vestifmИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-математических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physics and Mathematics Series1561-24302524-2415The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-2430-2021-57-2-232-241vestifm-590Research ArticleФИЗИКАPHYSICSВлияние технологических примесей на температурную зависимость коэффициента усиления биполярного n-p-n-транзистораThe influence of uncontrolled technological impurities on the temperature dependence of the gain coefficient of a bipolar n-p-n-transistorОджаевВ. Б.OdzaevV. B.

Оджаев Владимир Борисович – доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой физики полупроводников и наноэлектроники

пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Республика Беларусь

Vladimir B. Odzaev – Dr. Sc. (Physics and Mathematics), Professor, Head of the Department of Semiconductor Physics and Nanoelectronics

4, Nezavisimosti Ave., 220030, Minsk, Republic of Belarus

odzaev@bsu.byПетлицкийА. Н.PyatlitskiA. N.

Петлицкий Александр Николаевич – кандидат физико-математических наук, директор центра

ул. Казинца, 121а, 220108, г. Минск, Республика Беларусь

Aliaksandr N. Pyatlitski – Ph. D. (Physics and Mathematics), Director of the “Belmicroanalysis” state Center

121а, Kazinets Str., 220108, Minsk, Republic of Belarus

petan@tut.byПилипенкоВ. А.PilipenkoV. A.

Пилипенко Владимир Александрович – член-корреспондент Национальной академии наук Беларуси, доктор технических наук, профессор, заместитель директора

ул. Казинца, 121а, 220108, г. Минск, Республика Беларусь

Vladimir A. Pilipenko – Corresponding Member of the National Academy of Sciences of Belarus, Dr. Sc. (Engineering), Professor, Deputy Director of the “Belmicroanalysis” State Center

121а, Kazinets Str., 220108, Minsk, Republic of Belarus

ПросоловичВ. С.ProsolovichU. S.

Просолович Владислав Савельевич – кандидат физико-математических наук, доцент, заведующий НИЛ спектроскопии полупроводников

пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Республика Беларусь

Uladislau S. Prasalovich – Ph. D. (Physics and Mathematics), Associate P rofessor, H ead o f t he L aboratory of the Semiconductor Spectroscopy, Assistant Professor at the Department Semiconductor Physics and Nanoelectronics

4, Nezavisimosti Ave., 220030, Minsk, Republic of Belarus

prosolovich@bsu.byФилипеняВ. А.FilipeniaV. A.

Филипеня Виктор Анатольевич – ведущий инженер ГЦ «Белмикроанализ»

ул. Казинца, 121а, 220108, г. Минск, Республика Беларусь

Viktar A. Filipenia – L ead E ngineer of the “Belmicroanalysis” State Center

121а, Kazinets Str., 220108, Minsk, Republic of Belarus

office@integral.byШестовскийД. В.ShestovskiD. V.

Шестовский Дмитрий Викторович – инженер-технолог отдела перспективных технологических процессов

ул. Казинца, 121а, 220108, г. Минск, Республика Беларусь

Dmitry V. Shestovski – Engineer-Technologist of the Advanced Technological Processes Department

121а, Kazinets Str., 220108, Minsk, Republic of Belarus

DShestovski@integral.byЯвидВ. Ю.YavidV. Yu.

Явид Валентин Юльянович – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник НИЛ спектроскопии полупроводников

пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Республика Беларусь

Valentin Yu. Yavid – Ph. D. (Physics and Mathematics), Senior Researcher of the Laboratory of the Semiconductor spectroscopy, Assistant Professor at the Department Semiconductor Physics and Nanoelectronics

4, Nezavisimosti Ave., 220030, Minsk, Republic of Belarus

yavid@bsu.byЯнковскийЮ. Н.YankovskiYu. N.

