Введение к работе
Актуальность.
Настоящая работа посвящена исследованию надежности силовых транзисторов (СТ), которые являются основным активным элементом преобразовательной техники. Быстрое развитие преобразовательной техники в значительной степени оказалось возможным благодаря применению СТ,которые в последние десятилетия успешно конкурируют с силовыми тиристорами.
Необходимым условием дальнейшего повышения качества преобразовательных устройств является создание надежных СТ. Анализ путей обеспечения и повышения надежности полупроводниковых приборов показывает,что для их осуществления применительно к СТ необходимо решить следующие основные задачи:
выбор и обоснование режимов испытаний СТ на надежность, а также разработка методик их проведения;
выбор и обоснование наиболее информативных параметров СТ и разработка методик их измерения.
Решение первой задачи позволяет:
получить достоверные значения показателей надежности(ПН), определить зависимости ПН СТ от коэффициентов загрузки и времени в различных режимах применения;
определить режимы принудительной тренировки СТ с целью отбраковки дефектных приборов;
получить достоверную информацию о технологических и конструктивных дефектах СТ.
Решение второй задачи необходимо для неразрушающей отбраковки потенциально ненадежных СТ и снижения стоимости приборов при одновременном повышении уровня их надежности.
Следует отметить, что СТ являются сравнительно новым дискретным элементом твердотельной электроники, недостаточно изученным с точки зрения надежности.Существующие методы испытаний на надежность не позволяют точно оценить ПН СТ и выявить основные механизмы их отказов.Отсутствует также информация о распределении отказов во времени,что не позволяет обосновывать экономически-оптимальные режимы тренировки СТ.
Что касается изучения таких информативных параметров СТ, как низкочастотный шум (НЧШ) и т-фактор,то до сих пор они исследовались только для маломощных транзисторов и методики их измерения для силовых приборов с целью отбраковки потенциально ненадежных транзисторов отсутствуют.
Поэтому исследование и разработка методов отбраковки ненадежных СТ представлется весьма актуальной задачей.
Целью работы являлось:
определение показателей надежности СТ в трех режимах испытаний, а именно: в "ждущем" и динамическом режимах и в режиме термоэлектроциклирования;
определение законов распределения основных параметров СТ и законов распределения их отказов во времени;
разработка методов измерений и проведение экспериментальных исследований НЧШ и т-фактора с целью последующей отбраковки СТ.-
Методы исследования. В процессе решения задач диссертационной работы использовались методы теории вероятностей и математической статистики, физической и математической теории надежности,физики полупроводниковых приборов. Экспериментальные исследования и испытания проводились как на стандартном, так и на специально разработанном оборудовании.
Научная новизна работы:
- Определены законы распределения отказов СТ в трех основных
режимах испытаний, а также определены зависимости ПН от
времени и нагрузки в "ждущем" режиме, в том числе впервые
получено значение энергии активации для СТ.
Впервые приведены данные о показателях надежности СТ в различных режимах испытаний.
определены зависимости НЧШ и m-фактора СТ от параметров нагрузки.
впервые для СТ применены методы теории распознования образов для анализа результатов испытаний СТ и построена соответствующая математическая модель.
Основные положения работы, выносимые на защиту. Автором разработаны и выносятся на защиту:
результаты испытаний СТ на надежность в .базовых режимах;
результаты исследований НЧШ и ш-фактора СТ и их зависи- мости от параметров нагрузки:
применение теории распознования образов с целью выявления наиболее информативных параметров СТ и алгоритм подсчета индекса их информативности;
модели повышения надежности С'Т'за счет тренировки и отбраковки потенциально ненадежных приборов.
Практическая значимость и реализация результатов работы. Предложенные в диссертации методы испытаний СТ на надежность з предельно-допустимых электрических и тепловых режимах, максимально приближенные к реальным условиям эксплуатации, позволяют получать объективную информацию об истинных значениях ПН СТ.
Предложенная в диссертации методика и режимы для проведения термоэлектротренировки использовались в НШ "Транзистор" для повышения надежности СТ.
Проведенный анализ по выявлению причин отказоБ после испытаний позволяет исключить технологические и конструктивные дефекты СТ и повысить тем самым уровень их качества.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Всесоюзной конференции "Надежность силовых полупроводниковых приборов и преобразователей на их основе" (г.Саранск,1933 г.),на научно-техническом семинаре "Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах"(г.Черноголовка,!990г.),на 3-й Всесоюзной научно-технической конференции "Основные направ-
ления развития конструирования,технология и исследования силовых полупроводниковых приборов"(г.Москва,191г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных, работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, двух приложений, списка обозначений и Списка литературы. Основное содержание диссертации' изложено на 108 страницах машинописного текста, содержит 95 иллюстраций, 14 таблиц, список литературы из 202 наименований на 19 страницах.
