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Motorola 2N2222A

2N2222A

Der 2N2222A ist ein Hochfrequenztransistor mit einer Spannungsfestigkeit von 40V, einer Stromtragfähigkeit von 800mA und einer Grenzfrequenz von 300MHz. Die Variante 2N2222 ist etwas schlechter spezifiziert.
Dieser 2N2222A wurde 1995 von Motorola gefertigt.

 

2N2222A Aufbau

2N2222A Die

Das Die besitzt eine Kantenlänge von 480µm.

 

2N2222A Die

Die innere Metallfläche stellt den Emitterkontakt dar. Die Umrisse des quadratischen Bondbereichs sind ebenso zu erkennen wie die Umrisse der Kontaktflächen zum darunter liegenden Emitter. Die Emitterfläche ist etwas größer ausgeführt als die Metallisierung und grau dargestellt. Die braune Basisfläche umschließt die Emitterfläche. Genau genommen liegt die Emitterfläche auf der Basisfläche. Die ineinander greifenden Geometrien garantieren eine niederohmige Anbindung von Basis und Emitter.

 

 

2N2222A Die Glowing

2N2222A Die Glowing

Ein strombegrenzter Durchbruch der Basis-Emitter-Strecke führt zu einem deutlichen Leuchten der Basis-Emitter-Grenzfläche, das auch mit bloßem Auge erkennbar ist.

Stellt man nur einen sehr geringen Strom (~10mA) ein, so kann man auch hier den stufenweisen Durchbruch erahnen (oben).

 

Ein zu hoher Strom oder eine zu lange andauernde Belastung führen letztlich auf Grund der anfallenden Wärme zur Zerstörung des Transistors. Das hier verlinkte Video dokumentiert einen solchen Vorgang. Das stärkere Leuchten kurz vor dem Durchschlag entstand durch eine weitere Stromerhöhung.

 

2N2222A Die Schaden

Die geringe Helligkeit lässt auch bei hohen ISO-Werten nur eine Bildfrequenz von 30 Bildern pro Sekunde zu. Der Ausfall des Transistors nimmt lediglich die Dauer einer Belichtung ein.

Am Basisanschluss befindet sich eine Art Lichtbogen. Gleichzeitig leuchtet weiterhin die Basis-Emitter-Grenzfläche. Das Bild erweckt so den Eindruck, dass die Zerstörung des Transistors nicht von der Basis-Emitter-Grenzfläche sondern von der Kontaktierung des Basisbereichs ausging. Die langen Belichtungszeit täuscht aber.

 

2N2222A Die Schaden

2N2222A Die Schaden

Oberhalb der oberen Basiskontaktierung zeichnet sich ein massiver Schaden innerhalb der Basisfläche ab (1). Wahrscheinlich wurde hier im ersten Schritt die Basis-Emitter-Grenzfläche zerstört. Im sogenannten "Durchbruch" hatte die Basis-Emitter-Strecke davor schon gearbeitet. Dabei war die Halbleiterstruktur aber noch intakt, der Stromfluss erfolgte kontrolliert und es stellte sich der typische Spannungsabfall im Bereich von 8V ein. Ab einer gewissen Belastung wird die Basis-Emitter-Fläche zu heiß und degeneriert. Die Halbleiterstruktur wird nachhaltig zerstört. Es kommt zu einer unkontrollierten Stromleitung. Wo der Durchschlag erfolgt, ist von vielen Faktoren abhängig. Eventuell gab es an dieser Stelle einen lokalen Hotspot. Die Zerstörung der Basis-Emitter-Strecke führt vermutlich im ersten Moment dazu, dass an der betroffenen Stelle sehr viel weniger Spannung abfällt. Der durch den Transistor fließende Strom konzentriert sich in der Folge an diesem Punkt und schädigt die Strukturen noch weiter. Das Resultat ist der Schatten zwischen Basis- und Emittermetallisierung, wo sich die Struktur des Halbleiters geändert hat.

 Den Strom lieferte ein relativ einfaches Labornetzteil, das auf einen Abfall der Spannung vermutlich kurzzeitig mit einer Stromerhöhung reagiert. Das beschleunigt und verstärkt die Zerstörung der Strukturen.

Die thermische Belastung im oberen Bereich führte dann dazu, dass sowohl die Basis- als auch die Emittermetallisierung degenerierten. Auf beiden Seiten sind Verfärbungen und Schäden zu erkennen. Die weitaus dünnere Basismetallisierungen schmolz dabei auf und zog sich in den Randbereich zurück (2).

Die Zerstörung der dünnen Basismetallisierung im oberen Bereich (2) hat den Stromfluss dann anscheinend soweit reduziert, dass darunter ein zweiter Durchbruch der Basis-Emitter-Strecke erfolgte (3). An dieser Stelle ist ein weiterer Schatten innerhalb der Basisfläche zu erkennen. Die Zerstörung ist aber etwas weniger stark ausgeprägt.

Letztlich zerstörte die thermische Belastung die Basismetallisierung bis hin zum Bondpad (4). Zuletzt reißt die Verbindung in der rechten unteren Ecke des Bondpads ab (5), was den relativ hellen Lichtbogen im Bildausschnitt des Videos erzeugt. Dazu passend ist die Fläche rechts des Bondpads noch etwas stärker beschädigt. Dort zeichnet sich ein kleiner brauner Fleck ab.

 

2N2222A Die Schaden

Betrachtet man den Videoausschnitt erneut, so kann man die Leuchterscheinungen den Ereignissen zuordnen.
Der erste Durchschlag der Basis-Emitter-Fläche ist durch eine schwache Leuchterscheinung zu erahnen (1).
Das Abschmelzen der oberen Basiselektrode führt zu einer etwas helleren Leuchterscheinung innerhalb dieser Elektrode (2).
Der zweite Durchschlag der Basis-Emitter-Fläche war anscheinend nicht hell genug oder zu sehr vom linken Bonddraht verdeckt.
Die Anbindung der Basismetallisierung an das Bondpad leuchtet relativ hell während sie abschmilzt (4). Wahrscheinlich dauerte das Abschmelzen hier etwas länger als bei der oberen Basiselektrode (2). In der rechten unteren Ecke bildet sich daraufhin der Lichtbogen aus mit dem die Basisverbindung endgültig abreißt (5).

 

2N2222A Die Schaden

Seitlich betrachtet kann man erahnen, dass beim ersten Durchschlag der Basis-Emitter-Fläche auch die obere Emittermetallisierung angeschmolzen wurde.
Das Emitterbondpad scheint ebenfalls Schaden genommen zu haben.

 

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