Янковский Юрий Николаевич – кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник НИЛ спектроскопии полупроводников

пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Республика Беларусь

Yuri N. Yankovski – Ph. D. (Physics and Mathematics), Leading Researcher of the Laboratory of the Semiconductor Spectroscopy, Assistant Professor at the Department Semiconductor Physics and Nanoelectronics

4, Nezavisimosti Ave., 220030, Minsk, Republic of Belarus

yankouski@bsu.byБелорусский государственный университетБеларусьBelarusian State UniversityBelarusОткрытое акционерное общество «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл»БеларусьJSC “Integral” – “Integral” Holding Managing CompanyBelarus202115072021572232241Copyright © Оджаев В.Б., Петлицкий А.Н., Пилипенко В.А., Просолович В.С., Филипеня В.А., Шестовский Д.В., Явид В.Ю., Янковский Ю.Н., 20212021Оджаев В.Б., Петлицкий А.Н., Пилипенко В.А., Просолович В.С., Филипеня В.А., Шестовский Д.В., Явид В.Ю., Янковский Ю.Н.Odzaev V.B., Pyatlitski A.N., Pilipenko V.A., Prosolovich U.S., Filipenia V.A., Shestovski D.V., Yavid V.Y., Yankovski Y.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestifm.belnauka.by/jour/article/view/590

Исследованы температурные зависимости статического коэффициента усиления по току (β) биполярных n-p-n-транзисторов, сформированных по аналогичным технологическим маршрутам (серии А и В), в интервале температур 20–125 °С. Содержание неконтролируемых технологических примесей в приборах серии А было ни- же предела обнаружения методом полного внешнего отражения рентгеновского излучения (по Fe < 4,0 · 109 ат/см2). В приборах серии В вся поверхность пластин была покрыта слоем Fe со средней концентрацией 3,4 · 1011 ат/см2, наблюдались также пятна Cl, K, Ca, Ti, Cr, Cu, Zn. Установлено, что в приборах серии В при среднем уровне тока коллектора (1,0 ∙ 10–6 < Ic < 1,0 ∙ 10–3 A) статический коэффициент усиления по току больше соответствующего значения в приборах серии А. Это обусловлено большей эффективностью эмиттера вследствие высокой концентрации основной легирующей примеси. Данное обстоятельство определяло и более сильную температурную зависимость β в приборах серии В вследствие значительного вклада в его величину температурного изменения ширины запрещен- ной зоны кремния. При Ic < 1,0 ∙ 10–6 A β для приборов серии В становится существенно меньше соответствующих значений для приборов серии А и практически перестает зависеть от температуры. В приборах серии В рекомбинационно-генерационный ток преобладает над полезным диффузионным током неосновных носителей заряда в базе вследствие наличия высокой концентрации неконтролируемых технологических примесей. Для приборов серии А при Ic < 10–6 A температурная зависимость β практически не отличается от аналогичной зависимости для среднего уровня инжекции.

Herein, the temperature dependences of the static current gain (β) of bipolar n-p-n-transistors, formed by similar process flows (series A and B), in the temperature range 20–125 °С was investigated. The content of uncontrolled technological impurities in the A series devices was below the detection limit by the TXRF method (for Fe < 4.0 · 109 at/cm2). In series B devices, the entire surface of the wafers was covered with a layer of Fe with an average concentration of 3.4 ∙ 1011 at/cm2; Cl, K, Ca, Ti, Cr, Cu, Zn spots were also observed. It was found that in B series devices at an average collector current level (1.0 ∙ 10–6 < Ic <1.0 ∙ 10–3 A) the static current gain was greater than the corresponding value in A series devices. This was due to the higher efficiency of the emitter due to the high concentration of the main dopant. This circumstance also determined a stronger temperature dependence of β in series B devices due to a significant contribution to its value from the temperature change in the silicon band gap. At Ic < 1.0 ∙ 10–6 A β for B series devices became significantly less than the corresponding values for A series devices and practically ceases to depend on temperature. In series B devices, the recombination-generation current prevailed over the useful diffusion current of minority charge carriers in the base due to the presence of a high concentration of uncontrolled technological impurities. For A series devices at Ic < 10–6 A, the temperature dependence of β practically did not differ from the analogous dependence for the average injection level.

