Высокопрочные шунтирующий и блокирующий диоды солнечных батарей космических аппаратов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.01, кандидат наук Дидык, Павел Игоревич

• Дидык, Павел Игоревич
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Дидык, Павел Игоревич

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Сокращения

Введение

Глава 1. Анализ принципов функционирования, конструкций и технологий изготовления шунтирующих и блокирующих диодов СБ КА и их физико-технологические и конструктивные ограничения (обзор литературы)

1.1 Анализ принципов функционирования, характеристик СБ КА и шунтирующих и блокирующих диодов в их составе

1.2 Анализ конструкций типовых шунтирующих и блокирующих диодов

СБ КА

1.3 Анализ технологий изготовления типовых дискретных шунтирующих и блокирующих диодов СБ КА

1.4 Физико-технологические и конструктивные ограничения при оптимизации шунтирующих и блокирующих диодов СБ КА (постановка задачи)

Выводы по главе 1

Глава 2. Моделирование конструкций шунтирующих и блокирующих диодов СБ КА

2.1 Разработка моделей конструкций шунтирующих и блокирующих диодов СБ К А

2.2 Моделирование конструкций диодов в САПР А^УЭ

Выводы по главе 2

Глава 3. Разработка конструкций и технологий шунтирующих и блокирующих диодов СБ КА и исследование их характеристик

3.1 Разработка конструкций и технологий шунтирующих и блокирующих диодов СБ КА

3.2 Исследование систем металлизации шунтирующих и блокирующих диодов СБ КА, полученных при варьируемых режимах формирования

3.2.1 Объекты исследования

3.2.1.1 Объекты исследования адгезионной прочности систем металлизации шунтирующих и блокирующих диодов СБ КА

3.2.1.2 Объекты исследования внутренних напряжений в системе металлизации шунтирующих и блокирующих диодов СБ КА

3.2.1.3 Объекты исследования межфазных границ раздела металл-кремний шунтирующих и блокирующих диодов СБ К А

3.2.2 Методы исследования

3.2.2.1 Методы исследования адгезионной прочности систем металлизации шунтирующих и блокирующих диодов СБ КА

3.2.2.2 Методы исследования внутренних напряжений в системе металлизации шунтирующих и блокирующих диодов СБ КА

3.2.2.3 Методы исследования межфазных границ раздела металл-кремний шунтирующих и блокирующих диодов СБ К А

3.2.3 Результаты исследования

3.2.3.1 Результаты исследования адгезионной прочности систем металлизации шунтирующих и блокирующих диодов СБ КА

3.2.3.2 Результаты исследования внутренних напряжений в системе металлизации шунтирующих и блокирующих диодов СБ КА

3.2.3.3 Результаты исследования межфазных границ раздела металл-кремний шунтирующих и блокирующих диодов СБ К А

3.3 Оптимизация конструкций и технологий изготовления шунтирующих и

блокирующих диодов СБ К А

Выводы по главе 3

Глава 4. Использование результатов работы

4.1 Высокопрочные шунтирующие и блокирующие диоды в СБ КА и их характеристики

4.2 Испытания шунтирующих и блокирующих диодов СБ КА и СБКА с разработанными диодами

4.2.1 Объекты испытаний

4.2.1.1 Объекты испытаний устойчивости к термоциклам шунтирующих диодов СБ КА

4.2.1.2 Объекты испытаний на безотказность шунтирующих диодов СБ КА

4.2.1.3 Объекты испытаний СБ КА с разработанными шунтирующими и блокирующими диодами

4.2.2 Методы испытаний

4.2.2.1 Разработка метода испытания устойчивости к термоциклам шунтирующих и блокирующих диодов СБ КА

4.2.2.2 Методы испытаний на безотказность шунтирующих диодов

СБ КА

4.2.2.3 Методы испытаний СБ КА с разработанными шунтирующими и блокирующими диодами

4.2.3 Результаты испытаний

4.2.3.1 Результаты испытаний устойчивости к термоциклам шунтирующих диодов СБ КА

4.2.3.2 Результаты испытаний на безотказность шунтирующих диодов СБ КА

4.2.3.3 Результаты испытаний СБ КА с разработанными шунтирующими и блокирующими диодами

Выводы по главе 4

Выводы по работе

Список литературы

Список работ автора

Приложение А. Акты об использовании результатов диссертационной

работы

Сокращения

ДФКП - дестабилизирующие факторы космического пространства;

ДМФА - диметилформамид;

КТР - коэффициент термического расширения;

ПХТ - плазмохимическое травление;

САС - срок активного существования;

СБ - солнечная батарея;

СБ КА - солнечная батарея космических аппаратов;

ТП - технологический процесс;

УФ - ультрафиолет;

ФГЧ - фотогенерирующая часть;

ФП - фотопреобразователь;

ФЭ - фотоэлемент;

ЭРИ - электрорадио изделия.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Высокопрочные шунтирующий и блокирующий диоды солнечных батарей космических аппаратов»

Введение

Актуальность.

Для обеспечения работоспособности в открытом космосе солнечных батарей космических аппаратов (СБ КА) и защиты от разрядки батарей применяются блокирующие и шунтирующие диоды. Солнечная батарея (СБ) состоит из отдельных генераторов, включающих цепочки фотопреобразователей (ФП), внутри которых встречно-параллельно с ФП устанавливают шунтирующие диоды. Блокирующие диоды устанавливаются в электрической цепи между рядами ФП и выходными шинами. Они пропускают электрический ток от освещаемых ФП к нагрузке и блокируют ток, идущий в обратном направлении -от выходных шин к рядам ФП. На СБ и диоды в их составе действуют дестабилизирующие факторы космического пространства (высокие и низкие температуры, термоциклы, радиационные воздействия, высокий вакуум и т.д.). Фактором, приводящим к деградации структур диодов и потери их работоспособности является циклическое изменение температуры со скоростью не менее 10 К/с при переходе СБ из затенённой области в освещенную. Потеря работоспособности диодов приводит к отказу СБ и, как следствие, аппаратуры космического аппарата. Как известно, срок активного существования (САС) СБ должен составлять более 15 лет. Однако САС известных диодов составляет менее 15 лет. Таким образом, разработка и исследование отечественных высокопрочных шунтирующих и блокирующих диодов СБ КА, обладающих высокой стойкостью к термоциклам (более 400), является актуальной.

Цель и задачи работы.

Целью работы является совершенствование конструкций и технологий изготовления высокопрочных шунтирующих и блокирующих диодов СБ КА.

Задачами работы являются:

- анализ конструкций и технологий изготовления, выявление физико-технологических ограничений при изготовлении высокопрочных шунтирующих и блокирующих диодов СБ КА;

- моделирование конструкций и напряжённо-деформированного состояния шунтирующих и блокирующих диодов СБ КА;

- исследования систем металлизации шунтирующих и блокирующих диодов СБ КА, полученных при варьируемых режимах формирования;

- оптимизация конструкций и технологий изготовления диодов СБ КА;

- испытания разработанных высокопрочных шунтирующих и блокирующих диодов и СБ с разработанными диодами в их составе.

Новизна и научная ценность работы.

1. Разработан физический принцип изготовления шунтирующего диода СБ КА, отличающийся тем, что формирование металлизации рабочей стороны кремниевой монокристаллической подложки осуществляют в два этапа: формируют омический контакт из алюминия к р+ области магнетронным напылением алюминия при температуре подложки 383 403 К с последующими фотолитографией и вжиганием алюминия, а затем формируют металлизацию магнетронным напылением алюминия, никеля и серебра при температуре подложки 443 463 К с предварительной ионной бомбардировкой. Металлизацию тыльной стороны подложки формируют последовательным магнетронным напылением ванадия, никеля и серебра при температуре подложки 383 403 К. Разработанный способ обеспечивает устойчивость конструкций диодов к термоциклам (более 400 термоударов) и длительным воздействиям повышенной температуры.

2. Предложена физическая основа технологии металлизации кремниевых подложек вакуумным магнетронным напылением многослойных структур У-№-Ag, заключающаяся в предварительном прогреве кремниевых подложек в вакууме при температуре 393 ± 2 К и последующем отжиге полученной структуры после напыления при температуре 623 ± 2 К.

