3.6. How are low-frequency noises related to the transistor manufacturing technology?

Analysis of the low-frequency noise level from semiconductor devices makes it possible to improve the process of rejection of low-quality products. The transistors under study are compared in terms of noise level with the control defect-free transistor and the product is evaluated for reliability by the difference in noise values. However, the disadvantage of this method is low reliability, since up to 15% of reliable products are rejected. (Анализ уровня низкочастотного шума от полупроводниковых приборов позволяет улучшить процесс отбраковки некачественной продукции. Исследуемые транзисторы сравниваются по уровню шума с контрольным бездефектным транзистором, и по разнице значений шума оценивается надежность изделия. Однако недостатком этого способа является низкая надежность, так как отбраковывается до 15% надежных изделий.)

+Measurements are carried out in the mode of the E-B and K-B junction diode at a forward current of 10 mA using a direct measurement unit at a frequency of 1 kHz, after which the signal is detected by a quadratic detector and measured on a digital voltmeter. (+Измерения проводятся в режиме переходных диодов E-B и K-B при прямом токе 10 мА с использованием блока прямого измерения на частоте 1 кГц, после чего сигнал детектируется квадратичным детектором и измеряется на цифровом вольтметре.)

Analysis of the CDP noise spectrum shows that thermal and excessive noise are observed depending on the physical nature. Among the various types of excessive noise in the literature, the most widely considered generation-recombination noise and noise of the form 1/f; (or low-frequency or flickering noise), as well as noise in the form of random telegraphic signals. noise 1/f is designed to detect hidden defects. (Анализ спектра шума CDP показывает, что в зависимости от физической природы наблюдаются тепловой и чрезмерный шум. Среди различных типов чрезмерного шума в литературе наиболее широко рассматриваются генерационно-рекомбинационный шум и шум вида 1/f; (или низкочастотный или мерцающий шум), а также шум в виде случайных телеграфных сигналов. шум 1/f предназначен для обнаружения скрытых дефектов.)

The noise level 1/f of an object is a measure of its disorder. In other words, the more disturbances there are in the structure of an object, the higher its 1/f noise level. Therefore, noise 1/f is an indispensable tool for studying these disorders. (Уровень шума 1/f объекта является мерой его беспорядка. Другими словами, чем больше возмущений присутствует в структуре объекта, тем выше его 1/f уровень шума. Поэтому шум 1/f является незаменимым инструментом для изучения этих расстройств.)

Suppose that a batch of integrated circuits (ICS) or any other electronic components (transistors, diodes, resistors, etc.) has come off the assembly line. The parameters of the manufactured components correspond to the specified limits. Noise 1/f was measured for each component. Some components have a noise level of 1/f, which is significantly higher than average. Is it possible to say that the probability of failure of such components is also much higher? Yes, you can. The results of numerous experiments allow us to speak about this quite confidently. (Предположим, что с конвейера сошла партия интегральных схем (ИС) или любых других электронных компонентов (транзисторов, диодов, резисторов и т.д.). Параметры изготовленных компонентов соответствуют заданным пределам. Шум 1/f измерялся для каждого компонента. Некоторые компоненты имеют уровень шума 1/f, что значительно выше среднего. Можно ли сказать, что вероятность выхода из строя таких компонентов также намного выше? Да, ты можешь. Результаты многочисленных экспериментов позволяют говорить об этом вполне уверенно.)

All of the above applies to both analog and digital components. For the latter, the 1/f noise measurement looks somewhat exotic. But here, too, noise diagnostics has found application. For digital components (for example, memory chips), the current consumption is measured in static mode. The 1/f noise present in the consumption current spectrum contains information about the reliability of IE. It often happens that it is impossible to identify the potential unreliability of such a component in any other way.( Все вышесказанное относится как к аналоговым, так и к цифровым компонентам. Для последнего измерение шума 1/f выглядит несколько экзотично. Но и здесь шумовая диагностика нашла применение. Для цифровых компонентов (например, микросхем памяти) потребляемый ток измеряется в статическом режиме. Шум 1/f, присутствующий в спектре тока потребления, содержит информацию о надежности IE. Часто бывает так, что определить потенциальную ненадежность такого компонента каким-либо другим способом невозможно.)

Noise measurements make it possible to detect defective material with a sensitivity that is not available for either electrical or optical methods. In Si, for example, the noise level 1/f can vary by 5-6 orders of magnitude with almost unchanged values of mobility and concentration. This circumstance indicates the enormous practical value of noise measurements. (Измерения шума позволяют обнаружить дефектный материал с чувствительностью, недоступной ни для электрических, ни для оптических методов. В Си, например, уровень шума 1/f может изменяться на 5-6 порядков при практически неизменных значениях подвижности и концентрации. Это обстоятельство указывает на огромную практическую ценность измерений шума.)

Fig. 24. The dependence of the noise coefficient on the operating mode of the transistor (Рис. 24. Зависимость коэффициента шума от режима работы транзистора)