А.В. Ермачихин – к.ф.-м.н., доцент кафедры «Микро- и наноэлектроника»
SPIN-код: 2202-9704

В.Г. Литвинов – д.ф.-м.н., вед. науч. сотрудник, зав. кафедрой «Микро- и наноэлектроника»
SPIN-код: 2418-7145

Е.П. Трусов – аспирант, кафедра «Микро- и наноэлектроника»
SPIN-код: 3628-6742

С.А. Кострюков – к.ф.-м.н., инженер, кафедра «Микро- и наноэлектроника»
SPIN-код: 3818-4711

Постановка проблемы. Использование шума в качестве источника информации о строении полупроводниковых барьерных структур и устройств является перспективным направлением в диагностике полупроводниковых приборов. Для получения качественных результатов необходимо производить измерение спектров шума в широком диапазоне температур.

Цель. Разработать измерительный комплекс для исследований температурной зависимости спектра низкочастотного шума в элементах и структурах электронной техники.

Результаты. Приведено описание комплекса для температурных исследований спектральной плотности мощности низкочастотного шума в полупроводниковых структурах, его конструктивных параметров и алгоритма управления. Показано, что с помощью данного комплекса имеется возможность проводить исследования влияния электрического поля, температуры на спектр шума элементов и структур электронной техники. Обоснован выбор начала усреднений спектральной плотности мощности шума при автоматизированных измерениях по разрешенному диапазону значений тренда флуктуации напряжения. Рассмотрены примеры исследования тестовой полупроводниковой барьерной структуры. Обсуждены конструктивные особенности комплекса для измерения и анализа температурной зависимости спектральной плотности мощности шума на примере полупроводниковой барьерной структуры.

Практическая значимость. Использование современных подходов к построению автоматизированных измерительных комплексов делает спектроскопию низкочастотного шума чувствительным и информативным инструментом для исследования электронных энергетических уровней в полупроводниковых барьерных структурах.

1. Жигальский Г.П. Флуктуации и шумы в электронных твердотельных приборах. М.: Физматлит. 2012. 512 с.
2. Разуменко Д.В. Низкочастотные шумы электронных компонентов как инструмент для диагностики внутренних дефектов // Компоненты и технологии. 2008. № 9. С. 168174.
3. Букингем М. Шумы в электронных приборах и системах:Пер. c англ. М.Н. Девятков. М. 1986. 399 c.
4. Коган Ш.М. Низкочастотный токовый шум со спектром 1/f в твердых телах // Успехи физических наук. 1985. Т. 145. № 2. С. 285328.
5. Schottky W. Über spontane stromschwankungen in verschiedenen elektrizitatsleitern // Ann. der Phys. 1918. V.57. P. 541567.
6. Ермачихин А.В., Кострюков С.А., Литвинов В.Г., Рыбин Н.Б. Исследование шумовых свойств и электронных состояний диода Шоттки на основе гетероструктуры InGaAs/GaAs с квантовой ямой // Вестник Рязанского государственного радио­технического университета.2012. № 3 (41). 2012. С. 98103.
7. Kumar A., Heilmann M., Latzel M., Kapoor R., Sharma I., Göbelt M., Christiansen S. H., Kumar V., Singh R. Barrier inhomogeneities limited current and 1/f noise transport in GaN based nanoscale Schottky barrier diodes // Scientific Reports. 2016. P. 27553.
8. Song Y., Jeong H., Chung S., Ahn G. H., Kim T.-Y., Jang J., Yoo D., Jeong H., Javey A., Lee T. Origin of multi-level switching and telegraphic noise in organic nanocomposite memory devices // Scientific Reports. 2016. P. 33967.
9. Luan X., Huang Y., Li Y., McMillan J. F., Zheng J., Huang S.-W., Hsieh P.-C., Gu T., Wang Di, Hati A., Howe D. A, Wen G., Yu M., Lo G., Kwong D.-L., Wong C.W. An integrated low phase noise radiation-pressure-driven optomechanical oscillator chipset // Scientific Reports. 2014. V. 4. P. 6842. DOI:10.1038/srep06842.
10. Essick J. Hands-On Introduction to LabVIEW for Scientists and Engineers. OxfordUniversityPress. 2012.
11. Ермачихин А.В., Литвинов В.Г. LabVIEW в современной индустрии измерений (обзор) // Информационные технологии. 2014. № 3. С. 2529.
12. Zhao M., Huang J.X., Wong M.H., Tang Y.M., Ong C.W. Rev. Versatile computer-controlled system for characterization of gas sensing materials // Scient. Instrum. 2011. V. 82. Iss. 10. P. 105001.
13. Das A.D., Mahapatra K.K. Real-Time Implementation of Fast Fourier Transform (FFT) and Finding the Power Spectrum Using LabVIEW and CompactRIO // International Conference on Communication Systems and Network Technologies. 2013. P. 169173.
14. Litvinov V.G., Ermachikhin A.V., Kusakin D.S., Vishnyakov N.V., Maslov A.D., Semenov A.R. Measurement complex to investigate electrophysical and noise characteristics of semiconductor micro- and nanostructures // International Conference on Noise and Fluctuations (ICNF). 2017. P. 14.
15. Угрюмов Р.Б., Шапошник А.В., Воищев В.С. Методика измерения низкочастотных токовых шумов в полупроводниковых сенсорах газов // ПТЭ. 2004. № 3. С. 8591.
16. Ciura Ł., Kolek A., Gawron W., Kowalewski A., Stanaszek D. Measurements of Low Frequency Noise of Infrared Photo-Detectors with Transimpedance Detection System // Metrol. Meas. Syst. 2014. V. 21. № 3. P. 461472.
17. Balandin A. Low-frequency 1/f noise in graphene devices // Nature Nanotechnology. V. 8. Iss. 8. 2013. P. 549555.
18. Жигальский Г.П. Шум вида 1/f и нелинейные эффекты в тонких металлических пленках // Успехи физических наук. 1997. Т. 167. № 6. С. 623648.
19. Scholz F., Hwang J.M., Schroder D.K. Low frequency noise and DLTS as semiconductor device characterization tools // Solid-State Electron. 1988. V. 31. № 2. P. 205218.
20. Yau L.D., Sah C.T. Theory and experiments of low-frequency generation-recombination noise in MOS-transistors // IEEE Trans. Electron. Devices. 1969. V. ED-16. № 2. P.170177.
21. Холомина Т.А. Особенности процессов генерации НЧ-шума в полупроводниковых барьерных структурах // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. 2012. № 39-2. С. 117121.
22. Холомина Т.А., Кострюков С.А., Лактюшкин А.С. Исследование полупроводниковых барьерных структур методом спектроскопии низкочастотного шума // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. 2012. № 39-1. С. 7478.
23. Zhigal’skiiG.P., KholominaT.A.J. ExcessnoiseanddeeplevelsinGaAsdetectorsofnuclearparticlesandionizingradiation // Commun. Technol. Electron. V. 60. № 6. P. 517542.
24. Ермачихин А.В., Литвинов В.Г. Автоматизированный измерительный комплекс токовой релаксационной спектроскопии глубоких уровней // Приборы и техника эксперимента. 2018. № 2. С. 118123.
25. Литвинов В.Г., Ермачихин А.В., Кусакин Д.С.DLTS исследование диода Шоттки на основе гетероструктуры InGaAs/GaAs с квантовой ямой // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. 2013. № 44. С. 9196.
26. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. Кн. 1. М.: Мир. 1984