Обнаружено, что при магнетронном напылении многослойных структур V-№-А§ на межфазной границе ванадий-кремний формируется переходной слой дисилицида ванадия толщиной приблизительно 10 нм. Наличие слоя дисилицида

ванадия обуславливает величину адгезионной прочности металлизации У-№-А§ к кремниевой подложке более 15 МПа.

3. Разработаны модели напряженно-деформированного состояния шунтирующих и блокирующих диодов СБ КА, позволяющие выявить высокопрочные конструкции диодов СБ КА с коммутирующими шинами, выполненными на основе различных материалов.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Модели напряженно-деформированного состояния шунтирующих и блокирующих диодов СБ КА, позволяющие выявить высокопрочные конструкции диодов СБ КА с коммутирующими шинами, выполненными на основе различных материалов.

2. Конструкции высокопрочных шунтирующих и блокирующих диодов СБ КА, отличающиеся стойкостью к термоциклам (более 400 термоударов) и безотказностью работы при длительных воздействиях (более 1 ООО ч) повышенной температуры 373 ± 2 К.

3. Принципы создания высокопрочных шунтирующих и блокирующих диодов СБ КА, обеспечивающие адгезионную прочность металлизации V-Ni-Ag к кремниевой подложке более 15 МПа за счёт формирования переходного слоя дисилицида ванадия, толщиной приблизительно 10 нм.

4. Установка термоциклирования в диапазоне температур 83 473 К, позволяющая достоверно определять устойчивость к воздействию изменения температуры (термоциклам) со скоростью до 10 К/с и обеспечивающая имитацию изменения температуры на орбите Земли.

Практическая значимость и результаты внедрения.

Практическую значимость имеют следующие результаты диссертационной работы:

модели напряженно-деформированного состояния шунтирующих и блокирующих диодов СБ КА, позволяющие получить высокопрочные конструкции диодов СБ КА с коммутирующими шинами, выполненными на основе различных материалов;

конструкции высокопрочных шунтирующих и блокирующих диодов СБ КА, отличающиеся стойкостью к термоциклам (более 400 термоударов) и безотказностью работы при длительных воздействиях (более 1 ООО ч) повышенной температуры 373 ± 2 К;

технологии металлизации и сборки высокопрочных шунтирующих и блокирующих диодов СБ КА, обеспечивающие адгезионную прочность металлизации V-Ni-Ag к кремниевой подложке более 15 МПа за счёт формирования переходного слоя дисилицида ванадия толщиной приблизительно 10 нм;

установка термоциклирования в диапазоне температур 83 473 К, позволяющая достоверно определять устойчивость к воздействию изменения температуры со скоростью до 10 К/с и обеспечивающая имитацию изменения температуры на орбите Земли.

Результаты диссертационной работы использованы:

1. В работах отраслевого центра проектирования и изготовления СБИС ОАО «Российские космические системы» при выполнении договоров №010/1-11-138п-10 от 09.12.2010 г.; № 010/1-12-193/п-11 от 15.12.2011 г.; № 010/1-13-190/п-12 от 10.12.2012 г. на поставку модулей развязывающих 2МР500-2-1, диодов полупроводниковых 2ДСБ150-ЗА-1 с ОАО «Научно-производственное предприятие «Квант».

2. При разработке кремниевых модулей шунтирующих 2МШУ100-2-1, кремниевых модулей развязывающих 2МР500-2-1 по техническим заданиям ОАО «Научно-производственное предприятие «Квант», в соответствии с договорами между ОАО «Российские космические системы» и ОАО «Научно-производственное предприятие «Квант».

3. При подготовке инженеров по специальности 210201 кафедрой «Конструирование, технология и производство радиоэлектронных средств» Московского авиационного института (национального исследовательского университета) по дисциплине «Интегральные устройства радиоэлектроники».

Выражаю благодарность и признательность доктору технических наук, профессору Жукову Андрею Александровичу, кандидату технических наук Басовскому Андрею Андреевичу и Семёнову Виктору Львовичу за оказанную всестороннюю помощь в научном консультировании при подготовке работы.

Глава 1. Анализ принципов функционирования, конструкций и технологий изготовления шунтирующих и блокирующих диодов СБ КА и их физико-технологические и конструктивные ограничения (обзор литературы)

1.1 Анализ принципов функционирования, характеристик СБ КА и шунтирующих и блокирующих диодов в их составе

Преобразование солнечной энергии в электрическую является наиболее перспективным при решении вопроса энергообеспечения автономных объектов, таких как космические аппараты. На данный момент для этих целей широко применяются солнечные батареи на основе фотопреобразователей (ФП). В общем случае СБ можно разделить на ряд модулей, соединённых с основными шинами СБ, и блокирующие диоды [1]. Выходное напряжение регулируется с помощью регулятора на выходе СБ вне зависимости от выходных параметров самой батареи (рисунок 1).

_I

Рисунок 1 - Структурная схема автономного энергоснабжения с СБ в качестве первичного генератора электроэнергии: 1 - ряд ФП с шунтирующими диодами;

2 - СБ; 3 - блокирующий диод; 4 - регулятор; 5 - нагрузка [1]

Когда ФП перестает генерировать ток (затенение или разрушение ФП), то он становится нагрузкой для работающих элементов, которые перегреваются и быстро деградируют. Затенения носят систематический характер (вхождение космического аппарата в тень Земли в периоды равноденствия) и эпизодически-локальный (затенение части ФП в период раскрытия батареи, частичное затенение

от космических объектов) [2]. Деградация ФП происходит неравномерно и носит случайный характер [3]. Способность СБ вырабатывать электроэнергию при полной освещенности уменьшается при наличии вышедших из строя ФП. Влияние, вышедших из строя ФП на параметры СБ, подобно эффекту частичного затенения СБ. Выходная мощность СБ с частично затененными элементами может уменьшиться на величину, большую той, на которую могла бы уменьшиться мощность батарей при полном затенении её элементов. Поэтому, в конструкции СБ используются блокирующие и шунтирующие диоды.

Шунтирующие диоды устанавливаются между каждыми ФП и соединяются с ними встречно-параллельно. Шунтирующие диоды применяются для уменьшения потерь выходной мощности и защиты СБ [1]. Когда ФП освещены, на шунтирующие диоды подается обратное смещение. В момент, когда происходит затенение, разрушение ФП или происходит разрыв электрической цепи, на шунтирующие диоды подается прямое смещение и весь ток протекает через шунтирующие диоды. В результате чего выходное напряжение ряда ФП, с затенённой или вышедшей из строя группы ФП, уменьшается на величину падения напряжения на шунтирующем диоде. То есть, шунтирующий диод предназначен для пропускания тока в случае, когда ФП по каким-то причинам перестает генерировать ток [4].

Блокирующие диоды устанавливаются в электрической цепи между рядами ФП и выходными шинами. Весь ток СБ течет через блокирующие диоды, которые стоят на выходе СБ и отсекают ее в период затенения или выхода из строя рядов ФП. Они пропускают электрический ток от освещаемых ФП к нагрузке и блокируют ток, идущий в обратном направлении - от выходных шин к рядам ФП [1]. Блокирующие диоды должны выдерживать напряжение в сотни вольт и иметь минимальное прямое падение напряжения, так как через них течёт весь ток СБ [5]. Когда СБ полностью или частично затенена блокирующие диоды работают как последовательно соединенные диодные выпрямители, которые включены между контактами рядов ФП и выходными шинами в прямом направлении по отношению к генерируемому батареями току. Значение тока в СБ, где отсутствует

блокирование рядов ФП, в период затенения или выхода из строя зависит от напряжения на выходных шинах и крутизны В АХ ФП [1]. Блокирующие диоды сохраняют энергию, когда ряды ФП оказываются неосвещенными, и, когда напряжение ряда ФП падает ниже суммы рабочего напряжения на диодах. На космические аппараты устанавливаются высоконадежные блокирующие диоды с высоким номинальным током. Так как блокирующие диоды используются в условиях космического вакуума с ограниченным теплоотводом (за счет теплопроводности установочных элементов и лучевого излучения), они должны обладать низкими значениями обратных токов [1]. На блокирующие диоды накладываются более жесткие требования по надежности, нежели на шунтирующие диоды. Пробой блокирующего диода приводит к отказу всей СБ. С переходом к новым ФП на основе соединений А3В5 потребовались блокирующие диоды с улучшенными характеристиками, в частности, с увеличенным обратным напряжением [5].

