Zuverlässigkeitsuntersuchung von GaAs Heteroübergang-Bipolartransistoren

In dieser Arbeit wurde die Zuverlässigkeit von Hochfrequenz-GaAs-Heteroübergang-Bipolartransistoren (HBTs), die am Ferdinand-Braun-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) für Anwendungen mit hohen Zuverlässigkeitsanforderungen (Mobilfunk, Weltraum) hergestellt wurden, untersucht. Die Lebensdaueruntersuchungen erfolgten parallel zur Technologieentwicklung, um den Einfluss der Variation der Technologieparameter auf die Lebensdauer der HBTs zu untersuchen und der Technologie entsprechende Rückmeldungen zu geben. Zusätzlich wurden analytische Untersu-chungen an degradierten HBTs durchgeführt, um Schwachstellen und die für Ausfälle verantwortli-chen Degradationsmechanismen zu identifizieren und zu charakterisieren. Die Bestimmung der mittleren Lebensdauer der HBTs in einem angemessenen Zeitraum erfolgte unter Beschleunigung der Alterung durch Erhöhung der Umgebungstemperatur und der Kollektorstromdichte. Mit Hilfe der Arrhenius-Gleichung wurde die mittlere Lebensdauer bei normalen Bedingungen aus den Daten der beschleunigten Alterung (unterschiedliche Temperaturen, gleiche Kollektorstromdichte) durch Extrapolation bestimmt. Hierfür wurde ein HBT mit einem Emitterfinger von 3×30 µm2 entworfen, der in allen Layouts integriert und auf allen prozessierten Wafern hergestellt wurde. Für die Alterungsmessungen wurden Messmethoden entwickelt und dazu passende Messplätze entworfen. Die Unterstützung der Entwicklung der HBTs mit Zuverlässigkeitsuntersuchungen führte zur Steigerung der mittleren Lebensdauer auf = 1,1×107 Stunden, die den Anforderungen um eine Größenordnung übertrifft. Diese Werte gehören zu den besten publizierten Werten, obwohl sie bei deutlich höheren Stromdichten erreicht wurden, was für die besondere Zuverlässigkeit dieser Bauelemente spricht. Die Untersuchung von degradierten HBTs nach Degradationsmechanismen ergab, dass die rekombinationsbeschleunigte Defektreaktion (REDR) der Hauptdegradationsmechanismus ist. Bei diesem Degradationsmechanismus führt die durch nichtstrahlende Rekombination freigesetzte Energie zur Entstehung von Punktdefekten, die wiederum als nichtstrahlende Rekombinationszentren agieren und die Entstehung weiterer Punktdefekte beschleunigen. Das führt zur Ausbildung von Punktdefektclustern und zum Wachstum und zur Ausbreitung von Versetzungen. Die Defektentstehung und -ausbreitung konnten mithilfe von Elektrolumineszenzuntersuchungen beobachtet werden. Untersuchungen in TEM zeigten, dass degradierte HBTs Versetzungen aufweisen, die vom Emitter ausgehen und in die Basis reichen, in manchen Fällen sogar bis in den Kollektor. Die Charakterisierung der Versetzungen zeigt, dass es sich um Mischtypen handelt. Diese sind durch die besonders lange Alterung und starke Degradation aus verschiedenen Typen von Versetzungen enstanden. Weitere Degradationsmechanismen wie Metalldiffusion ins Halbleitermaterial oder die Entstehung von Kohlenstoffpräzipitaten in der Basisschicht wurden bei diesen HBTs nicht beobachtet. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass eine zuverlässige Methodik und Messtechnik zur Bestimmung der Lebensdauer von HBTs entwickelt und etabliert wurde. Die Entwicklung der GaAs-HBT-Technologie am FBH konnte durch Einsatz der Messtechnik und physikalischen Analysemethoden unterstützt werden, um zuverlässige Bauelemente zu entwickeln, die den Ansprüchen der potenziellen Anwendungen gerecht werden und international konkurrenzfähig sind.

Author dc:creator

• Pazirandeh, Reza

Advisor dc:contributor.advisor

• Tränkle, Günther

Licence dc:rights.uri

• http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/

Language dc:language.iso

de, German

Identifier URI

urn:nbn:de:kobv:83-opus-26237
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2426

OAI identifier oai:identifier

oai:depositonce.tu-berlin.de:11303/2723