Покращення параметрів планарного імпульсного діода при використанні гетерування
Pulse diodes are widely used as part of high-frequency pulse circuits. However, it should be noted that the cost of pulsed diodes remains relatively high, due to the low yield of suitable devices when they are sorted according to the criteria of reverse current and rated capacitance. This is largely...
Збережено в:
| Дата: | 2021 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
PE "Politekhperiodika", Book and Journal Publishers
2021
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2021.3-4.50 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Technology and design in electronic equipment |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Technology and design in electronic equipment| _version_ | 1867569667255566336 |
|---|---|
| author | Litvinenko, Viktor Baganov, Yevgen Vikulin, Ivan Gorbachev, Victor |
| author_facet | Litvinenko, Viktor Baganov, Yevgen Vikulin, Ivan Gorbachev, Victor |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Viktor Litvinenko",
"institution": "Kherson educational complex № 33, Kherson, Ukraine"
},
{
"author": "Yevgen Baganov",
"institution": "Kherson National Technical University, Kherson, Ukraine"
},
{
"author": "Ivan Vikulin",
"institution": "O.S. Popov Odesa National Academy of Telecommunications, Odesа, Ukraine"
},
{
"author": "Victor Gorbachev",
"institution": "O.S. Popov Odessa National Academy of Telecommunications, Odesа, Ukraine"
}
] |
| author_sort | Litvinenko, Viktor |
| baseUrl_str | https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-06-09T12:18:11Z |
| description | Pulse diodes are widely used as part of high-frequency pulse circuits. However, it should be noted that the cost of pulsed diodes remains relatively high, due to the low yield of suitable devices when they are sorted according to the criteria of reverse current and rated capacitance. This is largely caused by the significant dependence of their electrical parameters on the density of structural defects and impurities in the active regions of the diodes.The study is devoted to identifying the causes and mechanisms of the low yield of diodes when they are sorted according to the criteria of reverse current and rated capacitance, as well as determining the possibility of using gettering operations to increase the yield of suitable devices.It is found that the low yield of the diodes is caused by the structural defects that are formed in the active areas of the diodes during high-temperature technological operations. The paper describes the mechanisms in which the structural defects affect the electrical parameters of diodes.The proposed technology for manufacturing diode structures using gettering of structural impurity defects by means of high-temperature annealing in an inert medium before the thermal oxidation operation is considered.It is shown that high-temperature annealing of silicon structures before thermal oxidation eliminates packing defects formed during epitaxy, cleans the active areas of the diodes from nuclei of defects and unwanted impurities, and prevents the formation of structural defects in them during the subsequent high-temperature thermal operations. The use of the proposed technology allows increasing the yield of suitable diode structures by 8.9% when sorted according to rated capacitance and by 9.4% when sorted according to reverse current, the level of reverse currents reducing by 2–9 times. |
| doi_str_mv | 10.15222/TKEA2021.3-4.50 |
| first_indexed | 2025-09-24T17:30:21Z |
| format | Article |
| fulltext |
Технологія та конструювання в електронній апаратурі, 2021, № 3–450 ISSN 2309-9992 (Online)
1
ТЕХНОЛОГІЧНІ ПРОЦЕСИ ТА ОБЛАДНАННЯ
УДК 621.382
К. т. н. В. М. ЛИТВИНЕНКО1, к. т. н. Є. О. БАГАНОВ2, д. ф.-м. н. І. М. ВІКУЛІН3,
к. т. н. В. Е. ГОРБАЧОВ3
Україна, 1Херсонський навчально-виховний комплекс №33, 2Херсонський національний
технічний університет, 3Одеська національна академія зв’язку ім. О. С. Попова
E-mail: hersonlvn@gmail.com
ПОКРАЩЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ПЛАНАРНОГО ІМПУЛЬСНОГО
ДІОДА ПРИ ВИКОРИСТАННІ ГЕТЕРУВАННЯ
Імпульсні діоди широко використовуються для ро-
боти в високочастотних імпульсних схемах, однак їх
вартість залишається порівняно високою через низь-
кий вихід придатних приладів на операціях контролю
зворотного струму і номінальної ємності. Це багато
в чому пов’язано з істотною залежністю їх електрич-
них параметрів від щільності структурних дефектів і
сторонніх домішок в активних областях діодів.
У схемах перемикання імпульсні діоди працюють
у режимі насичення, для якого дуже важливо мати
мінімальний час перерозподілу накопиченого заря-
ду, що пов’язано з часом життя носіїв заряду [1, 2].
Традиційним методом зменшення останнього є вве-
дення в об’єм кристала діодної структури домішок,
які мають великий переріз захоплення носіїв заряду.
Найчастіше в ролі такої домішки використовується
золото [3, 4]. Відомо [5], що атоми золота, які зна-
ходяться в міжвузлях кристалічної ґратки Si, мають
донорні властивості — віддавши електрони в зону
провідності, вони заряджаються позитивно. Атоми
золота, що знаходяться у вузлах кристалічної ґрат-
ки Si, мають акцепторні властивості, тобто створю-
ють у забороненій зоні Si акцепторні рівні, на які з
валентної зони переходять електрони та заряджають
їх негативно. Вочевидь, якщо акцепторні рівні ство-
рено в n-базі діода, вони будуть ефективно захоплю-
вати неосновні носії заряду — дірки, інжектовані з
p-області діода за час його прямого включення. Це
дозволяє значно підвищити швидкодію діода.
Бар’єрна ємність діода розраховується як [6]
0 б
ном
зв
εε ,
2 φp-n
к
e NС S
U
(1)
де Sp-n — площа p–n-переходу;
Розглянуто причини та механізми впливу структурних дефектів на параметри імпульсного діода. Наведено
експериментальні результати дослідження впливу гетерування, проведеного шляхом передокислювального ви-
сокотемпературного відпалу пластин в атмосфері аргону, на параметри діодів. Показано, що пропонована
технологія виготовлення структур імпульсного діода дозволяє істотно зменшити щільність дефектів паку-
вання в активних областях діодів, у результаті чого знижується рівень зворотних струмів та зменшується
розкид значень номінальної ємності діодів по площині пластини і, як наслідок, підвищується відсоток виходу
придатних приладів.