Исходя из описанного выше, блокирующие диоды должны обладать следующими характеристиками: низким падением напряжения при прохождении тока в прямом направлении; высоким напряжением пробоя; надежностью и способностью отсечь отказавший ряд ФП на протяжении всего С АС СБ [1]. Это обеспечивается радиационной стойкостью и способностью выдерживать термоциклирование на протяжении всего полета КА.

Переход к новым ФП на основе соединений А3В5 требует изменения параметров и блокирующих диодов [6]. Напряжение пробоя таких диодов должно составлять не меньше 500 В, так как обратное напряжение на блокирующих диодах при выходе СБ из тени Земли составляет более 200 В. Для ЭРИ космического назначения необходим двойной или тройной запас по напряжению, соответственно, 500 В - это минимальное значение с учетом запаса. При этом, блокирующие диоды должны быть надежными в условиях работы в открытом космосе. Увеличить обратное напряжение возможно благодаря использованию в качестве подложки кремния с большим удельным сопротивлением, применением полевых обкладок, эквипотенциальных колец на рабочих кристаллах и т.п. [7].

Таким образом, произведён анализ принципов функционирования, характеристик СБ КА, а также шунтирующих и блокирующих диодов в их составе.

1.2 Анализ конструкций типовых шунтирующих и блокирующих диодов СБ

КА

Важнейшими критериями при выборе шунтирующих диодов являются их размеры и возможность компоновки с ФП. В практике проблема установки шунтирующих диодов состоит в размещении их в непосредственной близости от ФП [1]. Использование обычных выпрямителей в качестве шунтирующих диодов может привести к снижению плотности упаковки ФП, так как обычные диоды и их выводы занимают значительную часть пространства.

Для защиты ФП и обеспечения требуемой плотности упаковки шунтирующие диоды располагают сбоку ФП [8] или интегрируют в ФП [9]. Для кремниевых ФП в настоящее время разработано несколько вариантов шунтирующих диодов. В основном, это дискретные приборы, которые посредством металлических выводов соединяются с ФП. Шунтирующий диод может быть расположен на лицевой поверхности ФП, на тыльной стороне, в специально созданном углублении или на несущей конструкции между ФП. Все эти варианты не лишены недостатков. Расположение шунтирующего диода на лицевой поверхности ФП приводит к уменьшению рабочей площади ФП и, следовательно, производительности ФП. Расположение на тыльной стороне ФП приводит к увеличению высоты в сборе. При этом такой вариант конструкции уменьшает срок службы ФП [7].

В качестве подложки для ФП возможно использовать широкий спектр материалов, например: п-81, р-81, п-ве, р-ве, п-ваАз, р-ОаАэ и т.д. Существуют различные конструкции ФП, шунтирующих диодов и способы их соединения. В последнее время находят применение новые материалы ФП на основе соединений А3В5 с гетеропереходами, которые имеют значительно больший КПД по сравнению с кремниевыми ФП, но их стоимость значительно больше. Для ФП на

основе А3В5 появились принципиально новые шунтирующие диоды -интегральные. Такие диоды входят в структуру самого ФП. Они упрощают контактное соединение, облегчают сборку. Однако выше по стоимости и не выигрывают по надежности. А надежность - это основное качество диода для СБ КА. К диодам предъявляются жесткие требования по устойчивости к термоциклам и радиационным воздействиям, а также по долговечности. Во-первых, нижний предел рабочей температуры диодов СБ КА должен составлять 103 К, во-вторых, они должны выдерживать тысячи термоциклов в диапазоне от 103 К до 373 К. Кроме того, в силу конструктивных требований, это должен быть бескорпусной прибор, работающий в открытом космосе. Каждый ФП на основе А3В5 защищается диодом, расположенным с преобразователем в одной плоскости, при этом диод имеет такую же толщину как и ФП. Обычно в ФП выполнены по углам срезы, в которых размещается шунтирующий диод треугольной формы [10 - 12]. ФП на основе А3В5 на подложке из германия имеют толщину 150 180 мкм. Шунтирующий диод должен быть расположен в одной плоскости с ними так, чтобы они были закрыты едиными защитными стеклами [6].

Дискретные шунтирующие диоды для ФП на основе А3В5 должны быть меньше в сборе по высоте в сравнении с диодами для кремниевых ФП. Для уменьшения высоты ФП не оптимальным становится размещение шунтирующих диодов на лицевой или тыльной стороне.

В итоге шунтирующие диоды по конструкции и способу монтажа можно разделить на два класса: шунтирующие диоды, интегрированные в ФП и дискретные шунтирующие диоды, установленные непосредственно с ФП. Ниже рассмотрим различные конструктивные варианты, их характеристики и различия между этими классами.

Диоды, интегрированные в ФП.

На данный момент существует множество вариантов конструкций интегральных диодов для СБ. Их условно можно разделить по способу расположения и изготовления: на тыльной и на лицевой стороне ФП.

Рассмотрим диоды, выполненные на тыльной стороне ФП. Данные конструкции предусматривают специальные углубления в ФП [9]. Исходя из патента [9], шунтирующий диод формируется в процессе производства ФП методом диффузии, после чего привариваются или припаиваются коммутирующие шины. К преимуществам данного технического решения относятся: во-первых, шунтирующий диод получают с помощью диффузии на тыльной стороне ФП. Во-вторых, полезная фотоэлектрическая площадь солнечного элемента не уменьшается за счет площади шунтирующего диода. В-третьих, соседние ФП и шунтирующий диод соединяются одним электрическим проводником. Недостатками данной конструкции являются: уменьшение полезной площади ФП за счёт установки в объёме ФП шунтирующего диода, высокие внутренние механические напряжения в структуре, создание областей с высокой концентрацией носителей заряда, низкая прочность конструкции за счёт структурных напряжений, высокая вероятность замыкания электрическим контактом области соседнего ФП.

Рассмотрим диоды, интегрированные на лицевой (рабочей) стороне ФП. Схематически такие конструкции представляют собой ФП, где в определённом месте на поверхности выполнены интегральные диоды [13]. Подложкой для изготовления ФП является германий п-типа проводимости [13]. Шунтирующий диод выращивается на части ФП эпитаксией. Шунтирующий диод формируется из ваАБ п-типа и р-типа, однако, также возможно использовать менее широкозонные материалы, такие как ве или ЫОаАэ. Слой диода из ОаАэ р-типа электрически соединен с подложкой проводящей скобой. Так же возможны различные способы разводки интегральных диодов на ФП [14-16]. Преимущества конструкции ФП с интегрированным диодом на лицевой стороне ФП: конструкция ФП минимизирует потребности в дополнительной разводке и металлизации, а также уменьшает вес и вероятность отказов устройств ФП. Существует ряд недостатков известного технического решения. Во-первых, установка шунтирующего диода на поверхности ФП приводит к уменьшению рабочей площади ФП. Во-вторых, сложность изготовления, большое количество

взаимосвязанных и взаимовлияющих операций приводят к уменьшению выхода годной продукции и, соответственно, к увеличению стоимости. В -третьих, сильнолегированные области образуют зоны с повышенными механическими напряжениями, в результате чего конструкциям характерны низкая прочность, надёжность и малый С АС.

Дискретные шунтирующие и блокирующие диоды.

На данный момент существует множество вариантов конструкций дискретных диодов для СБ (рисунок 2). Их условно можно разделить по методу установки: на тыльной стороне ФП, на лицевой и сбоку ФП в специально подготовленном месте.

