерактивные программные средства для моделирования теплоэлектрических процессов в светодиодных структурах в статическом и импульсном режиме, проведено предварительное моделирование для ряда структур, в том числе с учетом указанных выше эффектов. В частности, проведено моделирование и анализ распределения плотности тока и температуры в структурах InGaN/GaN мощных светодиодов с учетом зависимости квантовой эффективности от плотности тока и температуры и показано, что указанная зависимость приводит к значительному (в десятки %) изменению максимальной плотности тока и максимальной температуры перегрева гетероперехода.
  • Разработана нелинейная математическая модель нестационарных теплоэлектрических процессов в структурах гетеропереходных СИД с учетом сильной токовой и температурной зависимости внутренней квантовой эффективности. Показано, что в результате сильной температурной зависимости плотности тока СИД темп изменения максимальной и средней температуры гетероперехода СИД существенно больше темпа в случае температуронезависимой плотности тока.
  • Разработаны теоретические основы и экспериментальные средства измерения температуры активной области структуры СИД по прямому падению напряжения на переходе при импульсной модуляции греющей мощности;
  • Создан лабораторный образец устройства с микроконтроллерным управлением для задания различных режимов нагрева СИД с широтно-импульсной модуляцией тока накачки по линейному и гармоническому законам. Аналогичный способ и устройство разрабатываются в настоящее время для измерения теплового импеданса КМОП интегральных схем.
  • По результатам НИР в лаборатории разработан и создан аппаратно-программный комплекс для измерения вероятностных характеристик электрических и оптических шумов СИД методом дискретных выборок и экспериментальная автоматизированная установка для исследования с высоким разрешением по напряжению и частоте вольт-фарадных характеристик и спектров админтанса СИД. В результате исследования шумов серийных СИД типа TLC5800 на основе InGaN/SiC гетероструктур и  AlInGaAs/GaAs гетероструктур с множественными квантовыми ямами установлено, что спектр шумового тока имеет генерационно-рекомбинационный характер с четко выраженными лоренциановыми компонентами. Анализ спектра позволил выявить у различных СИД от семи до одиннадцати глубоких уровней. Показано, что зависимости уровня шума от тока инжекции позволяют выявлять приборы с дефектами контактов и ряд других электрофизических параметров.  
  • Для нужд промышленности по заказу самарской фирмы «Сампол», которая активно продвигает полимерные технологии на российский рынок, УФИРЭ им. В.А. Котельникова РАН совместно с ульяновским малым инновационным инжиниринговым предприятием ООО «Центр инноваций и кооперации» разработали и изготовили экспериментальные образцы УФ светодиодных излучателей для полимеризации полиэфирных смол. Для производства корпусных деталей был создан плоский излучатель, для цилиндрических изделий (труб) – цилиндрический излучатель.

Подпись:

За вклад в развитии научно-промышленного комплекса России и активное участие в ХVII Международной выставке-конгрессе "ВЫСОКИЕ ТЕХНОЛОГИИ. ИННОВАЦИИ. ИНВЕСТИЦИИ" (НI - TECH) в 2011 г. УФИРЭ им. В.А. Котельникова РАН был награжден дипломом, а в 2012 г. на международной выставке "13 ВЫСОКИЕ ТЕХНОЛОГИИ ХХI ВЕКА" получил свидетельство о награждении медалью за конкурсный проект "Организация производства средств неразрушающего контроля качества светодиодов и светодиодной продукции по тепловым характеристикам". На конкурсе "Лучший инновационный проект и лучшая научно-техническая разработка 2012 года" Филиал награжден дипломом за разработку "Ультрафиолетовые светодиодные облучатели для отверждения композитных материалов на основе полиэфирных масел".

По результатам ранее проведенных исследований руководителем проекта Сергеевым В.А. в 2005 году защищена докторская диссертация на тему «Синтез методов и средства неразрушающего контроля качества полупроводниковых изделий на основе моделей неизотермического токораспределения в приборных структурах».

Защищено 5 кандидатских диссертаций, в том числе в 2010 г. н.с. Ходаковым А.М. защищена диссертация кандидата физико-математических наук по специальности 05.13.18.

За последние три года коллективом исполнителей по теме проекта опубликовано более 100 научных статей, в том числе 14 - в иностранных реферируемых журналах, 34 - в отечественных журналах, включенных в перечень ВАК.

В 2012 г. опубликована монография: В.А. Сергеев, А.М. Ходаков "Нелинейные тепловые модели полупроводниковых приборов". Ульяновск, УлГТУ, 2012, 160 с.