<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">sustain</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Надежность</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Dependability</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">1729-2646</issn><issn pub-type="epub">2500-3909</issn><publisher><publisher-name>RAMS Journal Limited liability company</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.21683/1729-2646-2017-17-2-31-35</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">sustain-211</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>СТРУКТУРНАЯ НАДЕЖНОСТЬ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>STRUCTURAL RELIABILITY. THE THEORY AND PRACTICE</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Фундаментальные электрические шумы и неразрушающий контроль электронных приборов</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Fundamental electrical noises and nondestructive testing of electronic devices</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Якубович</surname><given-names>Б. И.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Yakubovich</surname><given-names>B. I.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник,</p><p>188300, Ленинградская обл., г. Гатчина, Орлова роща</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Candidate of Physics and Mathematics, Senior Researcher, </p><p>Orlova roshcha, 188300 Gatchina, Leningrad Oblast</p></bio><email xlink:type="simple">yakubovich_bi@pnpi.nrcki.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Петербургский институт ядерной физики Национального исследовательского центра «Курчатовский институт»</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Saint Petersburg Institute of Nuclear Physics, National Research Center Kurchatov Institute</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2017</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>15</day><month>06</month><year>2017</year></pub-date><volume>17</volume><issue>2</issue><fpage>31</fpage><lpage>35</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Якубович Б.И., 2017</copyright-statement><copyright-year>2017</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Якубович Б.И.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Yakubovich B.I.</copyright-holder><license xml:lang="ru" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.</license-p></license><license xml:lang="en" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://www.dependability.ru/jour/article/view/211">https://www.dependability.ru/jour/article/view/211</self-uri><abstract><sec><title>Цель</title><p>Цель. Исследование возможностей широкого применения электрических шумов для неразрушающего контроля электронных приборов и теоретическое обоснование использования электрических шумов в этих целях. Для этого рассматриваются фундаментальные электрические шумы и анализируются те их типы, которые принципиально могут быть использованы для неразрушающего контроля.</p></sec><sec><title>Методы</title><p>Методы. Теоретически исследованы флуктуационные процессы, лежащие в основе нескольких типов электрических шумов, и деградационные процессы в электронных приборах. Проанализирована связь спектральных свойств флуктуаций с характеристиками деградационных процессов в электронных приборах. На основании этого сделаны выводы о возможностях применения электрических шумов для неразрушающего контроля электронных приборов. Рассмотрены электрические флуктуационные явления, вызванные захватом и эмиссией носителей заряда ловушками, образованными дефектами структуры твердых тел. Процессы захвата и эмиссии носителей ловушками являются основополагающей причиной следующих фундаментальных типов электрических шумов: избыточного, генерационно-рекомбинационного и взрывного. При этом имеются существенные различия по параметрам и статистическим свойствам флуктуационных процессов для разных типов шумов. В связи с этим анализировались электрические флуктуации, вызванные ловушками, с целью дать достаточно общее описание таких флуктуационных явлений. В результате дано строгое описание электрических флуктуаций, вызванных ловушками. Вычислено выражение общего вида для спектра флуктуаций. От него можно перейти в частных случаях к спектрам избыточного, геннерационно-рекомбинационного и взрывного шумов. Результаты изучения электрических флуктуаций, вызванных ловушками, могут быть применены для определения спектральных свойств флуктуаций твердых материалов и электронных устройств на их осно- ве. Проведен строгий количественный анализ деградационных процессов, протекающих в электронных приборах на основе твердых материалов, в целях связать спектральные характеристики шумов, вызванных захватом и эмиссией носителей дефектами структуры, со степенью дефектности материалов для развития возможностей использования шумов для оценки качества и надежности электронных приборов. Установлено: спектральная плотность шума связана со степенью и со скоростью деградации структуры. Таким образом, шумы в электронных приборах содержат информацию о степени и скорости деградации. Сделаны следующие практические выводы. Спектральная плотность шума связана с числом дефектов в приборе в начальный момент и связана со скоростью образования дефектов и, следовательно, со скоростью старения электронного прибора. Таким образом, шум содержит информацию о качестве изготовленного прибора и о скорости изменения эксплуатационных характеристик прибора. Следовательно, по спектру шума можно оценить недостатки качества электронного прибора, как возникающие в процессе изготовления, так и проявляющиеся в процессе эксплуатации.