Ключові слова: гетерування, зворотний струм, номінальна ємність, діод, структурні дефекти, відпал.
е — заряд електрона;
ε0, ε — діелектрична проникність вакууму та кремнію
відповідно;
Nб — концентрація легуючої домішки в базі;
φк — контактна різниця потенціалів між р- і n-областями;
Uзв — напруга зворотного зміщення.
Згідно з формулою (1), ємність діода визначається
кількістю атомів фосфору, що заміщують атоми крем-
нію у вузлах кристалічної ґратки. У процесі легуван-
ня діодних структур золотом частина атомів фосфо-
ру заміщується атомами Au, що призводить до змен-
шення ємності діода та збільшення його швидкодії.
Відомо [4, 7], що величина струму витоку, який
протікає через зворотно зміщений p–n-перехід діо-
да, залежить від числа генераційно-рекомбінаційних
центрів, які знаходяться в області його просторово-
го заряду. Атоми золота служать досить ефективни-
ми центрами рекомбінації, отже, процес дифузії зо-
лота, що застосовується для зменшення часу жит-
тя неосновних носіїв заряду, має істотний вплив на
струм витоку діодів. Цей вплив значно підсилюється
за наявності високої щільності структурних дефектів
у активних областях діодних структур.
Струм витоку p–n-переходу, зумовлений виникнен-
ням носіїв заряду в центрах рекомбінації області про-
сторового заряду p–n-переходу, визначається як [7]
Іg = еgWA, (2)
де g — швидкість генерації носіїв заряду;
W — товщина області просторового заряду p–n-переходу
при заданій зворотній напрузі;
А — стала, що залежить від властивостей кристалу.
DOI: 10.15222/TKEA2021.3-4.50
Технологія та конструювання в електронній апаратурі, 2021, № 3–4 51ISSN 2309-9992 (Online)
2
ТЕХНОЛОГІЧНІ ПРОЦЕСИ ТА ОБЛАДНАННЯ
Очевидно, що величина g залежить від концен-
трації структурних дефектів у кремнії. Збільшення їх
концентрації в активних областях діодних структур
призводить до збільшення g та, як випливає з фор-
мули (2), до збільшення зворотного струму діодів.
У кремнії відбувається акумуляція атомів золота
на структурних дефектах [8—12], що за наявності ви-
сокої концентрації останніх призводить до неодно-
рідності легування, оскільки структурні дефекти за-
звичай розподіляються по площині пластини нерів-
номірно. Наслідком цього є, по-перше, збільшення
зворотних струмів діодів і, по-друге, збільшення ко-
ливання значень їх номінальної ємності по площині
пластини. Обидва фактори призводять до зниження
виходу придатних приладів.
Метою цієї роботи є дослідження впливу струк-
турних дефектів на параметри імпульсного діода та
можливості застосування гетерування для поліпшен-
ня його характеристик та підвищення виходу придат-
них приладів.
Експериментальні зразки
Досліджувані діодні структури виготовлялися за
стандартною планарно-епітаксіальною технологією
[13] на легованих фосфором кремнієвих епітаксій-
них структурах n-типу провідності з питомим опором
1 Ом·см товщиною 15 мкм, вирощених на кремнієвій
підкладці, орієнтованій за площиною (111). Для виго-
товлення діодних структур проводилися такі основ ні
технологічні операції:
● термічне окислення пластин за температури
Т = 1150°С з наступним чергуванням циклів оки-
слення у кисні — сухому (15 хв), вологому (140 хв)
та знов у сухому (55 хв);
● (І) фотолітографія для розкриття вікон у шарі
діоксиду кремнію під дифузію бору;
● (І) загонка бору методом відкритої труби з
джерела домішки В2О3 при Т = 1100°С протягом
30 хв у суміші аргону (60 л/год) і сухого кисню
(2 л/год);
● видалення боросилікатного скла в розчині пла-
викової кислоти;
● розгонка бору при Т = 1150°С у середовищі су-
хого кисню (50 л/год) протягом 5 год;
● видалення плівки двоокису кремнію на зворот-
ному боці пластин травленням у плавиковій кислоті;
● осадження шару золота на зворотну сторону
пластин за допомогою їх витримки в розчині на осно-
ві золотохлористоводневої кислоти;
● дифузія золота при Т = 1100°С у суміші азоту
(130 л/год) і кисню (8 л/год) протягом 60 хв;
● (ІІ) фотолітографія для розкриття вікон у шарі
діоксиду кремнію для проведення загонки бору;
● (ІІ) загонка бору при Т = 1050°С протягом
25 хв у суміші аргону (100 л/год) і кисню (5 л/год);
● видалення шару боросилікатного скла з вико-
ристанням розчину плавикової кислоти;
● шліфування тильної сторони пластин для змен-
шення їх товщини до 190—200 мкм;
● формування омічних контактів: хімічне оса-
дження нікелю з двох сторін пластини з подальшим
відпалом плівки нікелю при Т = 740°С у середовищі
аргону (150 л/год) протягом 30 хв, проведення дру-
гої стадії хімічного осадження Ni, нанесення шару Au
на обидві сторони пластини методом гальвані чного
осадження.
У результаті виконання всіх цих операцій було
отримано структуру імпульсного діода, наведену на
рис. 1.
Дослідження структурних дефектів
Для з’ясування причин низького відсотка виходу
придатних діодів були проведені металографічні до-
слідження. Для виявлення структурних дефектів ви-
користовувався травник Сіртла. Вид структурних де-
фектів і їх щільність оцінювалися за допомогою ме-
талографічного мікроскопа МЕТАМ-1.