1 2

Рисунок 2 - Конструкции дискретных бескорпусных диодов СБ: а -коммутирующие шины с двух сторон кристалла диода; б - коммутирующие шины с одной стороны кристалла диода; 1 - коммутирующие шины; 2 - металлизация;

3 - кристалл диода

Рассмотрим диоды, установленные на лицевой поверхности ФП. Данные конструкции предусматривают специальные углубления в ФП, куда устанавливаются диоды. Один из вариантов представлен в патенте [17], где на лицевой стороне ФП вытравливается углубление, в котором создаётся одна из контактных площадок ФП. А вторая контактная площадка - на лицевой поверхности ФП. Шунтирующий диод располагается внутри этого углубления.

Так же имеются другие варианты установки дискретного шунтирующего диода на лицевую сторону ФП [18, 19]. Но данный тип конструкции имеет

существенные недостатки, влияющие на характеристики СБ в целом: уменьшение полезной рабочей площади ФП за счёт установки на лицевой поверхности ФП шунтирующего диода, увеличение высоты ФП за счёт высоты шунтирующего диода. Проведение дополнительных термических операций, таких как пайка ухудшают характеристики ФП, вносят дополнительные элементы ненадёжности. Так же появляются концентраторы напряжения в структуре ФП с шунтирующим диодом. Таким конструкциям присуща высокая вероятность замыкания разводки на тело ФП, сложность монтажа шунтирующего диода в ФП.

Рассмотрим диоды, установленные сбоку ФП. Данный тип конструкции предполагает установку дискретных диодов в специальные вырезы сбоку ФП [7]. Обычно шунтирующий диод имеет форму треугольника и крепится к ФП с помощью шин [20]. Преимущества данной конструкции: дискретный шунтирующий диод обладает высокой стойкостью к термоциклическим воздействиям. Недостатки конструкции: шунтирующий диод уменьшает рабочую площадь ФП.

Конструкции дискретных блокирующих диодов, исходя из патента [21], в основном представляют собой дискретный кристалл с двусторонней металлизацией, припой, компенсаторы, выводы. Компенсаторы выполнены из металла с коэффициентом термического расширения согласованным с коэффициентом термического расширения кристалла. Выводы выполнены в виде коммутирующих шин, которые сверху и снизу закрывают активную часть кристалла и присоединены к компенсаторам. В диоде планарный р-п переход выполнен на эпитаксиальной структуре п-п+.

Рассмотрим диоды, установленные на тыльной стороне ФП. Исходя из патента [22] ФП приклеиваются к каркасу СБ с помощью эластичных элементов. ФП соединены друг с другом с помощью коммутирующих шин с термомеханическими компенсаторами. С тыльной стороны к ФП приварены шунтирующие диоды. Преимущества данной конструкции: дискретный шунтирующий диод обладает высокой стойкостью к термоциклическим воздействиям. Недостатки конструкции: увеличение высоты ФП за счёт высоты

шунтирующего диода; проведение дополнительных термических операций, таких как сварка, ухудшают характеристики ФП, вносят дополнительные элементы ненадёжности; появляются концентраторы напряжения в структуре.

Для выявления наиболее оптимальных конструкций шунтирующих и блокирующих диодов СБ КА произведено сравнение конструктивно-технологических характеристик диодов (таблица 1). Из анализа литературы определено, что интегральные диоды не обладают требуемыми электрическими характеристиками, обеспечивающими длительный САС СБ, так как технологически ограничены в выборе технологий и материалов, зависящих от технологии ФП. Так же выявлены недостатки дискретных диодов, заключающиеся в наличии элементов ненадёжности, таких как паяные и/или сварные соединения коммутирующих шин. В результате сравнения определено, что наиболее оптимальными являются конструкции дискретных диодов.

Таблица 1 - Конструктивно-технологические ограничения интегральных и дискретных диодов

Характеристика Интегральные диоды Дискретные диоды

Высота конструкции ФП в сборе с диодом Значительное увеличение высоты за счёт высоты кристалла диода [15, 16] Незначительное увеличение за счёт высоты коммутирующих шин [20,21]

Возможность использования различных материалов Ограниченный выбор, зависящий от технологии ФП [13, 15, 16] Возможно использование различных материалов

Ремонтопригодность Замена диода совместно с ФП [15, 16] Замена только диода [20, 21]

Наличие элементов ненадёжности Зависит от конструкции Наличие паяных и/или сварных соединений, коммутирующих шин [20,21]

Устойчивость к термоциклам Определяется конструкцией ФП с диодом Определяется конструктивными особенностями диода [43, 44]

Таким образом, исходя из анализа конструкций шунтирующих и блокирующих диодов СБ КА было определено, что конструкции ФП с

дискретными диодами наиболее оптимальны. Применение дискретных диодов не снижает выход годных ФП. В связи с чем, актуальным являются исследования и оптимизация именно дискретных диодов как наиболее перспективных с точки зрения технологии и характеристик.

1.3 Анализ технологий изготовления типовых дискретных шунтирующих и

блокирующих диодов СБ КА

В последние годы на смену кремниевым пришли более эффективные ФП, включающие несколько каскадов гетеропереходов на основе соединений А3В5, которые выращены на германиевой подложке [6]. Каждый такой ФП защищается шунтирующим диодом, а ряды ФП с шунтирующими диодами защищаются блокирующими диодами. Такие диоды изготавливаются либо по технологии, совместимой с технологией изготовления ФП (варианты конструкции с интегрированным диодом), либо по отдельной технологии (варианты конструкций с дискретными диодами).

Типовая технология изготовления дискретных диодов СБ КА включает в себя последовательность базовых операций [23] (фотолитография и связанные операции условно не показаны): создание на лицевой стороне в кремниевой монокристаллической подложки диэлектрической изоляции; изготовление р-п-перехода загонкой с последующей разгонкой бора; напыление металлизации к р-и п- областям подложки [24]; утонение кремниевой подложки с тыльной стороны (при необходимости); формирование металлизации тыльной стороны подложки (при необходимости); разделение подложки на кристаллы; присоединение электропроводящих шин к металлизации р- и п- областям; испытания диодов и выходной контроль Утонение кремниевой подложки с тыльной стороны проводят абразивной обработкой и ПХТ на глубину не менее 10 мкм при температуре не более 393 К после нанесения фоторезиста на рабочую сторону (рисунок 3).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Дидык, Павел Игоревич, 2014 год

Список литературы

1. Раушенбах, Г. Справочник по проектированию солнечных батарей [Текст] : Пер. с англ. / Г. Раушенбах - М. : Энергоатомиздат, 1983. - 360 е., ил.

2. Панасюк, М. И. Модель космоса [Текст] : в 2 т. / М. И. Панасюк, JI. С. Новиков - М. : КДУ, 2007. - 2016 с.

3. Басовский, А. А. Шунтирующие и развязывающие диоды для космических БС [Текст] / А. А. Басовский, Л. В. Анурова, Е. С. Кузьменко, В. М. Кривякин // В сб.: Сборник трудов 5 научно-практической конференции «Микротехнологии в авиации и космонавтике». - М. : ФИЗМАТ ЛИТ, 2007. - С. 19-24.

4. Карабанов, С. Фотоэлектрические системы. Перспективы. Состав. Параметры [Текст] / С. Карабанов, Ю. Кухмистров // Электронные компоненты. -2000. -№5. -С. 52-58.

5. Абрамович, М. И. Диоды и тиристоры в преобразовательных установках [Текст] / М. И. Абрамович, В. М. Бабайлов, В. Е. Либер и др.- М. : Энергоатомиздат, 1992. - 432 с.

6. Sharps, P. R. High efficiency, multi-junction cells with monolithic bypass diodes [Текст]] / P. R. Sharps, M. A. Stan, D. J. Aiken, B. Clevenger, J. S. Hills, N. S. Fatemi //NASA/CP.-2005. -№ 213431 -C. 108-115.

7. Басовский, А. А. Шунтирующие диоды для каскадных фотопреобразователей на основе соединений А3В5 [Текст] / А. А. Басовский, Л. В. Анурова и др. // В сб.: Труды Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы ракетно-космического приборостроения и информационных технологий». - М. : ФИЗМАТЛИТ, 2009. - С. 357 - 363.

8. Solarzelle mit integrierter Schutzdiode und zusätzlich auf dieser angeordneten Tunneldiode [Текст] : пат. 102004023856 B4 Deutchland : H01L31/0304, H01L31/068, H01L31/05, H01L27/142 / Gerhard Dr. Strobl ; патентообладатель AZUR SPACE Solar Power Gmbh. - заявл. 12.05.04 ; опубл. 13.07.06.

