Влияние электромагнитного поля на шумовые характеристики транзисторов

Горлов Митрофан Иванович,

доктор технических наук, профессор,

Денисов Дмитрий Александрович,

соискатель.

Воронежский государственный технический университет.

Экспериментально исследовано влияние электромагнитного поля (ЭМП) на интенсивность шума биполярных транзисторов КТ3107Б, ГТ322А. Установлено, что для всех исследуемых транзисторов интенсивность шума увеличивается при воздействии ЭМП, причем увеличение зависит от ориентации поля по отношению к транзистору. Делается попытка качественного объяснения наблюдаемых явлений.

Изучение влияния ЭМП на работу полупроводниковых изделий (ППИ) представляет интерес как для понимания физических процессов в этих изделиях, так и для определения возможностей практического использования приборов. Хотя этой проблеме посвящено значительное число работ [1-3], где основное внимание уделялось усилительным свойствам транзистора, воздействие ЭМП на шумовые характеристики транзисторов остается пока не до конца исследованным.

В данной работе рассматривается влияние ЭМП на интенсивность низкочастотного шума (ИНЧШ) U²_ш ряда отечественных высокочастотных транзисторов.

ЭМП создавалось магнетроном большой мощности, частотой 2,45 ГГц и плотностью магнитного потока 5,7 кВт/м². Транзисторы помещали в ЭМП, причем ориентация транзистора в поле могла изменяться. Измерения ИНЧШ при различных ориентациях показали, что ИНЧШ зависит от ориентации транзистора и имеются два значения ИНЧШ минимальное U²_шmin и максимальное U²_шmах.

Так как жестких допусков на ориентацию кристалла в корпусе относительно выводов изготовителями транзисторов не предусматривается, поэтому направление ЭМП определялось по отношению к корпусу транзистора.

ИНЧШ измерялся по стандартной методике [4]; исследованию подвергались случайно взятые транзисторы. Результаты измерения ИНЧШ даны в таблице 1.

Таблица 1.

Значение ИНЧШ до воздействия ЭМП и при воздействии ЭМП.

Результаты для биполярных транзисторов трудно объяснить на основе изменения параметров транзистора и, в частности, коэффициент усиления под действием ЭМП. Наши измерения при учете дробового шума тока коллектора (основной источник шумов на высоких частотах) дают незначительное изменение ИНЧШ в ЭМП.

Изменениями параметров транзисторов в ЭМП нельзя, по-видимому, также объяснить и изменение ИНЧШ при нарушении технических условий.

Рассматривая устройство исследованных биполярных транзисторов, можно сделать вывод о том, что максимальное увеличение ИНЧШ имеет место при направлении ЭМП, перпендикулярном направлению движения носителей в базовой области. Этот эффект, по-видимому, связан с перераспределением тока по площади эмиттерного перехода. Зависимость ИНЧШ транзистора от тока коллектора или тока эмиттера имеет хорошо выраженный минимум. Аналогичной является зависимость ИНЧШ от плотности тока эмиттера.

ЭМП влияет на уровень инжекции отдельных областей переходов и на другие процессы в них, что может явиться причиной воздействия этого поля на ИНЧШ.

У кремниевых транзисторов выходы эмиттерного и коллекторного переходов на поверхность защищены слоем окисла, благодаря чему снижается роль процессов по сравнению с германиевыми транзисторами. Это приводит к меньшему влиянию ЭМП на ИНЧШ у кремниевых транзисторов.

Реальные транзисторы имеют, довольно сложную геометрию, что затрудняет сопоставление наблюдаемых эффектов с теоретическими выводами. Можно предположить, что наблюдаемые эффекты зависят в какой-то степени от геометрии, размеров, характеристик материала транзистора, т.е. носят конструктивно-технологический характер.

Выводы

ИНЧШ биполярных транзисторов увеличивается в электромагнитном поле, причем увеличение зависит от ориентации транзистора по отношению к полю.

Отечественные высокочастотные транзисторы могут работать в сильных, с практической точки зрения, электромагнитных полях, сохраняя при правильной ориентации в поле хорошие шумовые показатели.

Литература

1.                  Misra M. Effect of magnetic field on the current amplification factor of junction transistor // lndian Journal of Pure and Applied Physics. - 1965. - V.3, N 1, - P. 30.

2.                  Ащеулов А.А., Добровольський Ю.Г., Pоманюк I.С. Досшдження впливу певних комбшацш електричного та магштного пошв на властивост нашвпроввдникових приладiв // Наук. вiсник Чершвецького ун-ту.-1999.- Вин. 29. Фiзика.- С. 174-176.

3.                  Чернышев А.А. Основы надежности полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. - М.: Радио и связь, 1988.-254 с.

4.                  Горлов М.И., Емельянов В.А., Жарких А.П. Определение надежности полупроводниковых приборов по шумовым характеристикам // Петербуржский журнал электроники. 2003 №2 с 4044.

Поступила в редакцию 29.08.2016 г.