На пластинах ще до проведення першої високо-
температурної операції (термічне окислення) були
виявлені епітаксіальні дефекти пакування, щільні-
стю 104—106 см–2. На рис. 2 наведено мікрофотогра-
фію поверхні однієї з досліджуваних епітаксіальних
структур після селективного травлення в травнику
Сіртла протягом 15 хв.
Після термічного окислення і видалення шару
SiO2 в епітаксіальних структурах були виявлені оки-
слювальні дефекти пакування щільністю до 105 см–2,
Рис. 1. Структура імпульсного діода, виготовленого
за базовою технологією
Au Ni
SiO2
Ni
Au
p+
n
n+
Рис. 2. Мікрофотографія поверхні епітаксіальної плівки
перед операцією термічного окислення після селектив-
ного травлення
Технологія та конструювання в електронній апаратурі, 2021, № 3–452 ISSN 2309-9992 (Online)
3
ТЕХНОЛОГІЧНІ ПРОЦЕСИ ТА ОБЛАДНАННЯ
при цьому час травлення структур у травнику Сіртла
склав 20 с (рис. 3).
Технологія гетерування та дослідження
її ефективності
Для запобігання утворенню структурних дефек-
тів у зразках імпульсного діода необхідно було обра-
ти ефективний метод гетерування — технологічний
процес, який широко використовується у сучасному
виробництві напівпровідникових приладів та інте-
гральних схем, що виготовляються на основі крем-
нію. Гетерування дозволяє накопичувати небажані
домішки в неробочих ділянках пластин і повністю
ліквідувати структурні дефекти або значно зменши-
ти їх щільність у робочих областях [14, 15].
Класифікацію методів гетерування зазвичай про-
водять за технологією його здійснення: 1) утворен-
ня шару напівпровідникового матеріалу з порушеною
кристалічною структурою; 2) нанесення гетеруючо-
го шару; 3) проведення термообробки в спеціально-
му середовищі [14].
Широко використовуваним є метод гетеруван-
ня за допомогою порушеного шару, принцип дії
якого заснований на тому, що області порушень
кристалі чної структури стають стоками для точко-
вих дефектів — вакансій і атомів швидкодифунду-
ючих домішок металів. Порушений шар створюєть-
ся на неробочій стороні пластини, для чого викорис-
товуються лазерне випромінювання [16—18], шлі-
фування [19], ударно-акустична обробка [14], ультра-
звуковий удар [19], дифузійне легування [20], іонна
імплантація [21, 22].
Ефективне гетерування домішок можна здійснити
за допомогою нанесення на поверхню кремнію плівок
різного скла: фосфоро-, боро-, свинцево-силікатного,
а також халькогенідного [23, 24]. Гетерування неба-
жаних домішок в цьому випадку обумовлено їх під-
вищеною розчинністю в шарі скла. Також може на-
носитися шар поруватого кремнію [19].
У [25] показано, що високотемпературний від-
пал кремнієвих пластин перед термічним окислен-
ням позитивно впливає на генерацію окислюваль-
них дефектів пакування (ОДП). Помітне зменшен-
ня щільно сті ОДП пов’язують з розсмоктуванням
у них ростових дефектів. При післяокислювально-
му високотемпературному відпалі пластин відбува-
ється зменшення концентрації ОДП, що знаходяться
поблизу поверхні, та утворення приповерхневої об-
ласті, вільної від ОДП [14].
Поширеним способом гетерування у виробництві
напівпровідникових приладів є відпал пластин у газо-
вому середовищі, що містить хлор [26]. Дослідження
цього способу показало, що поліпшення параметрів
кремнію та виготовлених з нього приладів пов’язане з
нейтралізацією небажаного впливу домішок металів,
які або видаляються з поверхні кремнієвих пла стин
у вигляді летких сполук, або перетворюються в ней-
тральні комплекси.
З метою очищення приповерхневої області крем-
нієвих пластин від небажаних домішок використо-
вують метод внутрішнього гетерування [27—29].
Він заснований на використанні кисню, що зазви-
чай присутній у кремнії. При довготривалому відпалі
пла стин починається його виділення на внутрішній
частині пластини у вигляді преципітатів складу SiOx,
навколо яких існують механічні напруги, що призво-
дить до утворення дислокацій та інших дефектів, які
є ефективними центрами гетерування.
Труднощі вибору методу гетерування в нашому
випадку полягали в тому, що для імпульсного діо-
да, який виготовляється із застосуванням легуван-
ня його структури золотом, не можна використову-
вати гетер, що функціонує протягом усього маршру-
ту виготовлення діодних структур, через поглинан-
ня областю гетера атомів золота. Це унеможливлю-
вало використання таких розповсюджених підходів,
як, наприклад, гетер, створений на зворотному боці
пластини за допомогою її шліфування, обробка зво-
ротного боку пластини лазером, створення гетера
на зворотному боці пластини за допомогою дифузії
або іонного легування фосфором [13—16, 19] тощо.
Для вирішення проблеми були випробувані кілька
методів гетерування дефектів, пов’язаних з перед-
окислювальним і післяокислювальним відпалом в
інертному середовищі [25, 26]. Найефективнішим
виявився передокислювальний відпал пластин в
атмо сфері аргону (120 л/год) за температури 1170—
1180°С протягом 4 год.
Для дослідження запропонованої технології виго-
товлення структур імпульсного діода було сформо-
вано кілька дослідних партій, кожна з яких ділила-
ся на дві частини: одна частина партії пла стин була
виготовлена за базовою технологією, друга части-
на — за розробленою технологією з гетеруванням.
Передокислювальний відпал пластин проводився
за температури 1175°С протягом 4 год в атмосфе-
рі аргону.
