0.01-

лось Шокли [40] и экспериментально исследовалось Мак-Кеем и Мак-Афи [28], Мак-Кеем ,[27] и Чиноветом и Мак-Кеем .[10, 11].

Шум микроплазмы (в отличие от взрывного шума) наблюдается в виде ступенчатого сигнала с s(f амплитудой, приблизительно равной ЮА [8]. Сама микроплазма локализуется внутри перехода в областях сильного электрического поля с характерными размерами порядка нескольких сотен ангстрем, в которых трещины и другие дефекты кристаллической решетки содержат ловушки, что приводит к большой плотности заряда в таких местах. Этот связанный заряд способствует лавинному пробою, когда тот возникает. Образование и последующее разрушение микроплазмы - процесс случайный и он приводит к экспериментально наблюдаемым ступенчатым изменениям тока перехода. Роуз [36] предложил модель для объяснения микроплазменных эффектов, основанную на аналогиях с явлением газового разряда, и, кроме этого, Хайтц [16] рассмотрел модель электрического поведения микроплазмы.

Ступенчатая форма сигнала, которая характеризует микроплазменный шум, указывает на очевидную схожесть с формой взрывного шума, но между ними имеется и существенное различие. В частности, амплитуда взрывного шума на три порядка меньше, чем амплитуда шума, обусловленного микроплазмой, и скорость включения взрывного шума по существу не зависит от напряжения, тогда как длительность цикла микроплазменного шума меняется в зависимости от величины приложенного напряжения.

Шенк [,37, 38], который рассматривал связь взрывного шума со старением и отказами приборов, отметил трудности в интерпретации взрывного шума как явления микроплазменного происхождения. В то же время он высказал допущение о том, что эти трудности не непреодолимы и что они не устраняют

0,001

Рис. 7.7. Спектральная плотность взрывного шума.

Экспериментальные точки обозначены незалитымн кружками, прямая часть сплошной линии соответствует зависимости f-K (Согласно [41], с любезного разрешения Американского физнческо» го института.)

ПОЛНОСТЬЮ возможность того, что взрывной шум обусловлен процессами образования и разрушения микроплазмы. Он полагал, например, что только из того, что взрывной шум наблюдается при напряжениях, значительно меньших напряжений пробоя в объеме перехода, не обязательно должно следовать, что это явление не есть эффект пробоя, оно может быть связано с поверхностным пробоем, который, как известно, имеет место при напряжениях, меньших напряжения пробоя в объеме [13].

Шенк предложил количественную модель для взрывного шума, основанную на допущении, что внутреннее последовательное сопротивление траектории в области сильного поля в переходе составляет 10-10" Ом. Как он отметил, это гораздо больше, чем величина 10-10 Ом, которую связывают обычно с микроплазмой. Он постулировал следующую последовательность процессов, происходящих в месте возникновения микроплазмы, где имеется напряжение, большее, чем напряжение пробоя.

Носитель заряда, либо генерированный внутри области сильного электрического поля, либо диффундировавший в эту область, приводит к образованию лавины. По мере роста тока падение напряжения на большом внутреннем последовательном сопротивлении увеличивается до тех пор, пока падение напряжения в области сильного поля станет ниже пороговой величины, при которой разряд прекращается. Часть носителей, освобожденных разрядом, будет, вероятно, захвачена в непосредственной близости От области микроплазмы. Из тех носителей, которые повторно освобождаются из ловушек после окончания разряда, некоторые опять запустят в действие этот же механизм. Таким образом, возникает ряд коротких всплесков лавинного тока, и процесс окончится только тогда, когда случайно не окажется повторно освобождаемых носителей для запуска следующего разряда. Такая ситуация будет оставаться без изменений до тех пор, пока весь этот процесс не будет инициирован снова с помощью свободного носителя, диффундирующего в область сильного электрического поля или генерированного внутри этой области.

Шенк предположил, что каждый из экспериментально наблюдаемых импульсов взрывного шума, имеющий амплитуду приблизительно равную 10- А и длительность порядка миллисекунды, является на самом деле «усреднением» одной серии коротких импульсов разряда. Главная трудность данной модели заключается в том, что она не объясняет высокое значение внутреннего последовательного сопротивления траектории тока до области сильного электрического поля - условие, на которое она столь существенно опирается. Если постулировать наличие такого сопротивления, то нужная величина амплитуды

ТОКОВЫХ импульсов следует из этого почти автоматически; но не трудно видеть, что в этом-то вопрос и состоит. Обычно для возникновения микроплазменных эффектов не требуется столь высокого значения сопротивления току в близлежащих к переходу областях, т. е. импульсы, обусловленные микроплазмой, имеют амплитуды, на несколько порядков большие, чем амплитуды импульсов взрывного шума. Поэтому явно недостаточно просто считать иначе, и затем на основе такого допущения прийти к заключению, что импульсная помеха - это эффект, связанный с микроплазмой. У Шейка имеется намек на то, что в кремниевых приборах такое высокое внутреннее сопротивление может быть связано с поверхностью раздела кремний - окись кремния, но он не привел никаких количественных доводов для подтверждения такой точки зрения.

Явление взрывного шума и его происхождение было рассмотрено в работе Леонарда и Яскольски [22] в связи с функционированием широкополосных интегральных усилителей. Из проведенного исследования они сделали вывод о том, что «шум лопающихся зерен кукурузы») (взрывной шум) имеет место тогда, когда у обратной ветви вольт-амперной характеристики перехода коллектор - база имеются области отрицательного сопротивления, находящиеся около «колена» ветви, соответствующего началу пробоя. Леонард и Яскольски сообщили, что в том случае, когда напряжение обратного смещения было таким, что рабочая точка совпадала с областью подобного отрицательного сопротивления, они наблюдали локальное излучение света. Известно, что микроплазма излучает свет [10], и это привело Леонарда и Яскольски к выводу о том, что взрывной и микроплазменный шумы эквивалентны. Однако они не предпринимали попытки примирить отмеченные выше несоразмерности между микроплазменным и взрывным шумами.

Подобная трактовка Леонарда и Яскольски была поставлена под сомнение Кноттом [21], который провел измерения взрывного шума в дискретных кремниевых планарных транзисторах. Его результаты не подтвердили гипотезы о том, что взрывной шум обусловлен микроплазменными явлениями в об-ратносмещенном переходе база - коллектор; вместо этого он показал, что в данном случае взрывной шум возникает в области на поверхности или рядом с поверхностью положительно смещенного перехода эмиттер - база. Подобное противоречие между результатами, полученными Леонардом и Яскольски, а также Кноттом, могло означать, что существуют по крайней мере два вида взрывного шума. В самом деле, Open [30]

" Его так называют по аналогии со звуками варящихся в котелке зерен

кукурузы. :