Способ испытаний полупроводниковых фотоприемников

 

Способ относится к методам испытаний полупроводниковых приборов на надежность и может использоваться для ускоренных испытаний полупроводниковых фотоприемников для прогнозирования их надежности в процессе длительной эксплуатации. Основой способа является облучение фотоприемников перед температурным воздействием гамма-нейтронным импульсом с интегральным потоком, лежащим в пределах 510⁹ - 510¹² Н/см² при средней энергии нейтронов 1,5 МэВ. Технический результат: значительное сокращение продолжительности испытаний и снижение их стоимости. Повышение достоверности результатов испытаний.

Изобретение относится к способам испытаний полупроводниковых приборов на надежность и может использоваться для ускоренных испытаний полупроводниковых фотоприемников, например фотодиодов для прогнозирования их надежности в процессе длительной эксплуатации.

В основе известных методов ускоренных испытаний полупроводниковых приборов лежит применение теплового воздействия в качестве ускоряющего фактора, позволяющего сократить сроки испытаний приборов на надежность до разумной продолжительности. Для определения режима испытаний конкретных приборов пользуются законом Аррениуса (см. например, А.А.Чернышев "Основы надежности полупроводниковых приборов и интегральных микросхем", М., "Радио и связь", 1988, с. 187-188).

Однако в этом случае продолжительность испытаний остается достаточно большой, а затраты на энергоносители недопустимо высокие. Кроме того, велика вероятность неадекватного моделирования процесса естественного старения.

Известен способ ускоренных испытаний на надежность полупроводниковых фотодиодов, в основе которого также лежит воздействие повышенных температур. Фотодиоды выдерживают при 125^oC в течение 2500 часов (см. например, техническую документацию АГЦ. 3.368.110 ТУ, декабрь 1977 г. на серийно выпускаемый заводом "Сапфир", г. Москва фотодиод ФД-20-32К).

Этот способ, как наиболее близкий к предлагаемому, принят за прототип.

Основным недостатком данного способа является длительное время испытаний при повышенных температурах и, как следствие, их высокая стоимость. Кроме того, при изготовлении многих полупроводниковых фотоприемников применяют клеи и лаки, не выдерживающие длительного воздействия высоких температур. Кроме того, не всегда удается адекватно моделировать процесс естественного старения прибора, что снижает достоверность результатов испытаний.

Целью настоящего изобретения является сокращение времени испытаний полупроводниковых фотоприемников и, соответственно, снижение их стоимости, а также повышение достоверности результатов испытаний.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе испытаний полупроводниковых фотоприемников, включающем воздействие повышенных температур, перед температурным воздействием фотоприемники облучают гамма-нейтронным импульсом с интегральным потоком, лежащим в пределах 510⁹ - 510¹² Н/см² при средней энергии нейтронов 1,5 МэВ, а затем выдерживают при 120^oC в течение 100 часов.

Введение операции облучения перед температурным воздействием позволит сократить длительность выдержки при повышенной температуре, так как, как показали проведенные исследования, облучение гамма-нейтронным импульсом вышеуказанной интенсивности, вероятно, инициирует перестройку метастабильных дефектных комплексов, возникающих в процессе изготовления фотоприемников, в неактивное состояние.

Кроме того, облучение гамма-нейтронным импульсом в сочетании с последующим относительно кратковременным температурным бездействием повышает достоверность результатов испытаний, так как, как показали проведенные эксперименты, комплексное воздействие облучения и повышенных температур в большей степени, чем просто температурное воздействие, соответствует математическому описанию изменения состояния системы уравнением Аррениуса. Это связано с тем, что при обычно применяемых длительных температурных воздействиях, как правило, не выполняется условие постоянства энергии активации, определяющее скорость процессов деградации, что приводит к неадекватному моделированию кинетики "старения" прибора.

Предлагаемый способ был опробован на предприятии-заявителе при испытании на надежность кремниевых фотодиодов с целью корректировки норм параметров в течение 150000 часов.

Годность приборов контролировалась по двум параметрам: - темновому току - I_т, при напряжении питания 3 В; - интегральной чувствительности к источнику типа "A".

Все параметры измерялись перед началом испытаний и после воздействий.

Испытания проводились на двух партиях идентичных фотодиодов по 20 шт. в каждой.

Первая партия из 20 приборов выдерживалась при 120^oC в течение 5000 часов.

Вторая партия из 20 фотодиодов сначала облучалась гамма-нейтронным импульсом с интегральным потоком 10¹² Н/см² при средней энергии нейтронов 1,5 МэВ, а затем выдерживалась при 120^oC в течение 100 часов.

В обеих партиях измерялись темновой ток приборов и интегральная чувствительность, которые в приборах обеих партий были практически одинаковы (с учетом естественного разброса параметров). По окончании воздействий упомянутые параметры снова измерялись на приборах обеих партий. В обоих случаях они несколько ухудшились, примерно на одну и ту же величину. Уровень параметров в обеих партиях оставался практически одинаковым.

В дальнейшем для проверки полученных результатов приборы обеих партий подверглись выдержке при 120^oC в течение 5000 часов, после чего вновь были измерены их параметры, которые остались практически неизменными в обеих партиях.

Таким образом, предложенный способ позволяет моделировать процессы естественного старения за значительно более короткий промежуток времени, чем известные способы, что снижает стоимость испытаний в несколько раз.

Одновременно повышается и достоверность полученных результатов.

Формула изобретения

Способ испытаний полупроводниковых фотоприемников, включающий воздействие на приборы повышенных температур, отличающийся тем, что перед температурным воздействием приборы облучают гамма-нейтронным импульсом с интегральным потоком 510⁹-510¹² Н/см² при средней энергии нейтронов 1,5 МэВ, а затем выдерживают при 120^oC в течение 100 ч.