Ефективність використання передокислюваль-
ного відпалу оцінювалася за вольт-фарадними та
Рис. 3. Мікрофотографія поверхні епітаксіальної струк-
тури після термічного окислення та проведення селек-
тивного травлення
Технологія та конструювання в електронній апаратурі, 2021, № 3–4 53ISSN 2309-9992 (Online)
4
ТЕХНОЛОГІЧНІ ПРОЦЕСИ ТА ОБЛАДНАННЯ
вольт-амперними характеристиками зразків, що є
ефективним інструментом для оцінки якості крем-
нієвих діодних структур [30], зокрема, за відсотком
виходу придатних діодних структур при їх відбраку-
ванні за двома критеріями:
1) значення номінальної ємності С0 (критерій при-
датності: С0 ≤ 2 пФ за нульового зміщення);
2) величина зворотного струму Iзв (критерій при-
датності: Iзв ≤ 0,2 мкА за зворотної напруги 45 В).
Очевидно, що відсоток виходу придатних діод-
них структур при їх відбракуванні за значеннями С0
є обернено пропорційним розкиду значень С0 по пло-
щині пластини. Як видно з таблиці (партії пластин
№ 1-б та № 1-г), використання запропонованої тех-
нології дозволяє підвищити вихід придатних діодних
структур за цим критерієм на 8,9%, що непрямо під-
тверджує зменшення розкиду значень номінальної
ємності структур по площині пластини.
Вихід придатних діодних структур, виготовлених за
базовою та розробленою технологією
Технологія
виготовлення
діодних
структур
Номер
партії
пластин
Вихід придатних
діодних структур, %
за значен-
ням номі-
нальної
ємності С0
за значенням
зворотного
струму Iзв
Базова
(без використан-
ня гетерування)
1-б 77,9 —
2-б — 86,7
3-б — 85,3
4-б — 84,6
Розроблена
(з перед оки -
слюваль ним
від палом у Ar
при 1175°С,
4 год)
1-г 86,8 —
2-г — 94,1
3-г — 95,2
4-г — 95,5
З наведених у таблиці результатів відбракуван-
ня діодних структур за величиною зворотного стру-
му (партії № 2-б, 3-б, 4-б та № 2-г, 3-г, 4-г) видно, що
запропонована технологія дозволяє підвищити вихід
придатних за цим критерієм структур у середньому
на 9,4%. Слід зазначити, що при цьому рівень їхніх
зворотних струмів нижчий у 2—9 разів.
Проведені перед формуванням омічних контак-
тів металографічні дослідження показали, що у ді-
одних структур, виготовлених із застосуванням ге-
терування у вигляді передокислювального відпалу в
атмо сфері аргону, відсутні епітаксіальні та окислю-
вальні дефекти пакування (рис. 4).
З вольт-фарадних та вольт-амперних характери-
стик досліджуваних діодних структур, які наведені на
рис. 5 та 6, видно, що застосування гетерування до-
зволяє зменшити середнє значення їхньої номіналь-
ної ємності та істотно знизити розкид значень С0 по
площині пластин і рівень зворотного струму, завдяки
Рис. 4. Поверхня діодної структури, виготовленої із за-
стосуванням передокислювального високотемпературно-
го відпалу, після селективного травлення
Рис. 6. Типові зворотні вольт-амперні характеристики
діодних структур, виготовлених за базовою технологією
(1) та з використанням гетерування (2)
I зв
, м
кА
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0 10 20 30 40 50 60 70
Uзв, В
1 2
Рис. 5. Вольт-фарадні характеристики діодних структур,
виготовлених за базовою технологією (а) та з використан-
ням гетерування (б)
C
, п
Ф
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0 5 10 15 20 25 30
Uзв, В
б)
C
, п
Ф
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0 5 10 15 20 25 30
Uзв, В
а)
Технологія та конструювання в електронній апаратурі, 2021, № 3–454 ISSN 2309-9992 (Online)
5
ТЕХНОЛОГІЧНІ ПРОЦЕСИ ТА ОБЛАДНАННЯ
чому збільшується відсоток виходу придатних при-
ладів (див. таблицю).
Вплив відпалу, проведеного перед окисленням
у середовищі аргону, на параметри діода можна по-
яснити наступним чином. У процесі відпалу відбу-
вається розсмоктування епітаксіальних дефектів па-
кування, а також пригнічення зародків окислюваль-
них дефектів пакування, які утворилися в кремнії
як при вирощуванні зливків, так і в процесі епітак-
сії. Це значною мірою запобігає утворенню окислю-
вальних дефектів пакування на наступних високо-
температурних операціях (термічне окислення, за-
гонка та розгонка бору), що забезпечує рівномірний
розподіл золота в базі діода та, як наслідок, значне
зменшення розкиду значень ємності діодних струк-
тур по площині пла стини, а також зниження величи-
ни їхніх зворотних струмів, рівень яких пов’язаний
з впливом дефектів.
Висновки
Таким чином, з проведених досліджень можна
зробити висновок, що причиною низького відсотка
виходу придатних структур імпульсного діода при
контролюванні зворотного струму та номінальної
ємності є дефекти пакування, які утворюються в ак-
тивних областях діодів під час епітаксії та в проце-
сах проведення високотемпературних технологіч-
них операцій. Розроблена технологія виготовлення
структур імпульсного діода із застосуванням гете-
рування шляхом проведення передокислювального
високотемпературного відпалу пластин в атмосфері
аргону дозволяє істотно зменшити щільність дефек-
тів пакування в активних областях діодів, у результа-
ті чого знижується рівень зворотних струмів і змен-
шується розкид значень номінальної ємності діодів
по площині пластини і, як наслідок, підвищується
відсоток виходу придатних приладів.