</p></sec><sec><title>Выводы</title><p>Выводы. В итоге работы обоснованы возможности широкого применения электрических шумов для неразрушающего контроля электронных приборов, показана возможность использования фундаментальных типов электрических шумов для этих целей. Строгое обоснование применения электрических шумов для неразрушающего контроля электронных приборов, возможность оценки недостатков качества приборов, вызванных различными причинами, использование широко распространенных и часто преобладающих типов шумов, высокая чувствительность флуктуационной спектроскопии указывают на эффективность применения электрических шумов для неразрушающего контроля электронных приборов. </p></sec></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><sec><title>Aim</title><p>Aim. The research of potential wide applications of electrical noises in nondestructive testing of electronic devices and theoretic justification of their use for such purposes. To that effect, fundamental electrical noises are examined and the types of those that in principle can be used for nondestructive testing are analyzed.</p></sec><sec><title>Methods</title><p>Methods. The article contains theoretical research finding regarding fluctuation processes behind several types of electrical noise and degradation processes in electronic devices. The connection between the spectral properties of the fluctuations with the characteristics of the degradation processes in electronic devices is analyzed. On this basis, conclusions are made regarding the opportunities of using electrical noises for non-destructive testing of electronic devices. Electrical fluctuation phenomena caused by capture and emission of charge carriers by traps created by structural defects in the solid body structure. The processes of capture and emission of charge carriers by traps are a fundamental cause of the following fundamental types of electrical noise: excess, generationrecombination and burst. Various types of noise significantly differ in terms of the parameters and statistical properties of fluctuation processes. That is the reason for the analysis of electrical fluctuations caused by traps in order to provide a sufficiently general description of such fluctuation phenomena. The work resulted in a rigorous description of the electrical fluctuations caused by traps. A general expression for the fluctuation spectrum was calculated. In special cases, from it we can pass to the spectrums of excess, generation-recombination and bursts noises. The findings regarding the electric fluctuations causes by traps can be used for identification of spectral properties of fluctuations in solid materials and solid-state electronic devices. A rigorous quantitative analysis was made of the degradation processes that occur in solid-state electronic devices in order to establish associations between the spectral characteristics of noises caused by capture and emission of charge carriers by structural defects with the degree of materials defectiveness in order to be able to better exploit the noises in the evaluation of the quality and dependability of electronic devices. It was established that the noise spectral density is associated with the degree and rate of the structure’s degradation. Thus, noises in electronic devices contain information on the degree and rate of degradation. The following practical conclusions were made. The noise spectral density is associated with the number of defects in the device at the baseline, as well as the rate of defect formation and, consequently, the ageing rate of the electronic device. Therefore, noise contains information on the quality of the manufactured device and its characteristics change rate. Accordingly, the noise spectrum can be used in evaluation of an electronic device’s deficiencies, both those occurring during the manufacturing process, and those that manifest themselves in operation.</p></sec><sec><title>Conclusions</title><p>Conclusions. The paper substantiates the potential wide applications of electrical noises in non-destructive testing of electronic devices, shows the feasibility of using fundamental types of electrical noises for the above purposes. The rigorous substantiation of the use of electrical noises for nondestructive testing of electronic devices, feasibility of evaluation of the devices’ defects caused by various factors, use of common frequently prevailing types of noise, high sensitivity of fluctuation spectroscopy highlight the efficiency of electrical noise in nondestructive testing of electronic devices.