9. Solar се 11 comprising a bypass diode [ Текст] : пат. 6452086 B1 USA/ Rainer Miiller ; патентообладатель Astrium Gmbh. -заявл. 28.09.99 ; опубл.

17.09.02.

10. Manufacturing method for solar cell arrangements [Текст] : пат. 6353176 USA / Stephen John Taylor, Christopher Hardingham, Trevor Arthur Cross ; патентообладатель Eev Limited. - заявл. 01.09.99 ; опубл. 05.03.02.

11. Solar cell assembly [Текст] : пат. 6034322 A USA / Howard E Pollard ; патентообладатель Space Systems/Loral, Inc. - заявл. 01.07.99 ; опубл. 07.03.00.

12. Solar Cell Assembly and Method for Connecting a String of Solar Cells [Текст] : пат. 20080000523 A1 USA / Just Hilgarth, Dieter Poeck, Paul Uebele ; патентообладатель AZUR SPACE Solar Power Gmbh. - заявл. 07.09.05 ; опубл. 03.01.08.

13. Solar cell having an integral monolithically grown bypass diode [Текст] : пат. 6600100 USA / Frank Ho, Milton Y. Yeh, Chaw-Long Chu,Peter A. lies ; патентообладатель Emcore Corporation, - заявл. 21.08.01 ; опубл. 29.07.03.

14. Solar cell with integrated bypass function [Текст] : пат. 5580395 USA / Tadashi Hisamatsu, Hideki Yoshioka ; патентообладатель Sharp Kabushiki Kaisha -заявл. 13.07.95 ; опубл. 03.12.96.

15. Monolithically integrated diodes in thin-film photovoltaic devices [Текст] : пат. 6690041 USA / Joseph H. Armstrong, Scott Wiedeman, Lawrence M. Woods ; патентообладатель Global Solar Energy, Inc. - заявл. 14.05.02 ; опубл. 10.02.04.

16. Monolithic bypass-diode and solar-cell string assembly [Текст] : пат. 6635507 B1 USA / Karim S. Boutros, Dmitri D. Krut, Nasser H. Karam ; патентообладатель Hughes Electronics Corporation, -заявл. 14.07.99 ; опубл.

21.10.03.

17. Solar cell having a front-mounted bypass diode [Текст] : пат. 6326540 B1 USA / Louis C. Kilmer, Mark DeWitt, James Patrick Hanley, Peng-Kuen Chiang ; патентообладатель Tecstar Power Systems, Inc. - заявл. 28.06.00 ; опубл. 04.12.01.

18. Solar cell structure utilizing an amorphous silicon discrete by-pass diode [Текст] : пат. 6784358 USA / Jerry R. Kukulka ; патентообладатель The Boeing Co. -заявл. 08.11.02 ; опубл. 31.08.04.

19. Solar cell with integrated bypass diode and method [Текст] : пат. 5616185 A USA / Jerry R. Kukulka ; патентообладатель Hughes Aircraft Company - заявл. 10.10.95 ; опубл. 01.04.97.

20. Photovoltaic By-Pass Diode 50 Volts, 1.0 Amps Microsemi MXP1144 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.microsemi.com/document-portal/doc_download/10567-mxp 1144-pdf.

21. Блокирующий диод для солнечных батарей космических аппаратов [Текст] : пат. 2457578 Рос. Федерация : МПК H01L29/861 / А. А. Жуков, Л. В. Анурова, А. А. Басовский, В. А. Харитонов ; патентообладатель Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы"). - № 2011113292/28 ; заявл. 06.04.11 ; опубл. 27.07.12.

п

22. Солнечная батарея [Текст] : пат. 2250536 Рос. Федерация : МПК H01L31/042 / Р. И. Беркаль, А. И. Финтисов ; патентообладатель Открытое акционерное общество "Сатурн". -№ 2004100734/28 ; заявл. 08.01.04 ; опубл. 20.04.05.

23. Способ изготовления шунтирующего диода для солнечных батарей космических аппаратов [Текст] : пат. 2411607 Рос. Федерация : МПК H01L21/329 / А. А. Жуков, Л. В. Анурова, А. А. Басовский, В. А. Харитонов ; патентообладатель Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы"). -№ 2009143760/28 ; заявл. 26.11.09 ; опубл. 10.02.11.

24. Киреев, В. Ю. Применение вакуумно-плазменных технологий в электронике [Текст] / В. Киреев, В. Белецкий, С. Князев, Д. Челапкин // Современная электроника. -2012.-№2-С. 12-18.

25. Multilayer solar cells with bypass diode protection [Текст] : пат. 5990415 A USA / Martin Andrew Green, Stuart Ross Wenham ; патентообладатель Pacific Solar Pty Ltd. - заявл. 08.12.95 ; опубл. 23.11.99.

26. Integrated solar cells and shunting diodes [Текст] : пат. 4323719 A USA / Martin A. Green ; патентообладатель Unisearch Limited. - заявл. 22.08.80 ; опубл. 06.04.82.

27. Блихер, А. Физика силовых биполярных и полевых транзисторов [Текст] : пер. с англ. / А. Блихер. - Ленинград : Энергоиздат, 1986. - 247 с. : ил.

28. Блихер, А. Физика тиристоров [Текст] : пер. с англ. / А. Блихер. -Ленинград: Энергоиздат, 1981. - 264 с. : ил.

29. Способ изготовления метаматериала (варианты) [Текст] : пат. 2522694 Рос. Федерация : МПК НО 1Q1/38 / В. Г. Веселаго, А. А. Жуков, А. А. Корпухин, А. В. Капустян, В. П. Лаврищев ; патентообладатель Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы"). - № 2012138517/08 ; заявл. 07.09.12 ; опубл. 20.07.14.

30. Способ изготовления поглощающего покрытия [Текст] : пат. 2503103 Рос. Федерация : МПК H01Q17/00, В32В27/00, В32В27/06, C09D5/32, В82ВЗ/00 / А. А. Жуков, А. С. Корпухин, В. П. Лаврищев, О. А. Дюкарева, О. Ю. Казанцев ; патентообладатель Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы"). - № 2012157898/04 ; заявл. 27.12.12 ; опубл. 27.12.13.

31. Шауцуков, А. Г. Современное представление о возможных механизмах адгезии металлических пленок к различным подложкам [Текст] / А. Г. Шауцуков // Прикладная физика. - 2006. - № 5. - С. 16 - 21.

32. Adisson, С. С. Liquid metals, part IV. The wetting of zinc by liquid sodium. The significance of the critical wetting temperature [Текст] / С. С. Adisson, W. E. Adisson, B. Kirridge, I. Lewis //1. Chem. Soc. - 1956. - № 6. - C. 1454 - 1461.

33. Keller, D. V. Adhesion between solid metals [Текст] / D. V. Keller // Wear. - 1963. -№ 3. - C. 353 -365.

34. Найдич, Ю. В. Смачивание в системе металлический расплав-тонкая металлическая пленка-неметаллическая подложка [Текст] / Ю. В. Найдич, Б. Д. Костюк, Г. А. Колесниченко, С. С. Шайкевич // В сб.: Физическая химия конденсированных фаз, сверхтвердых материалов и границ их раздела. - Киев. : Наукова думка, 1975. - С. 15 - 27.

35. Карашаев, А. А. Межфазная поверхностная энергия на границе контакта разнородных металлов [Текст] / А. А. Карашаев, С. Н. Задумкин // В сб.: Поверхностные явления в расплавах и возникающих из них твердых фазах. -Нальчик : КБГУ, 1965. - С. 79 - 84.

36. London, F. [Текст] / F. London // Z. Phys. Chem. - 1930. - № Bl. - С. 222 -

227.

37. Фаренбрух, А. Солнечные элементы: Теория и эксперимент [Текст] : пер. с англ. / А. Фаренбрух, Р. Бьюб. -М. : Энергоатомиздат, 1987. -280 е.: ил.