ВИКОРИСТАНІ ДЖЕРЕЛА
1. Chen C.M., Arshad M.K.M., Rahim R.A. et al. The impacts of
platinum diffusion to the reverse recovery lifetime of a high power
diode devices. MATEC Web Conf., 2016, vol. 78, 01089, 7 р. https://
doi.org/ 10.1051/matecconf/20167801089
2. Mauch D. L., Zutavern F. J., Delhotal J. J. et al. Ultrafast
reverse recovery time measurement for wide-bandgap diodes. IEEE
Transactions on Power Electronics, 2017, vol. 32, iss. 12, pp. 9333–
9341. https://doi.org/10.1109/TPEL.2017.2657491
3. Викулин И.М., Стафеев В.И. Физика полупроводниковых
приборов. Москва, Радио и связь, 1990, 264 с.
4. Болтакс Б.И., Бахадырханов М.К., Городецкий С.М. и др.
Компенсированный кремний. Ленинград, Наука, 1972, 266 с.
5. Болтакс Б.И. Диффузия и точечные дефекты в полупровод-
никах. Ленинград, Наука, 1972, 384 с.
6. Тугов Н.М., Глебов Б.А., Чарыков Н.А. Полупроводниковые
приборы. Москва, Энергоатомиздат, 1990, 576 с.
7. Климанов Е.А. О механизмах геттерирования генерационно-
рекомбинационных центров в кремнии при диффузии фосфора
и бора. Успехи прикладной физики, 2015, т. 3, № 2, с. 121–124.
8. Смульский А.С. Бездислокационный кремний и созда-
ние современных полупроводниковых приборов. Обзоры по
электронной технике. Сер. 2. Полупроводниковые приборы, 1983,
т. 668, вып. 12, с. 12–43.
9. Таланин В.И., Таланин И.Е. Диффузионная модель обра-
зования ростовых микродефектов: новый подход к дефектоо-
бразованию в кристаллах (Обзор). Физика твердого тела, 2016,
т. 58, вып. 3, c. 417–427. https://doi.org/10.1134/S106378341603029X
10. Kveder V., Khorosheva М., Seibt М. Interplay of Ni and Au
atoms with dislocations and vacancy defects generated by moving
dislocations in Si. Solid State Phenomena, 2016, vol. 242, p. 147–154.
https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.242.147
11. Khorosheva M. A., Kveder V. V., Seibt М. On the nature of
defects produced by motion of dislocations in silicon. Phys. Status
Solidi A, 2015, vol. 212, p. 1695–1703. https://doi.org/10.1002/
pssa.201532153
12. Рейви К. Дефекты и примеси в полупроводниковом крем-
нии. Москва, Мир, 1984, 472 с.
13. Литвиненко В.М. Фізика та технологія напівпровіднико-
вих діодів. Херсон, ФОП Вишемирський В.С., 2018, 184 с.
14. Литвиненко В.Н., Богач Н.В. Дефекты и примеси в крем-
нии и методы их геттерирования. Вісник ХНТУ, 2017, т. 60, №1,
с. 32–42.
15. Пилипенко В. А., Горушко В. А., Петлицкий А. Н. и др.
Методы и механизмы геттерирования кремниевых структур в про-
изводстве интегральных микросхем. Технология и конструирова-
ние в электронной аппаратуре, 2013, № 2–3, с. 43–57.
16. Бохан Ю.И., Каменков В.С., Толочко Н.К. Доминирующие
факторы лазерного геттерирования кремниевых пластин. Физика
и техника полупроводников, 2015, т. 49, вып. 2, с. 278–282.
17. Пилипенко В.А., Вечер Д.В., Понарядов В.В. и др. Влияние
лазерного геттерирования на структурные и электрические
параметры эпитаксиальных слоев кремния. Вестник БГУ.
Сер. 1, 2007, вып. 2, с. 39–42.
18. Vikulin I.M., Litvinenko V.N., Shutov S.V. et al. Enhancing
parameters of silicon varicaps using laser gettering. Tekhnologiya i
konstruirovanie v elektronnoi apparature, 2018, no. 2, p. 29–32. https://
doi.org/10.15222/TKEA2018.2.29
19. Немцев Г.З. Пекарев А.И., Чистяков Ю.Д., Бурмистров
А.Н. Геттерирование точечных дефектов в производстве
полупроводниковых приборов. Зарубежная электронная тех-
ника, 1981, т. 245, вып. 311, с. 3–63.
20. Литвиненко В.М. Исследование влияния сезонных фак-
торов на обратные токи кремниевых варикапов. Вісник ХНТУ,
2016, т. 56, №. 1, с. 39–44.
21. Litvinenko V. N., Vikulin I.M., Gorbachev V.E. Іmprovement
of the reverse characteristics of Schottky diodes using gettering.
Tekhnologiya i konstruirovanie v elektronnoi apparature, 2019,
no. 1–2, p. 34–39. https://doi.org/10.15222/TKEA2019.1-2.34
22. Litvinenko V. N., Вaganov Ye. A., Vikulin I.M., Gorbachev
V.E. Influence of gettering on aluminum ohmic contact formation.
Tekhnologiya i konstruirovanie v elektronnoi apparature, 2020,
no. 1–2, p. 45–50. https://doi.org/10.15222/TKEA2020.1-2.45
23. Верховский Е.И. Методы геттерирования примесей в крем-
нии. Обзоры по электронной технике. Сер. 2. Полупроводниковые
приборы, 1981, вып. 8(838), с. 1–48.
24. Литвиненко В.Н., Дощенко Г.Г, Самойлов Н.А. Иссле-
дование геттерирующих свойств пленок халькогенидных сте-
кол. Биомедицинская инженерия и электроника, 2016, № 3, 6 с.
