Россия
АО "Научно-исследовательский институт электронной техники"
Россия
УДК 621.382.2 Полупроводниковые (кристаллические) диоды
Проведено исследование тепловых свойств материалов используемых в полупроводниковой электронике. Определена зависимость теплового сопротивления переход-корпус GaAs диодов от роста температуры корпуса изделия. Они определены с учетом конструктивных решений корпусного исполнения РЭА, которые могут защитить компоненты от экстремальных, сложных условий, но они увеличивают вес и сложность системы. Такие материалы, как SiC, GaAs, GaN, алмаз которые могут выдерживать экстремальные условия, могут иметь преимущества, выходящие далеко за рамки их электронных характеристик. Приведен пример применения модулей диодных на основе GaAs p-i-n диодов, разработанных АО «ВЗПП-С» - трехфазный мостовой выпрямитель, выполненный по схеме Ларионова для электрогенератора мощностью до 2750 Вт. Разработана методика проведения испытаний на безотказность. Проведены кратковременные испытания на безотказность модулей диодных при экстремальных температурах корпуса. Приведены результаты расчета теплового сопротивления переход-корпус. Для простоты расчета теплового сопротивления переход-корпус, разработанного модуля, примем следующие допущения: материалы, используемые в конструкции диодов модуля, обладают изотропной теплопроводностью; теплообмен во внутренних частях конструкции осуществляется только теплопроводностью; между слоями нет контактных сопротивлений; мощность, рассеиваемая выводами кристаллов диодов, пренебрежимо мала по сравнению с мощностью, отводимой через нижнее основание в теплоотвод; боковые поверхности тепловой модели теплоизолированы; каждый слой одного материала однороден и имеет коэффициент теплопроводности, определенный по средней температуре слоя; не учитывается влияние теплового воздействия соседних кристаллов модуля. За основу расчета выбран алгоритм стационарного теплового режима (метод эквивалентов) приложения Н ОСТ 11 0944-96.
Экстремальные условия эксплуатации, GaAs диоды, тепловое сопротивление, кратковременные испытания на безотказность, тепловой импеданс.
1. Верхулевский, К. Высокотемпературные компоненты Microsemi - надежность в эксремальных условиях эксплуатации / К. Верхулевский // Силовая электроника. - 2014. - № 6. - С. 14-20.
2. An Experimental Setup Based on a Printable System for the Acquisition of the Real-Time Electrical Response of Irradiated Semiconductor Devices / A. Quenon, A. Demarbaix, E. Daubie [et al.] // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. - 2023. - Vol. 72. - Pp. 1-8. - DOI:https://doi.org/10.1109/TIM.2022.3228260.
3. First-principles study of stability of point defects and their effects on electronic properties of GaAs/AlGaAs superlattice / F. Shan [et al] // Chinese Physics B. - 2022. - Vol. 31. - C. 036104. - DOI:https://doi.org/10.1088/1674-1056/ac16cb.
4. He, J. Comparison between the ultra-wide band gap semiconductor AlGaN and GaN / J. He // IOP Conference Series Materials Science and Engineering. - 2020. - Vol. 738. - C. 012009. - DOI:https://doi.org/10.1088/1757-899X/738/1/012009.
5. Aseev, A.L. Semiconductor Nanostructures for Modern Electronics / A.L. Aseev, A.V. Latyshev, A.V. Dvurechenskii // Advanced Research in Materials Science III. - 2020. - Vol. 310, № 10. - Pp. 65-80. - DOI:https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.310.65.
6. Song, H. Electronic microstructure and thermal conductivity modeling of semiconductor nanomaterials / H. Song, C. Yin, H. Qu // Microelectronics Journal. - 2021. - Vol. 108. - C. 104988. - DOI:https://doi.org/10.1016/j.mejo.2020.104988.
7. Setera, B. Challenges of overcoming defects in wide bandgap semiconductor power electronics / B. Setera, A. Christou // Electronics. - 2022. - Vol. 11(1). - C. 10. - DOI:https://doi.org/10.3390/electronics11010010.
8. Radiation-Tolerant Electronic Devices Using Wide Bandgap Semiconductors / Z. Muhammad [et al.] // Advanced Materials Technologies. - 2022. - Vol. 8(2). - C. 2200539. - DOI:https://doi.org/10.1002/admt.202200539.
9. Derbyshire К. IC Materials For Extreme Conditions. - URL: https://semiengineering.com/ic-materials-for-extreme-conditions (дата обращения: 18.01.2023).
10. Распоряжение Правительства РФ от 17 января 2020 г. № 20-р О Стратегии развития электронной промышленности РФ на период до 2030 г. и плане мероприятий по ее реализации.
11. Борисов, П.А. Расчет и моделирование выпрямителей / П.А. Борисов, В.С. Томасов. - СПб. : СПб ГУИТМО, 2009. - 169 с.
12. ОСТ 11 0944-96. Микросхемы интегральные и приборы полупроводниковые. Методы расчета, измерения и контроля теплового сопротивления. - М. : ГУП НПП Пульсар, 1997. - 110 c/
13. Справочник по свойствам веществ и материалов: плотность, теплопроводность, теплоемкость, вязкость и другие физические свойства. - URL: http://thermalinfo.ru (дата обращения: 18.01.2023).
14. Coulter R. NASA Glenn Demonstrates Electronics for Longer Venus Surface Missions. - URL: https://www.nasa.gov/press-release/nasa-glenn-demonstrates-electronics-for-longer-venus-surface-missions (дата обращения: 18.01.2023).
15. Лучинин, В. Отечественная экстремальная ЭКБ: карбидокремниевая индустрия СПбГЭТУ "ЛЭТИ" / В. Лучинин // Нано индустрия - 2016. - №3. - С. 78-89.
16. Испытания радиоэлектронной аппаратуры на стойкость к воздействию импульсного гамма-излучения в условиях повышенной температуры / Е.Ю. Бахматов [и др.] // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. - 2022. - № 4. - С. 38-41.
17. Воробьева, И.В. Особенности деградации спектральных характеристик SIИ GAAS-фотодиодов при нейтронном облучении / И.В. Воробьева, С.М. Дубровских, О.В. Ткачев // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. - 2022. - № 2. - С. 11-18.
18. Комбаев, Т.Ш. Оценка требований к стойкости по дозовому эффекту используемых в бортовой аппаратуре электрорадиоизделий при полете космического аппарата к сатурну / Т.Ш. Комбаев, М.Е. Артемов, Н.М. Хамидуллина // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. - 2022. - № 2. - С. 34-36.
19. Незамутдинов, Ф.Ф. Определение срока службы радиационно-стойкой аппаратуры для задачи мониторинга морской акватории / Ф.Ф. Незамутдинов, С.А. Филатов // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. - 2021. - № 4. - С. 24-27.
20. Таперо, К.И. Проблемные вопросы оценки стойкости электронной компонентной базы к воздействию поглощенной дозы ионизирующего излучения космического пространства / К.И. Таперо // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. - 2021. - № 4. - С. 5-14.