38. Николаев, Г. А. Сварка в машиностроении [Текст] : в 4 т. / Г. А. Николаев и др. - М. : Машиностроение, 1978.

39. Киреев, В. Ю. Введение в технологии микроэлектроники и нанотехнологии [Текст] / В. Ю. Киреев. - М. : ФГУП «ЦНИИХМ», 2008. - 432 с.

40. Ланин, В. Л. Дефекты паяных соединений при монтаже внешних выводов транзисторов в силовых модулях [Текст] / В. Л. Ланин, А. Керенцев // Технологии в электронной промышленности. - 2010. - № 3. - С. 58 -63.

41. Ланин, В. Л. Формирование токопроводящих контактных соединений в изделиях электроники [Текст] / В. Л. Ланин, А. П. Достанко, Е. В. Телеш. - Минск : ИЦ БГУ, 2007.-587 с.

42. Ланин, В. Л. Оценка паяемости электронных компонентов и деталей в электронике [Текст] / В. Л. Ланин // Компоненты и технологии. - 2008. - № 2. -С. 150- 154.

43. Способ бессвинцовой контактно-реактивной пайки полупроводникового кристалла к корпусу [Текст] : пат. 2313156 Рос. Федерация : МПК H01L21/52 / В.

В. Зенин, Д. И. Бокарёв, А. В. Рягузов, А. Н. Кастрюлев, О. В. Хишко ; патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет", ОАО "Воронежский завод полупроводниковых приборов-Сборка". -№ 2006115283/28 ; заявл. 03.05.06 ; опубл. 20.12.07.

44. Способ пайки кристаллов на основе карбида кремния [Текст] : пат. 2460168 Рос. Федерация : МПК H01L21/52 / В. В. Зенин, В. И. Бойко, А. В. Кочергин, Б. А. Спиридонов, А. В. Строганов ; патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет", ОАО "Воронежский завод полупроводниковых приборов-Сборка". -№ 2009149796/28 ; заявл. 31.12.09 ; опубл. 27.08.12.

45. Sharps, P. R. Multi-junction cells with monolithic bypass diodes [Электронный ресурс] / P. R. Sharps, M. A. Stan, D. J. Aiken, B. Clevenger, J. S. Hills, N. S. Fatemi // EMCORE Photo voltaics. - Режим доступа: http://www.emcore.com/wp-content/themes/emcore/pdf/30_D9_03.pdf.

46. Stan, M. A. The development of > 28% efficient triple-junction space solar cells at Emcore Photovoltaics [Текст] / Daniel Aiken, Paul R. Sharps, Jennifer Hills, Brad Clevenger, Navid S. Fatemi // Photovoltaic Energy Conversion, 2003. Proceedings of 3rd World Conference on. - Osaka, Japan, 2003. - C. 662 - 665. - ISBN: 4-99018160-3.

47. AIAA S-111A-2012. Qualification and Quality Requirements for Space Solar Cells [Текст]. - USA : American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2005. - 33 c. - ISBN: 978-1-56347-784-3.

48. Silicon By-Pass Diode [Электронный ресурс] / AZUR SPACE Solar Power GmbH. - Режим доступа: http://www.azurspace.eom/images/pdfs/0002576-00-01_DB.pdf.

49. Ebefors, Т. Polyimide V-groove joints for three-dimensional silicon transducers [Текст] / Т. Ebefors. - Стокгольм, Швеция: Royal Institute of Technology, 2000. - 143 c.

50. Жуков, А. А. Физико-механические характеристики композиционных слоистых материалов на основе полипиромеллитимида для термомеханических актюаторов [Текст] / А. А. Жуков, А. С. Корпухин, П. Г. Бабаевский, В. А. Киевский // Перспективные материалы. Специальный выпуск. - 2008. - № 12. -С. 239-241.

51. Дульнев, Г. Н. Методы расчёта теплового режима приборов [Текст] / Г. Н. Дульнев, В. Г. Парфёнов, А. В. Сигалов. - М. : Радио и связь, 1990. - 312 с.

52. Земля со спутника онлайн [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://space.utema.ru/earth-online/

53. Боков, Ю. С. Введение в фотолитографию [Текст] / Ю. С. Боков, В. С. Корсаков, В. П. Лаврищев и др. - М. : Энергия, 1977. - 400 е., ил.

54. Белецкий, В. Применение вакуумно-плазменных технологий в электронике. Часть 1. Процессы и оборудования нанесения функциональных слоев и покрытий физическим и реактивным физическим осаждением из газовой фазы [Текст] / В. Белецкий, В. Киреев, С. Князев, Д. Челапкин // Современная электроника. - 2012. - № 2. - С. 12 - 19.

55. Синергетика. Структура и свойства материалов. Самоорганизующиеся технологии. Материалы симпозиума. Часть 2 [Текст]. - М. : 1996., - 256 е.: ил.

56. Singer, P. Film Stress and How to Measure it [Текст] / P. Singer // Semiconductor International. -1992. - № 10. - C. 54 - 58.

57. Ayvazyan, G. E. Anisotropic Warpage of Wafers with Anodized Porous Silicon Layers [Текст] / G. E. Ayvazyan // Phys. Stat. Sol. (a). - 1999. - № 175. - C. 7 -8.

58. Сергеев, В. С. Напряжения и деформации в элементах микросхем [Текст] / В. С. Сергеев, О. А. Кузнецов и др. - М. : Радио и связь, 1994. - 88 с.

59. Ullman, J. Reduction of Intrinsic Stress in Cubic Boron Nitride Films [Текст] / J. Ullman, A. J. Kellock, J. E. Baglin // Thin Solid Films. - 1999. - № 341. -C. 238-245.

60. Айвазян, Г. Е. Осевая деформация структуры подложка-пленка [Текст] / Г. Е. Айвазян, А. М. Скворцов // Электронная техника. - 1987. - № 3. - С. 107 -111.

61. Айвазян, Г. Е. Об определении остаточных напряжений в диффузионных слоях [Текст] / Г. Е. Айвазян, А. Б. Багдасарян, А. А. Варданян // Изв. АН Армении. - 1993. -№ 1. - С. 34 - 37.

62. Stoney, G. G. Tension in Metallic Films Deposited by Electrolysis / G. G. Stoney // Proc. Royal Society. - 1909. - Том A82. - № 553. - С. 172 - 175.

63. Айвазян, Г. Е. Об определении внутренних напряжений в системе плёнка-подложка [Текст] / Г. Е. Айвазян // Изв. HAH РА и ГИУА. - 2000. - № 1. -С. 63 - 67.

64. Обижаев, Д. Ю. Структура и свойства функциональных слоёв нитрида кремния на различных стадиях их формирования в технологии устройств нано- и микросистемной техники [Текст] : диссертация кандидата технических наук: 05.02.01 / Обижаев Денис Юрьевич. -М., 2008.- 151 е.: ил.

65. ГОСТ 27890-88. Покрытия лакокрасочные защитные дезактивируемые. Метод определения адгезионной прочности нормальным отрывом [Текст]. - Введ. 1990-01-01. - М. : Издательство стандартов, 1989. - 11 с.

66. Костржицкий, А. И. Справочник оператора установок по нанесению покрытий в вакууме [Текст] / А. И. Костржицкий, В. Ф. Карпов, М. П. Кабанченко, О. Н. Соловьева. -М. : Машиностроение, 1991. - 176 с.

67. ТУ 1469-002-04834179-2005. Соединительные детали, монтажные узлы трубопроводов, гнутые отводы диаметром от 219 до 1420 мм с наружным антикоррозионным покрытием [Текст]. - Взамен ТУ 1469-002-04834179-2001 ; введ. 2006-04-20.

68. Тимошенко, С. П. Устойчивость стержней, пластин и оболочек [Текст] / С. П. Тимошенко. - М. : Наука, 1971.-807 с.

69. Добрынин, А. В. О применимости формулы Стони для расчета механических напряжений в толстых плёнках и покрытиях [Текст] / А. В. Добрынин // Письма в ЖТФ. - 1997. - № 18. - С. 32 - 36.

70. Люпов, Б. М. Механические напряжения в структурах сегнетоэлектрическая плёнка-монокристаллическая подложка Si [Текст] / Б. М. Аюпов, Э. Г. Косцов, И. В. Юшина // Автометрия. - 1995. - № 4. - С. 55 - 59.