25.Vasilev Yu.B., Verezub N.A., Mezhennyi M.V. et al. Fatures
of defect formation under the thermal treatment of dislocation-
free single-diameter silicon wafers with the specified distribution
of oxygen-containing gettering centers in the bulk. Russian
Технологія та конструювання в електронній апаратурі, 2021, № 3–4 55ISSN 2309-9992 (Online)
6
ТЕХНОЛОГІЧНІ ПРОЦЕСИ ТА ОБЛАДНАННЯ
Microelectronics, 2013, vol. 42, iss. 8, pp. 467–476. https://doi.
org/10.1134/S1063739713080155
26. Харченко В.А. Проблемы надежности электронных ком-
понентов. Известия высших учебных заведений. Материалы
электронной техники. 2015, т. 18, № 1, с. 52–57. https://doi.
org/10.17073/1609-3577-2015-1-52-57
27. Меженный М.В., Резник В.Я. Способ формирования
эффективного промежуточного геттера в монокристалли-
ческих бездислокационных пластинах. Пат. 2512258 РФ, 2014.
28. Бахадирханов М.К., Исмайлов Б.К. Геттерирующие свой-
ства кластеров атомов никеля в решетке кремния. Приборы, 2020.
т. 240, № 6, с. 44–48.
29. Харченко В.А. Геттеры в кремнии. Известия высших
учебных заведений. Материалы электронной техники, 2018,
т. 21, № 1, с. 5–17. https://doi.org/10.17073/1609-3577-2018-1-5-17
30. Nyamhere C., Scheinemann A., Schenk A. et al. A
comprehensive study of the impact of dislocation loops on leakage
currents in Si shallow junction devices. Journal of Applied Physics,
2015, vol. 118, iss. 18, pp. 184501-1 – 184501-13. https://doi.
org/10.1063/1.4935293
Дата надходження рукопису
до редакції 17.05 2021 р.
V. М. LITVINENKO1, Ye. A. BAGANOV2,
І. M. VIKULIN3, V. E. GORBACHEV3
Ukraine, 1Kherson educational complex № 33,
2Kherson National Technical University;
3Odessa National Academy of Telecommunications named after A. S. Popov
E-mail: hersonlvn@gmail.com
IMPROVING PARAMETERS OF PLANAR PULSE DIODE USING GETTERING
Pulse diodes are widely used as part of high-frequency pulse circuits. However, it should be noted that the cost of pulsed diodes
remains relatively high, due to the low yield of suitable devices when they are sorted according to the criteria of reverse current
and rated capacitance. This is largely caused by the significant dependence of their electrical parameters on the density of
structural defects and impurities in the active regions of the diodes.
The study is devoted to identifying the causes and mechanisms of the low yield of diodes when they are sorted according to
the criteria of reverse current and rated capacitance, as well as determining the possibility of using gettering operations to
increase the yield of suitable devices.
It is found that the low yield of the diodes is caused by the structural defects that are formed in the active areas of the diodes
during high-temperature technological operations. The paper describes the mechanisms in which the structural defects affect
the electrical parameters of diodes.
The proposed technology for manufacturing diode structures using gettering of structural impurity defects by means of high-
temperature annealing in an inert medium before the thermal oxidation operation is considered.
It is shown that high-temperature annealing of silicon structures before thermal oxidation eliminates packing defects formed
during epitaxy, cleans the active areas of the diodes from nuclei of defects and unwanted impurities, and prevents the formation
of structural defects in them during the subsequent high-temperature thermal operations. The use of the proposed technology
allows increasing the yield of suitable diode structures by 8.9% when sorted according to rated capacitance and by 9.4% when
sorted according to reverse current, the level of reverse currents reducing by 2—9 times.
Keywords: gettering, reverse current, rated capacitance, diode, structural defects, annealing.
DOI: 10.15222/TKEA2021.3-4.50
UDC 621.382
REFERENCES
1. Chen C.M., Arshad M.K.M., Rahim R.A. et al. The impacts of
platinum diffusion to the reverse recovery lifetime of a high power
diode devices. MATEC Web Conf., 2016, vol. 78, 01089, 7 р. https://
doi.org/ 10.1051/matecconf/20167801089
2. Mauch D. L., Zutavern F. J., Delhotal J. J. et al. Ultrafast
reverse recovery time measurement for wide-bandgap diodes. //
IEEE Transactions on Power Electronics, 2017, vol. 32, iss. 12,
pp. 9333–9341. https://doi.org/10.1109/TPEL.2017.2657491
3. Vikulin I.M., Stafeev V.I. Fizika Poluprovodnikovykh priborov
[Physics of Semiconductor Devices]. Moscow, Radio i Svyaz’, 1990,
264 p. (Rus)
4. Boltaks B.I., Bakhadyrkhanov M.K., Gorodetsky S.M. et al.
Kompensirovannyy kremniy [Compensated Silicon]. Leningrad, Nauka,
1972, 266 p. (Rus)
5. Boltaks B.I. Diffuziya i tochechnyye defekty v poluprovodnikakh
[Diffusion and Point Defects in Semiconductors]. Leningrad, Nauka,
1972, 384 p. (Rus)
6. Tugov N.M., Glebov B.A., Charykov N.A. Poluprovodnikovyye
pribory [Semiconductor Devices]. Moscow, Energoatomizdat, 1990,
576 p. (Rus)
7. Klimanov E.A. Mechanism of gettering the generation-
recombination centers in silicon at diffusion of phosphorus and boron
Successes of Applied Physics, 2015, vol. 3, no. 2, рp. 121–124. (Rus)
Технологія та конструювання в електронній апаратурі, 2021, № 3–456 ISSN 2309-9992 (Online)
7
ТЕХНОЛОГІЧНІ ПРОЦЕСИ ТА ОБЛАДНАННЯ
Опис статті для цитування:
Литвиненко В. М., Баганов Є. О., Вікулін І. М., Горбачов В. Е.