</p></sec></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>шумы</kwd><kwd>флуктуации</kwd><kwd>неразрушающий контроль</kwd><kwd>надежность</kwd><kwd>твердые тела</kwd><kwd>полупроводники</kwd><kwd>электронные приборы</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>noise</kwd><kwd>fluctuations</kwd><kwd>nondestructive testing</kwd><kwd>dependability</kwd><kwd>solid bodies</kwd><kwd>semiconductors</kwd><kwd>electronic devices</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Jones B.K. Electrical noise as a measure of quality and reliability in electronic devices // Adv. Electron. Electron. Phys. 1993. V. 87, P. 201-257.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Jones BK. Electrical noise as a measure of quality and reliability in electronic devices. Adv. Electron. Electron. Phys. 1993;87:201-257.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Якубович Б.И. Электрический шум и дефекты структуры твердых тел. Germany: LAP Lambert Academic Publishing, 2012. 116 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Yakubovich BI. Elektricheskiy shum i defekty struktury tverdykh tel [Electrical noise and structure defects in solids]. Germany: LAP Lambert Academic Publishing; 2012.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Kirton M.J., Uren M.J. Noise in solid-state microstructures: A new perspective on individual defects, interface states and low-frequency (1/f) noise // J. Adv. Phys. 1989. V. 38, N. 4. P. 367-468.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kirton MJ, Uren MJ. Noise in solid-state microstructures: A new perspective on individual defects, interface states and low-frequency (1/f) noise. J. Adv. Phys. 1989;38(4):367-468.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Fleetwood D.M. 1/f noise and defects in microelectronic materials and devices // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2015. V. 62, N. 4. P. 1462-1486.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Fleetwood DM. 1/f noise and defects in microelectronic materials and devices. IEEE Trans. Nucl. Sci. 2015;62(4):1462-1486.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Якубович Б.И. Электрические флуктуации в твердых телах. Germany: AV Akademikerverlag, 2013. 212 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Yakubovich BI. Elektricheskie fluktuatsii v tverdykh telakh [Electrical fluctuations in solids].  Germany: AV Akademikerverlag; 2013.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Малахов А.Н. К вопросу о спектре фликкер-шума // Радиотехника и электроника. 1959. Т.4 , № 1. С. 54-62.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Malakhov AN. K voprosu o spektre flikker-shuma [More on the jitter noise]. Radiotekhnika i elektronika 1959;4(1):54-62 [in Russian].</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Якубович Б.И. Электрические флуктуации в неметаллах. СПб.: Энергоатомиздат, 1999. 208 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Yakubovich BI. Elektricheskie fluktuatsii v nemetallakh [Electrical fluctuations in non-metals]. Saint-Petersburg: Energoatomizdat; 2006.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Якубович Б.И. О природе избыточного низкочастотного шума (обзор) // Успехи прикладной физики. 2016. Т.4, №2. С. 127-138.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Yakubovich BI. O prirode izbytochnogo nizkochastotnogo shuma (obzor) [On the nature of excessive lowfrequency noise (an overview)]. Ouspekhi prikladnoi fiziki 2016;4(2):127-138 [in Russian].</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Mitin V., Reggiani L., Varani L. Generationrecombination noise in semiconductors // Noise and fluctuations control in electronic devices (Ed. A. Balandin). California: American scientific publishers, 2002. P. 11-29.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Mitin V, Reggiani L, Varani L. Balandin A, editor. Generation-recombination noise in semiconductors. Noise and fluctuations control in electronic devices. California: American scientific publishers; 2002.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Якубович Б.И. Генерационно-рекомбинационный шум в полупроводниках // Научное приборостроение. 2013. Т.23, №4 С.50-53.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Yakubovich BI. Generatsionno-rekombinatsionnyi shum v poluprovodnikakh [Generation-recombination noise in semiconductors]. Naouchnoie priborostroenie 2013;23(4):50-53 [in Russian].</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Kleinpenning T.G.M. On 1/f noise and random telegraph noise in very small electronic devices // Physica B. 1990. V.164, N. 3. P. 331-334.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kleinpenning TGM. On 1/f noise and random telegraph noise in very small electronic devices. Physica B. 1990;164(3):331-334.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Феллер В. Теория вероятностей и ее приложения. – Т.1. М.: Мир, 1984. 528 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Feller W. An introduction to probability theory and its applications. Volume 1. Moscow: Mir; 1984.</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