71. Протопопов, О. Д. Растровая электронная Оже-спектроскопия: Обзоры по электронике [Текст] / О. Д. Протопопов, Б. А. Полонский. - М. : ЦНИИ «Электроника», 1986. - 85 с.

72. Карлосон, Т. А. Фотоэлектронная и Оже-спектроскопия [Текст] : пер. с англ. / Т. А. Карлосон. - Ленинград : Машиностроение, 1981. - 432 с.

73. Парилис, Э. С. Эффект Оже [Текст] / Э. С. Парилис. - Ташкент : Фан 1969.-208 с.

74. Наумов, В. В. Увеличение адгезии металлических пленок к кремнию с помощью ионной бомбардировки в процессе их роста износостойкими покрытиями [Текст] / В. В. Наумов, В. Ф. Бочкарев, Э. Ю. Бучин // Журнал технической физики. - 2009. - № 7. - С. 146 - 149.

75. Работнов, Ю. Н. Сопротивление материалов [Текст] / Ю. Н. Работнов. -М. : Государственное издательство физико-математической литературы, 1962 -456 с.

76. Юраков, Ю. А. Электронное строение и физические свойства тонких пленок металл-кремний [Текст] : диссертация доктора физико-математических наук : 01.04.07 / Юраков Юрий Алексеевич. - Воронеж, 2000. - 250 е.: ил.

77. Баранов, В. В. Тонкоплёночные элементы кремниевых диодов Шоттки для высокотемпературного микромонтажа [Текст] / В. В. Баранов, Я. А. Соловьёв, Г. В. Кошкаров // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. -2007,-№5.-С. 20-21.

78. Мьюрарка, Ш. Силициды для СБИС [Текст] : пер. с англ. / Ш. Мьюрарка. - М. : Мир, 1986. - 176 е., ил.

79. Sze, S. М. Physics of semiconductor devices. Third edition [Текст] / S. M. Sze, Kwok K.Ng. - Hoboken, New Jersey, Canada : John Wiley & Sons, Inc., 2007. -815 c.-ISBN 13: 978-0-471-14323-9.

80. Жалнин, Б. В. Развитие элементной базы космической фотоэнергетики [Электронный ресурс] / Б. В. Жалнин. - Режим доступа: http ://expoelectronica.primexpo .ru/media/51 /npp_kvant.pdf.

81. Industrial Ovens, Environmental Chambers and Curing Ovens [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.thermalproductsolutions.com.

82. Thermal Shock. Five series and 15 different thermal shock models, including air-to-air and liquid-to-liquid [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.espec.com/na/products/thermal_shock/

83. Устройство для испытания полых изделий на термоудар [Текст] : пат. 1065733 А СССР : МПК G01N3/60 / Б. В. Бурмистров, И. А. Кузнецова, О. И. Федоров -№ 3493897/25-28 ; заявл. 29.09.82 ; опубл. 07.01.84.

84. Пешее, JI. Я. Основы теории ускоренных испытаний на надежность [Текст] / JI. Я. Пешее, М. Д. Степанов. - Минск : Наука и техника, 1972. - 168 с.

85. Колпаков, А. О термоциклах и термоциклировании [Текст] / А. Колпаков // Силовая электроника. - 2006. - № 2. - С. 6 - 11.

86. Карташов, Г. Д. Форсированные испытания. Надежность технических систем. Справочник [Текст] / Г. Д. Карташов ; Под ред. И. А. Ушакова. - М. : Радио и связь, 1985. - 352 с.

87. MIL-STD-883E. Test Method Standard Microcircuit [Текст]. Method 1010.7-Temperature cycling. - Введ. 1987-05-29 - USA, 1996. - 641 с.

88. ECSS-E-10-03 A. Space engineering. Testing [Текст]. - Введ. 2002-02-15. - Noordwijk, The Netherlands : ESA Publication Division, 2002. - 160 c.

89. Борщов, В. H. Ускоренные форсированные термоциклические испытания солнечных батарей космического назначения [Текст] / В. Н. Борщов, А. М. Листратенко, В. А. Антонова, Г. В. Буеров, Л. П. Семенов, И. Т. Тымчук, М. А. Проценко, Я. Я. Костышин // Технология приборостроения. - 2011. - № 1.-9 с.

90. ГОСТ Р 51368-99. Методы испытаний на стойкость к климатическим внешним воздействующим факторам машин, приборов и других технических

изделий. Испытания на устойчивость к воздействию температуры [Текст]. - Введ. 1999-11-29. - М. : СТАНДАРТИНФОРМ, 2009. - 20 с.

91. ГОСТ 30630.0.0-99. Методы испытаний на стойкость к внешним воздействующим факторам машин, приборов и других технических изделий. Общие требования [Текст]. - Введ. 1999-05-28. - Минск : Изд-во стандартов, 2000.-28 с.

92. Thin Film Platinum RTDs. HEL-707-T-0-12-00 [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://sensing.honeywell.com/product%20page?pr_id=23057.

Список работ автора

1а. Дидык, П. И. Оптимизация процессов формирования тонких металлических пленок при изготовлении вертикальных полупроводниковых приборов [Текст] / П. И. Дидык, А. А. Жуков // Научно-техническая конференция ученых «Информационные технологии и радиоэлектронные системы», посвященная 100-летию профессора Б. Ф. Высоцкого 24 апреля 2009 года. - М. , Московский авиационный институт (технический университет), 2009. - С. 14-17.

2а. Дидык, П. И. Оценка прочности конструкции бескорпусных вертикальных полупроводниковых приборов [Текст] / П. И. Дидык, А. А. Жуков // Ракетно-космическое приборостроение и информационные технологии. Труды II Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы ракетно-космического приборостроения и информационных технологий», посвященной 100-летию со дня рождения М. С. Рязанского. -М. : Радиотехника, 2010.-С. 225 -228.

За. Жуков, А. А. Исследование внутренних напряжений в металлических микробалочных конструкциях для микро-электронных устройств [Текст] / А. А. Жуков, П. И. Дидык, М. Н. Слюсарев, С. В. Котыхов // Тезисы докладов VIII научно-технической конференции «Микротехнологии в космосе». -М. : Радиотехника, 2010. - С. 32-33.

4а. Жуков, А. А. Исследование внутренних напряжений в металлических микробалочных конструкциях для микроэлектронных устройств [Текст] / А. А. Жуков, П. И. Дидык, М. Н. Слюсарев, С. В. Котыхов // Труды VIII научно-технической конференции «Микротехнологии в космосе». - М. : Радиотехника, 2011. - С. 102-111.

5 а. Дидык, П. И. Моделирование и исследование прочностных характеристик бескорпусных двухвыводных МЭМС [Текст] / П. И. Дидык, А. А. Жуков // Сборник тезисов докладов научно-практической конференции студентов и молодых ученых МАИ «Инновации в авиации и космонавтике - 2011». - М. : МЭЙЛЕР, 2011.-С. 49.

6а. Жуков, А. А. Характеристики слоистых тонких плёнок металлов при изготовлении УМСТ [Текст] / А. А. Жуков, П. И. Дидык, М. Н. Слюсарев, С. В. Котыхов // Труды IV Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы ракетно-космического приборостроения и информационных технологий». -М. : Радиотехника, 2012. - С. 15 - 16.

7а. Дидык, П. И. Оценка прочностных характеристик бескорпусных МЭМС [Текст] / П. И. Дидык, А. А. Жуков. - М. : Наукоемкие технологии, 2012. -Т. 13.-№2.-С. 19-24.

8а. Способ изготовления шунтирующего диода для солнечных батарей космических аппаратов [Текст] : пат. 2479888 Рос. Федерация : МПК НО 1Ь21/329 / П. И. Дидык, А. А. Жуков, А. А. Басовский, Л. В. Анурова ; патентообладатель Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы"). -№ 2011148715/28 ; заявл. 29.11.11 ; опубл. 20.04.13.