Покращення параметрів планарного імпульсного діода при
використанні гетерування. Техно логия и конструи рование в
электронной аппаратуре, 2021, № 3–4, с. 50–56. http://dx.doi.
org/10.15222/TKEA2021.3-4.50
Cite the article as:
Litvinenko V. М., Baganov Ye. A., Vikulin І. M., Gorbachev
V. E. Improving parameters of planar pulse diode using gettering.
Tekhnologiya i Konstruirovanie v Elektronnoi Apparature, 2021,
no. 3–4, pp. 50–56. http://dx.doi.org/10.15222/TKEA2021.3-4.50
8. Smulsky A.S. Dislocation-free silicon and the creation of
modern semiconductor devices. Reviews on Electronic Engineering.
Ser. 2. Semiconductor Devices, 1983, vol. 668, iss. 12, pp. 12–43.
(Rus)
9. Talanin V.I., Talanin I.E. Diffusion model of the formation of
growth microdefects: a new approach to defect formation in crystals
(Review). Solid State Physics, 2016, vol. 58, no. 3, pр. 427–437. https://
doi.org/10.1134/S106378341603029X
10. Kveder V., Khorosheva М., Seibt М. Interplay of Ni and Au
atoms with dislocations and vacancy defects generated by moving
dislocations in Si. Solid State Phenomena, 2016, vol. 242, pр. 147–154.
https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.242.147
11. Khorosheva M. A., Kveder V. V., Seibt М. On the nature of
defects produced by motion of dislocations in silicon. Phys. Status
Solidi A, 2015, vol. 212, pp. 1695–1703. https://doi.org/10.1002/
pssa.201532153
12. Ravi К.V. Imperfections and Impurities in Semiconductor
Silicon. John Wiley & Sons, New York, 1981, 379 p.
13. Litvinenko V.M. Fizyka ta tekhnolohiya napivprovidnykovykh
diodiv [Physics and Technology of Semiconductor Diodes]. Kherson,
Vyshemirsky V.S., 2018, 184 p. (Ukr)
14. Litvinenko V. N., Bohach N. V. Defects and impurities in
silicon and methods for their gettering. Visnyk of KhNTU, 2017,
vol. 60, iss. 1, pp. 32–42. (Rus)
15. Pilipenko V. A., Gorushko V. A., Petlitskiy A. N. et al. Methods
and mechanisms of gettering of silicon structures in the production
of integrated circuits. Tekhnologiya i Konstruirovanie v Elektronnoi
Apparature, 2013, no. 2–3, pp. 43–57. (Rus).
16. Bokhan Yu.I., Kamenkov V.S., Tolochko N.K. Dominant fac-
tors of laser gettering of silicon wafers. Semiconductors Physics and
Technology, 2015. vol. 49, iss. 2, рp. 278–282. (Rus)
17. Pilipenko V.A., Vecher D.V., Ponaryadov V.V. et al. Influence
of laser gettering on the structural and electrical parameters of epitaxial
silicon layers. Vestnik of BSU. Ser. 1, 2007, iss. 2, pр. 39–42. (Rus)
18. Vikulin I.M., Litvinenko V.N., Shutov S.V. et al. Enhancing
parameters of silicon varicaps using laser gettering. Tekhnologiya i
Konstruirovanie v Elektronnoi Apparature, 2018, no. 2, pр. 29–32.
https://doi.org/10.15222/TKEA2018.2.29
19. Nemtsev G.Z. Pekarev A.I., Chistyakov Yu.D., Burmistrov
A.N. Gettering point defects in semiconductor device manufac-
turing. Foreign Electronic Technology, 1981, vol. 245, iss. 311,
pр. 3–63. (Rus)
20. Litvinenko V.M. Investigation of the influence of seasonal
factors on reverse currents of silicon varicaps. Visnyk of KhNTU, 2016,
vol. 56, iss. 1, pр. 39–44. (Rus)
21. Litvinenko V. N., Vikulin I.M., Gorbachev V.E. Іmprovement
of the reverse characteristics of Schottky diodes using gettering.
Tekhnologiya i Konstruirovanie v Elektronnoi Apparature, 2019,
no. 1–2, рp. 34–39. https://doi.org/10.15222/TKEA2019.1–2.34
22. Litvinenko V. N., Вaganov Ye. A., Vikulin I.M., Gorbachev
V.E. Influence of gettering on aluminum ohmic contact formation.
ekhnologiya i Konstruirovanie v Elektronnoi Apparature, 2020,
no. 1–2, pр. 45–50. https://doi.org/10.15222/TKEA2020.1-2.45
23. Verkhovsky E.I. Methods for gettering impurities in silicon.
Reviews on Electronic Technology. Ser. 2. Semiconductor Devices,
1981, iss. 8 (838), рр. 1–48. (Rus)
24. Litvinenko V.N., Doshchenko G.G., Samoilov N.A.
Investigation of the gettering properties of chalcogenide glass films.
Biomedical Engineering and Electronics, 2016, no. 3, 6 p. (Rus)
25.Vasilev Yu.B., Verezub N.A., Mezhennyi M.V. et al. Fatures
of defect formation under the thermal treatment of dislocation-
free single-diameter silicon wafers with the specified distribu-
tion of oxygen-containing gettering centers in the bulk. Russian
Microelectronics, 2013, vol. 42, iss. 8, pp. 467–476. https://doi.
org/10.1134/S1063739713080155
26. Kharchenko V.A. Problems of reliability of electronic
components. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materials of
Electronics Engineering, 2015, vol.18, iss. 1, pp. 52–57. https://doi.
org/10.17073/1609-3577-2015-1-52-57 (Rus)
27. Mezhennyi M.V., Reznik V. Ya. [The Method of Forming an
Efficient Intermal Getter in Single-Crystal Dislocation-Free Wafers].
Patent 2512258 RF, 2014. (Rus).