биполярный n-p-n-транзисторстатический коэффициент усиления по токурекомбинационно-генерационный токтемпературное изменение ширины запрещенной зоныbipolar n-p-n-transistorstatic current gainrecombination-generation currenttemperature change in the band gapReferencesИсследование влияния технологических примесей на вольт-амперные характеристики биполярного n-p-n- транзистора / В. Б. Оджаев [и др.] // Вес. Нац. акад. навук Беларуси. Сер. фiз.-тэхн. навук. – 2018. – Т. 63, № 2. – C. 244–249. https://doi. org/10.29235/1561-8358-2018-63-2-244-249Odzhaev V. B., Panfilenko A. K., Pyatlitski A. N., Prosolovich V. S., Shvedau S. V., Filipenya V. A., Yavid V. Yu., Yankovsky Yu. N. Investigation of influence of technological impurities on the I–V characteristics of the bipolar n-p-n-transistor. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya fizika-technichnych navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series, 2018, vol. 63, no. 2, pp. 244–249 (in Russian). https://doi.org/10.29235/1561-8358-2018-63-2-244-249Челядинский, А. Р. Дефектно-примесная инженерия в имплантированном кремнии / А. Р. Челядинский, Ф. Ф. Комаров // Успехи физ. наук. − 2003. − Т. 173, № 8. − С. 813–846.Chelyadinsky A. R., Komarov F. F.Defect-impurity engineering in implanted silicon. Physics-Uspekhi, 2003, vol. 46. no. 8. pp. 789–820. https://doi.org/10.1070/pu2003v046n08abeh001371Белоус, А. И. Проектирование интегральных микросхем с пониженным энергопотреблением / А. И. Белоус, В. А. Емельянов, В. С. Сякерский. – Минск: Интегралполиграф, 2009. – 320 с.Belous A. I., Emelyanov V. A., Syakersky V. S. Design of Integrated Circuits with Reduced Power Consumption. Minsk, Integralpoligraf Publ., 2009. 320 p. (in Russian).Зависимость коэффициента усиления биполярного n-p-n-транзистора от параметров легированных областей и содержания технологических примесей / В. Б. Оджаев [и др.] // Материалы и структуры современной электроники: Материалы VIII Междунар. науч. конф. – Минск, 2018. – С. 195–199.Odzaev V. B., Panfilenka A. K., Pyatlitski A. N., Pilipenko V. A., Prasalovich V. S., Filipenia V. A., Yavid V. Yu., Yankovsky Y. N. Dependence of the gain of a bipolar n-p-n-transistor on the parameters of doped regions and the content of technological impurities. Materialy VIII Mezhdunarodnoi konferentsii “Materialy I struktury sovremennoi elektroniki” [Proceedings of the VIII International Scientific Conference “Materials and Structures of Modern Electronics”]. Minsk, 2018, pp. 195–199 (in Russian).SEMI M33–0988.SEMI M33–0988.Surface analysis for Si–Wafers using total reflection X-ray fluorescence analysis / W. Berneike [et al.] // Fresenius’ Zeitschrift für analytische Chemie. − 1989. − Vol. 333, № 4/5. − Р. 524−526. https://doi.org/10.1007/bf00572369Berneike W., Knoth J., Schwenke H., Weisbrod U., Fresnius Z. Surface analysis for Si-wafers using total reflection X-ray fluorescence analysis. Fresenius’ Zeitschrift für analytische Chemie, 1989, vol. 333, no. 4–5, pp. 524−526. https://doi.org/10.1007/bf00572369Sze, S. M. Semiconductor Devices: Physics and Technology / S. M. Sze, M. K. Lee. – 3nd ed. – John Wiley & Sons Singapore Pte. Limited, 2012. – 582 p.Sze S. M., Lee M. K. Semiconductor Devices: Physics and Technology, 3nd ed. John Wiley & Sons Singapore Pte. Limited, 2012. 582 p.Блихер, А. Физика силовых биполярных и полевых транзисторов: пер. с англ. / А. Блихер. – Л.: Энергоатомиздат: Ленингр. отд-ние, 1986. – 248 с.Blikher A. Field-Effect and Bipolar Power Transistor Physics Paperback. Academic Press, 1981. 336 p. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-105850-0.50012-6Buhanan, D. Investigation of current-gain temperature dependence in silicon transistors / D. Buhanan // IEEE Trans. Electron Devices. – 1969. – Vol. 16, № 1. – P. 117–124. https://doi.org/10.1109/t-ed.1969.16573Buhanan D. Investigation of current–gain temperature dependence in silicon transistors. IEEE Transactions on Electron Devices, 1969, vol. 16, no. 1, pp. 117–124. https://doi.org/10.1109/t-ed.1969.16573Фистуль, В. И. Сильнолегированные полупроводники / В. И. Фистуль. – М.: Наука, – 1967. – 416 с.Fisthul V. I. Heavy Doped Semiconductors. Moscow, Nauka Publ., 1967. 416 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.