Электрофизические методы диагностирования

Цифровых устройств

Диагностирование цифровых устройств, требуют для своего диагностирования применения электронных метадов _и_ Целевая функция СДК ЦУ не отличается от таковой для непрерывных объектов. Основной особенностью диагностирования ЦУ является более скрытый характер процессов, связанных с функциональным использованием РЭУ и с деградацией элементов. Ввиду скрытости дефектов для определения технического состояния приходится использовать косвенные методы диагностики и контроля, находить совокупность косвенных параметров, дополняющих основные, по общей методике, изложен­ной в § 5.4 и [62].

Одним из наиболее тщательно разработанных методов диагностирования ИМС, транзисторов и диодов является метод измерения наклона вольт-амперных характеристик р-п переходов. В основе этого метода лежит физическое явление, заключающееся в том, что прохождение носителей заряда в реальном р-п переходе определяется объемными свойствами и состоянием поверхности полупроводника. Остальные факторы играют второстепенную роль. Центрами рекомбинации и регенерации электронов и дырок в по­лупроводниках являются дислокации решетки, примесные атомы, локализованные внутри кристаллической решетки, либо дефекты на поверхности полупроводника. В зависимости от того, в каком месте осуществляются рекомбинация и генерация электронов и дырок, полный ток р-п перехода можно представить. Соотношения между величинами этих четырех составляющих опреде. Следовательно, параметрсодержит информацию о наличии поверхностных дефектов и дает основания для выявления полупроводников, которые начали интенсивно деградировать. Экспериментально установлено, что при коэффициенте наклона вольт-амперной характеристики, соответствующему значениям >2,6, имеет место максимальное количество дефектов в конт­ролируемых партиях полупроводников. Реализация рассмотренного метода контроля наклона вольт-амперной характеристики может быть выполнена несколькими пу­тями: прямыми измерениями контролируемого параметра, оценкой величины наклона вольт-амперной характеристики в режиме микротоков, контролем вольт-амперных характеристик последователь­но или параллельно соединенных ИМС и др. Переходные процессы, приводящие к возникновению больших плотностей локальных токов, также могут вызывать отказы ИМС. Определяются они свойствами р-п переходов и поверхностными, явлениями — источниками флуктуации плотностей носителей то­ка. Между характером и интенсивностью переходных процессов в р-n переходах и уровнем изменения низкочастотных шумов в по­лупроводниках существует корреляционная связь. Отсюда появля­ется возможность использования результатов оценки спектраль­ных характеристик шумов для определения состояния ИМС и полупроводниковых приборов.

В задаче (см. § 6.5) управления системами рассматривался вопрос о возможности построения модели флуктуирующего сигнала на ,базе последовательного соединения фильтра детерминированных параметров и «шумящего» линейного фильтра. Пропускная способность такого устройства определяется выражением

где — спектральная плотность и дисперсия входного сигна­ла;

Bф — спектральная плотность флуктуации коэффициента уси­ления.

В этой интерпретации выходной шум есть усиленный случайным образом полезный сигнал. В случае диагностирования ИМС по шумовым параметрам мы сталкиваемся с тем же случаем. Полезным сигналом ДП является шум ИМС. Его параметры диагностические и содержат информацию о том или ином состоянии РЭУ. Механизм возникновения ди­агностического шума связывают с медленными изменениями по­верхностных состояний в обедненном носителями слое эмиттерного перехода и с утечками коллекторного перехода. Эксперименты показывают, что параметры шумов на выходе ИМС оказываются чувствительными к изменению поверхностных условий, и появление и возрастание шумов опережает изменение других параметров. Поскольку нарушения з структуре полупроводникового прибора могут чаще происходить вблизи мест термокомпрессии выводов, то при протекании тока в этих областях, воз­никает так называемый контактный шум.ЭДС шума этого типа

где U — падение напряжения на области, у которой нарушена структура; Rдеф — сопротивление этой области; К — постоянный коэффициент, величина которого зависит от материала полупро­водника, рода дефекта;

Из формулы следует, что контактный шум имеет спектр, по­добный спектру фликер-шума, хотя эти шумы вызываются раз­личными физическими явлениями. Измерения параметров шумов ИМС производятся в обычных схемах, или путем абсолютной оценки мощности шумов на выходе измерительного тракта, или путем сравнения мощности измеряемых шумов с шумами эталон­ного генератора.