9а. Ануров, А. Е. Перспективы применения технологии на карбиде кремния для изготовления дискретных полупроводниковых приборов и устройств микросистемной техники [Текст] / А. Е. Ануров, П. И. Дидык, А. А. Басовский // Сборник докладов V Всероссийская научно-техническая конференция «Актуальные проблемы ракетно-космического приборостроения и информационных технологий». - М. : Радиотехника, 2012. - С. 43 -45.

10а. Солнечная батарея для малоразмерных космических аппаратов и способ её изготовления [Текст] : пат. 2525633 Рос. Федерация : МПК Н01ЬЗ1/042, В64в1/44 / П. И. Дидык, А. А. Жуков, А. А. Басовский, Л. В. Анурова ; патентообладатель Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы"). -№ 2013107439/28 ; заявл. 20.02.13 ; опубл. 20.08.14.

Приложение Л. Акты об использовании результатов диссертационной

работы

У'1 ВЬРЖДЛЮ ÍTpopckiop по учебной рабою НИУ «Московский авиационный ипегип i»

-д.тгитнроф Купри кон М Ю.

2013 i.

ч

ЛКГ

об использовании результатов диссертационной рабсил аснираша кафедры 404 Дидык Павла Игоревича, посвященной меюдам получения и характеристикам

высоконадежных шунтирующих и блокирующих моду ¡ей солнечных батарей космических аппаратов, в учебном процессе ФГБОУВ1Ю «Московский авиационный инсп-iiyi (национальный исследовательский универсиiег)».

В ФГБОУВПО «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)» при подготовке инженеров по специальности 210201. проводимом кафетрой 404 по дисцин тине «Итпет ральпые усфойепза ра тжплекфоники». использованы еле туюпше резу тыаты диссертационной работы аспиранта Дидык П И

1 Результаты моделирования физико-механических харакiepnciик блокирующих диодов солнечных батарей космических аппаратов

диодов солнечных батарей космических апттрагов

3 Результаты исследования характерна ик шунтирующих и блокирующих' диодов со щечных башрей космических аппаратов.

^Указанные результаты использованы при проведении прак1ических занятий и курсовою проецирования для аудешов [руины 04-303 в 201 1-2012 и 2012-20Р учебных юдах и содержа юя в учебном пособии к пракшческим занятиям и курсовому проектированию по дисциплине «Интет ральпые уаройава радио )лект роники». рассмотренном и одобрештым кафедрой 404 (протокол № 1 от 01 09.201 1)

1ехнолошческие решения при изготовлении шунтирующих и бюкирующик

д. i и . профессор

Ученый секретарь- кл н . доцент

Чайка IO.B

\

12.2.

Утверждаю Заместитель генерального директора, заместитель генерального конструктора О А@*Т<Рб.с"с и некая корпорация ^а|Этно - космического нриооростроения ^ин^юрмацио^ных сйстем»

Д.Л. Чернов 2013 г.

АКТ

об использовании результатов диссертационной рабош, посвященной методам получения и характеристикам высоконадёжных шунтирующих и блокирующих модулей солнечных батарей космических аппаратов аспиранта Дидык Павла Игоревича

Настоящим актом подтверждаем, чго в работах Отраслевого центра проектирования и изготовления СБИС ОАО «Российские космические системы» (центр 1Д10) при выполнении договоров №010/1-11-138п-10 от 09.12.2010 г.; ЛГ«010/1-12-193/п-11 от 15.12.2011 г.; №010/1 -13-190/п-12 от 10.12.2012 г. на поставку модулей развязывающих 2МР500-2-1, диодов полупроводниковых 2ДСБ150-ЗА-1 с ОАО 111111 «Квант» использованы следующие результаты диссертационной работы Дидык П.И.:

- метод формирования слоистых тонких плёнок металлов, при котором обеспечиваются минимальные напряжения порядка 90 МПа в структуре слоистых тонких плёнок металлов и максимальная адгезия порядка 30*106 Н/м2 слоистых тонких плёнок металлов к структуре подложки за счёт оптимизации температурного режима напыления и связанных технологических операций (ИВЯФ.432129.003);

- метод определения надёжности шунтирующих и блокирующих модулей, заключающийся в проведении серии гермоударов в диапазоне температур от температуры паров жидкого азота (-180°С) до температуры -150°С на специально созданной установке;

- метод уменьшения внутренних напряжений в слоистых тонких пленках металлов, отличающийся тем, что определение внутренних напряжений определялось с помощью математической обработки методом «изгибания балки» значений отклонения металлических микробалочных конструкций с опорой сбоку, сформированных из слоистых плёнках металлов на различные поверхности из кремния и полиимида с различными тинами изгиба при варьируемой температуре подложек в процессе напыления (ИВЯФ.432129.003).

Полученные экспериментальные результаты и разработки позволили повысить процент выхода годных производимых в центре ЦК) шунтирующих и блокирующих модулей.

По результатам работ поданы заявка на изобретение РФ №201 1148715 о г 29.11.2011, заявка на изобретение И-108-5/ИЗ-146, зарегистрированная на предприятии 20.12.2012.

Настоящий акт пе является основанием для финансовых или иных претензий.

Зам. начальника центра ц10

)

Кривякин 13. М.

12. Ч

Утверждаю

Замести гель главного конструктора

ОАО «Научно-производственное предприятие.« Квант»

Л ■ . '

^саидидат технических паук, до цен I

---С

/

Унишков В.А.

2014 г.

\

АКТ

об использовании результатов диссер1апионной рабо1ы, посвященной методам получения и характеристикам шунтирующего и развязывающего модулей (диодов) солнечных батарей космических аппаратов аспиранта Дидык Павла Игоревича

Настоящим актом подтверждаем, что при разработке кремниевых модулей шуширующих 2МШУ100-2-1, кремниевых модулей развязывающих 2МР500-2-1 ИВЯФ.432129.003 ТУ По [ехническим заданиям ОАО «Научно-производственное предприятие «Квант» и в соответствии с договорами между ОАО «Российские космические сис!емы» и ОАО «Научно-нроизводс!венное предприятие «Квант» использованы следующие результаты диссертационной рабош Дидык П.И.;

- конструкции шунтирующего и развязывающего модулей СБ КА, отличающиеся использованием специальных многослойных коммутирующих шип, состоящими из заранее подготовленной молибденовой фольги, с двух сторон которой последовательно нанесены слои ванадия, никеля серебра соот ветственно;

способы изютовления шунтирующего и развязывающего модулей СБ КА, отличающиеся способом формирования металлизации лицевой стороны кремниевой монокрисгаллической подложки и использованием многослойных коммутирующих шин;

- метод формирования металлизации У-Ы1-А§ на кремниевые подложки методом вакуумного магнетронного распыления с образованием тонкого переходного слоя фазы дисилицида ванадия толщиной порядка 10 нм, что обеспечивает величину адгезионной прочности 15 МПа и минимальные напряжения в напылённых слоях металлов;

- метод определения надёжности шунтирующего и развязывающего модулей СБ КА, основанный на проведении серии термоударов от температуры паров жидкого азота 113 К до температуры 373 К и обратно на специально созданной установке;

- метод уменьшения внутренних напряжений в слоистых тонких плёнках металлов У-Ы1-А§, основанный на определении внутренних напряжений с помощью математической обработки значений отклонений металлических микробалочных конструкций с защемлением одного конца на кремнии методом «изгиба балки»;

- метод формирования слоистых тонких плёнок металлов, при котором обеспечиваются минимальные напряжения в напылённых плёнках металлов и оптимальная адгезия плёнок металлов к структуре подложки за счёт оптимизации температурного режима напыления и связанных с магнетронным напылением технологических операций.

На основании положительных результатов автономных и предварительных испытаний образцов СБ модули по ИВЯФ.432129.003 ТУ использовались для комплектации лётных солнечных батарей различных КА. Шунтирующие модули использовались: КА «Канопус», КА «Канопус-В», МКА ПН-1, МКА ПН-2 и др. Развязывающие модули использовались: КА «Атоз-5», КА «Те1кот-3», КА «Ямал-ЗООК», КА «Экспресс-АМ5» и др.

Настоящий акт не является основанием для финансовых или иных претензий.

Начальник отдела

Гайдар М.И.

(подпись)