казано влияние напряжения затвора на прямую ветвь вольт-амперной характеристики р-п-перехода. Структура элемента, на котором проводили эти измерения, показана на этом рисунке отдельно. Сплошные кривые - это характеристики одного из исследованных р-п-переходов. Пики на этих характеристиках приходятся на напряжения затвора, примерно равные -10 и + 10 В, что соответству(.;т обеднению носителями поверхности /г-области (подложка) и поверхности р+-области, соответственно. У некоторых переходов обнаружено отклонение в поведении от зависимостей, указанных сплошной линией; при напряжении на затворе, большем +10 В, наблюдался дополнительный ток, показанный штриховой линией на рисунке. Этот дополнительный ток мог быть обусловлен либо локальными концентрациями дефектов в инверсном слое, либо туннельными механизмами [33]. Согласно Хсу и Виттиеру, взрывной шум, который зависит от напряжения затвора, связан исключительно с этим дополнительным током: в тех переходах, у которых не было дополнительного тока, не наблюдался взрывной шум; в то же время взрывной шум наблюдался в тех элементах, которые имели дополнительный ток, но только в тех случаях, когда напряжение затвора приводило к поверхностной инверсии, позволяющей протекать этому дополнительному току. Более того, было найдено, что пороговое значение напряжения затвора для возникновения взрывного шума, такое же, как и для этого дополнительного тока на прямой ветви характеристики ток - напряжение затвора. Подобная картина наблюдалась и в транзисторах с р-п-переходами, исследованных Хсу и Виттиером.

Вслед за этими первыми наблюдениями был выполнен ряд исследований взрывного шума в биполярных транзисторах: Ягер и Бредерсон [19] предложили феноменологическую модель, которую используют для расчета шума в области низких частот; Люк с сотр. [23] нашли, что амплитуды импульсов взрывного шума зависят от прямого напряжения эмиттер - база, но не зависят от обратного смещения коллектор - база; анализ спектра и экспериментальное изучение статистики взрывного шума провели Мартин и Бласкес [24]; отказы в работе интегральных схем, связанные с взрывным шумом, изучались Копти и Корда [12]. Основные выводы, которые следуют из всех этих исследований, таковы: 1) амплитуды импульсов взрывного шума тока базы подчиняются соотношению (7.3); 2) параметр п в этом выражении приблизительно равен 2, но он больше, чем тп в выражении

/д = /ехр(#£й/тКе), (7.4)

для тока базы; 3) частота повторения шумовых всплесков ли-

нейно зависит от тока эмиттера 1е, но не зависит от напряжения Vcb; 4) длительность наименее вероятного состояния уменьшается с увеличением 1е; 5) механическое напряжение, вызываемое нажатием на кристалл транзистора стальным острием, приводит практически во всех случаях к изменению средней частоты повторения шумовых всплесков; 6) взрывной шум возникает в п-р-п-транзисторах гораздо чаще, чем в р-п-р-транзисторах; 7) спектр шума имеет вид [1-Ь( /о)]~, где fo зависит от смещения.

Вопрос об источниках возникновения взрывного шума в р-п-переходах с прямым смещением рассматривался рядом авторов, во всех случаях для его объяснения в качестве основополагающей причины использовались различные виды дефектов кристаллической структуры материала, из которого изготовлялся элемент. Люк с сотр. предложили механизм возникновения этого шума за счет появления и исчезновения крупномасштабных рекомбинационных центров. Они предположили, что таковыми могли бы являться 60°-ные краевые дисклокации, так как известно, что такие дефекты - эффективные центры рекомбинации, что связано с ненасыщенными связями, которыми они обладают [32, 39]. Эти дефекты действуют как глубокие акцепторные уровни. Такая дислокация в полупроводниках п-типа вызывает изгиб энергетических зон и около линии дислокации образуется обедненная носителями цилиндрическая зона. В материале р-типа уровень Ферми опускается ниже уровня центра зоны и обедненной области не существует. Люк с сотр. полагают, что механические напряжения могут приводить к образованию области с очень большой концентрацией дислокаций, которая располагается непосредственно под контактом эмиттера, а передача импульса от электронов тока эмиттера приводит к миграции этих дислокаций по транзистору, и разные рекомбинационные тока, связанные с такими центрами в различных областях п-р-п-прибора, ответственны за наблюдаемые импульсы взрывного шума. Весь подобный процесс может продолжаться непрерывно и приводить к статистически стационарному шумовому сигналу, так как механические напряжения, возникающие в области эмиттерного контакта за счет относительного смещения его составных частей, приводят к образованию все новых дислокаций, которые затем проходят через транзистор.

Для объяснения некоторых особенностей характеристик взрывного шума, по всей вероятности, подходит модель, рассматривающая поверхностные дефекты. Такая точка зрения находит поддержку в работе Мартина с сотр. [25], в которой показано, что на одной полупроводниковой пластине процент транзисторов, у которых наблюдается взрывной шум, продор-

Дедзент

г-р- центр

ционален плотности поверхностных дислокаций на этой пластине. Кроме того, другие авторы, например Бласкес [3], а также Копти и Корда [12], смогли идентифицировать связь между кристаллографической плотностью дефектов и соответствующей частью транзисторов со взрывным шумом. С другой стороны, Бродерсон с сотр. [5] высказали предположение о том, что в качестве причины, приводящей к взрывному шуму, могут выступать осадки металла, а Хсу с сотр. [18] предложили модель, основанную на дефектах такого типа.

Хсу с сотр. рассуждали следующим образом: число носителей заряда в типичном импульсе взрывного шума, имеющего амплитуду 10"А и длительность 1 мс, составляет по порядку величины 10. Крайне мало вероятно, чтобы при механизме, обусловливающем этот токовый импульс, все эти носители возбуждались независимо. Гораздо вероятнее такой процесс, при котором единичное событие приводило как бы к запуску потока всех носителей в таком импульсе. Такой процесс мог бы иметь место в том случае, когда только один генерационно-рекомбинационный центр был бы расположен в области дефекта с высокой скоростью рекомбинации. В качестве такого дефекта мог бы быть дефект типа металлического осаждения.

Предложенная модель основана на положении, согласно которому ток через область такого металлического осаждения модулируется изменением заселенности соседнего рекомбинационно-генерационного центра. Представим себе дефект, находящийся в металлургическом р-п-переходе, на поверхности или в объеме полупроводника, как это показано на рис. 7,10, а. Этот дефект находится в переходе, соединяющем п- и р-области. Далее Хсу с сотр. считали, что между осадком металла и «-областью полупроводника существует большой потенциальный барьер, который действует как выпрямляющий контакт, а потенциальный барьер между металлом и р-областью полу-

Дерент Б

Рис. 7.10. Модель взрывного шума.

а - дефект, расположенный в металлургическом переходе; б - диаграмма энергетических зон около этого дефекта.)