28. Bakhadirkhanov M.K., Ismailov B.K. Hettering properties of
clusters of nickel atoms in the silicon lattice. Devices, 2020. vol. 240,
iss. 6, pp. 44–48. (Rus)
29. Kharchenko V.A. The getters in silicon. Izvestiya Vysshikh
Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of
Electronics Engineering, 2018, vol. 21, iss. 1, рp. 5–17. https://doi.
org/10.17073/1609-3577-2018-1-5-17 (Rus)
30. Nyamhere C., Scheinemann A., Schenk A. et al. A com-
prehensive study of the impact of dislocation loops on leakage
currents in Si shallow junction devices. Journal of Applied Physics,
2015, vol. 118, iss. 18, pp. 184501-1 – 184501-13 https://doi.
org/10.1063/1.4935293
|
| id | oai:tkea.com.ua:article-78 |
| institution | Technology and design in electronic equipment |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-06-10T01:00:25Z |
| publishDate | 2021 |
| publisher | PE "Politekhperiodika", Book and Journal Publishers |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | wwwtkeacomua/69/5b86a6c1e7b6c20f835a438f68203d69.pdf |
| spelling | oai:tkea.com.ua:article-782026-06-09T12:18:11Z Improving parameters of planar pulse diode using gettering Покращення параметрів планарного імпульсного діода при використанні гетерування Litvinenko, Viktor Baganov, Yevgen Vikulin, Ivan Gorbachev, Victor gettering reverse current rated capacitance diode structural defects annealing гетерування зворотний струм номінальна ємність діод структурні дефекти відпал Pulse diodes are widely used as part of high-frequency pulse circuits. However, it should be noted that the cost of pulsed diodes remains relatively high, due to the low yield of suitable devices when they are sorted according to the criteria of reverse current and rated capacitance. This is largely caused by the significant dependence of their electrical parameters on the density of structural defects and impurities in the active regions of the diodes.The study is devoted to identifying the causes and mechanisms of the low yield of diodes when they are sorted according to the criteria of reverse current and rated capacitance, as well as determining the possibility of using gettering operations to increase the yield of suitable devices.It is found that the low yield of the diodes is caused by the structural defects that are formed in the active areas of the diodes during high-temperature technological operations. The paper describes the mechanisms in which the structural defects affect the electrical parameters of diodes.The proposed technology for manufacturing diode structures using gettering of structural impurity defects by means of high-temperature annealing in an inert medium before the thermal oxidation operation is considered.It is shown that high-temperature annealing of silicon structures before thermal oxidation eliminates packing defects formed during epitaxy, cleans the active areas of the diodes from nuclei of defects and unwanted impurities, and prevents the formation of structural defects in them during the subsequent high-temperature thermal operations. The use of the proposed technology allows increasing the yield of suitable diode structures by 8.9% when sorted according to rated capacitance and by 9.4% when sorted according to reverse current, the level of reverse currents reducing by 2–9 times. Розглянуто причини та механізми впливу структурних дефектів на параметри імпульсного діода. Наведено експериментальні результати дослідження впливу гетерування, проведеного шляхом передокислювального високотемпературного відпалу пластин в атмосфері аргону, на параметри діодів. Показано, що пропонована технологія виготовлення структур імпульсного діода дозволяє істотно зменшити щільність дефектів пакування в активних областях діодів, у результаті чого знижується рівень зворотних струмів та зменшується розкид значень номінальної ємності діодів по площині пластини і, як наслідок, підвищується відсоток виходу придатних приладів. PE "Politekhperiodika", Book and Journal Publishers 2021-09-07 Article Article Peer-reviewed Article application/pdf https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2021.3-4.50 10.15222/TKEA2021.3-4.50 Technology and design in electronic equipment; No. 3–4 (2021): Tekhnologiya i konstruirovanie v elektronnoi apparature; 50-56 Технологія та конструювання в електронній апаратурі; № 3–4 (2021): Технология и конструирование в электронной аппаратуре; 50-56 3083-6549 3083-6530 10.15222/TKEA2021.3-4 uk https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2021.3-4.50/71 Copyright (c) 2021 Viktor Litvinenko, Yevgen Baganov, Ivan Vikulin http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ |
| spellingShingle | гетерування зворотний струм номінальна ємність діод структурні дефекти відпал Litvinenko, Viktor Baganov, Yevgen Vikulin, Ivan Gorbachev, Victor Покращення параметрів планарного імпульсного діода при використанні гетерування |
| title | Покращення параметрів планарного імпульсного діода при використанні гетерування |
| title_alt | Improving parameters of planar pulse diode using gettering |
| title_full | Покращення параметрів планарного імпульсного діода при використанні гетерування |
| title_fullStr | Покращення параметрів планарного імпульсного діода при використанні гетерування |
| title_full_unstemmed | Покращення параметрів планарного імпульсного діода при використанні гетерування |
| title_short | Покращення параметрів планарного імпульсного діода при використанні гетерування |
| title_sort | покращення параметрів планарного імпульсного діода при використанні гетерування |
| topic | гетерування зворотний струм номінальна ємність діод структурні дефекти відпал |
| topic_facet | gettering reverse current rated capacitance diode structural defects annealing гетерування зворотний струм номінальна ємність діод структурні дефекти відпал |
| url | https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2021.3-4.50 |
| work_keys_str_mv | AT litvinenkoviktor improvingparametersofplanarpulsediodeusinggettering AT baganovyevgen improvingparametersofplanarpulsediodeusinggettering AT vikulinivan improvingparametersofplanarpulsediodeusinggettering AT gorbachevvictor improvingparametersofplanarpulsediodeusinggettering AT litvinenkoviktor pokraŝennâparametrívplanarnogoímpulʹsnogodíodaprivikoristannígeteruvannâ AT baganovyevgen pokraŝennâparametrívplanarnogoímpulʹsnogodíodaprivikoristannígeteruvannâ AT vikulinivan pokraŝennâparametrívplanarnogoímpulʹsnogodíodaprivikoristannígeteruvannâ AT gorbachevvictor pokraŝennâparametrívplanarnogoímpulʹsnogodíodaprivikoristannígeteruvannâ |