CS244969B1 - Zapojenie analyzátore prechodověj kapacity - Google Patents

Description

244969

Vynález sa týká zapojenia analyzátoraprechodovej kapacity, vhodného na spektro-skopiu hlbokých hladin v tuhých látkách.

Na kapacitnú spektroskopiu hlbokých hla-din v tuhých látkách, obvykle polovodičoch,sa používajú meracie zariadenia, ktoré ob-sahujú tieto hlavně časti: zdroj excitačnejenergie, merač kapacity a vyhodnocovaciezariadenie. Zdroj excitačnej energie, napr.prúdových alebo napáťových impulzov, svět-la a pod. slúži na periodická excitáciu vy-šetřovaného objektu. Merač kapacity má zaúlohu sledovat odozvu na excitáciu, t. j. re-laxáciu smerov k rovnovážnému alebo sta-cionárnemu stavu. Změnou teploty vyšetřo-vaného objektu sa dosiahne změna relaxač-ných dob procesov, ktoré v ňom prebieha-jú. Vyhodnocovacie zariadenie vyberá z odo-zvy zložky, ktoré májá relaxačnú dobu blíz-ku zvolenej a tým mění mo-notónnu teplotnúzávislost na nemonotónnu a dává jej spek-troskopický charakter. Napáťovú alebo prú-dovú excitáciu vyšetřovaného objektu za-isťuje jeden alebo v-iac impulzných generá-torov, ktorých výstupy bývajú zložitým spů-sobom spojené s meračom kapacity. Přitomje vzájomný vzah excitačných impulzov ameracieho signálu náhodný, čo spůsobuje,že úroveň excitačného impulzu v okamihu,keď sa právě končí, je neurčitá. To sa můžepřejavfť “Vzíškanom spektre ako šum. Vy-hodnocované zložky kapacitnej odozvy súčasto len velmi malou častou celkovej změ-ny kapacity vyvolanej excitáciou. Preto sapoužívajú citlivé merače kapacity, ktorýchvýstup bývá excitáciou prebudený. Ako- vy-hodnocovacie zariadenia sa používajú dvou-kanálové vzorkovacie integrátory typu „box-car averager“, lock-in zosilňovače alebo zlo-žitejšie korelátory. Pri požadovanej citlivos-ti sú schopné spracovat len malé vstupnénapátie. Toto alebo, značné obmedzuje vy-užitelný výstupný rozsah merača kapacityalebo vyžaduje jednosměrně oddělit vyhod-nocovacie zariadenie. Oddelenie jednosmer-nej zložky však může viesť k zložitým posu-nom nulovej úrovně výstupného napatia alen vtedy zaručí, že užitočný signál zostanev požadovaných medziach, ak sa z odozvymerača kapacity vylúči úsek počas excitá-cie a zotavovanie po prebudení. Pri použitílock-in zosilňovačov a niektorých druhovkorelátorov je přítomnost nenulového sig-nálu na vstupe počas excitácie celkom ne-přípustná. Z týchto důvodov je potřebné po-čas excitácie skratovať vstup, připadne vý-stup merača kapacity alebo odpojovat vstupvyhodnocovacieho zariadenia a podlá mož-nosti aj odpojovat zdroj meracieho signálu.Tieto požiadavky obmedzujú činnost zná-mých zariadení. Nemožno nimi sledovat o-dozvu počas excitácie. Spínanie merača ka-pacity, zdro-ja meracieho signálu, príp. vy-hodnocovacieho zariadenia je zložité a mů-že byť zdrojem rušivých signálov.

Uvedené nedostatky v- podstatnej miereodstraňuje zapojenie analyzátora prechodo- vej kapacity podlá vynálezu, ktorého pod-stata spočívá v tom, že generátor vysoko-frekvenčného signálu je připojený na vstupexcitačného bloku, na referenčný vstup me-rača kapacity a na vstup riadiaceho blokua výstup riadiaceho- bloku je připojený navstup excitačného bloku a na vstup vyhod-nocovacieho bloku. Vyhodnocovací blok jetvořený aspoň -dvoma pamáťami vzoriek a-nalogového signálu, ktoré sú cez vstupyspojené s riadiacim blokom, pričom výstu-py pamatí vzoriek analogového signálu súspojené so vstupmi rozdielového zosilňova-ča. Výstupy pamati vzoriek analogového sig-nálu sú spojené s analogovo-číslicovým pre-vodníkom cez vstupy analogového multiple-xora. Výhodou vynálezu je, že odstraňuje nut-nost spínat zdroj meracieho signálu, vstupalebo výstup merača kapacity připadnevstup vyhodnocovacieho zariadenia, čím u-možňuje zobrazovat a vyhodnocovat kapa-citu počas Tubovotnej časti periody meranias výnimkou nevyhnutnej doby zotavenia me-rača kapacity po začiatku a po skončení ex-citačného impulzu. Ďalšou výhodou je mož-nost volit pre vyhodnocovanie zložitejšie sú-bory vzoriek z kapacitného přechodovéhojavu a tým ovplyvňovať vlastnosti získanéhospektra, napr. selektivitu, citlivost a pod.

Na přiložených výkresoch, a to na obr. 1je znázorněné blokové zapojenie analyzáto-ra prechodovej kapacity, na obr. 2 a obr. 3sú znázorněné příklady blokového zapoje-nia konkrétných převedení analyzátora pre-chodovej kapacity.

Na obr. 1 je výstup vysokofrekvenčnéhogenerátora 1 spojený so vstupom a excitač-ného bloku 2, s referenčným vstupom block-in zosilňovača 3, použitého ako mera-ča kapacity a so vstupom c riadiaceho blo-ku 4. Na svorky d a e excitačného bloku 2sa připojí vyšetřovaný objekt a výstup f jespojený s lock-in zosilňovačom 3, na výstupg, ktorého je připojený vyhodnocovací blok5 a v případe potřeby aj osciloskop. Na vý-stup ni. vyhodnocovacieho bloku 3 možnopřipojit vhodné záznamové zariadenie. Při-tom výstup i riadiaceho bloku 4 je spojenýso vstupom j excitačného bloku 2 a so vstu-pom k vyhodnocovacieho bloku 5. Vzájom-nú synchronizáciu analyzátora prechodovejkapacity s externými zariadeniami umožňu-je svorka 1 riadiaceho bloku 4, ktorá můžebyť vstupom alebo výstupom spúšťacích sig-nálov. Na obr. 2 je vyhodnocovací blok 5představovaný dvojicou pamatí 6i, 62 vzo-riek analogového signálu, ktorých výstupysú připojené na vstupy ni, 112 diferenciálne-ho zosilňovača 7. Pamate 61, 62 sú s riadia-cim blokom 4 spojené cez vstupy ki, k2.Blok 8 zaisťujúci ohřev meraného objektuvýhřevným telesom j a blok 9 spojený s ter-močlánkom T, ktorý slúži na meranie tep-loty.

Obr. 3 znázorňuje iné konkrétné převede-

Claims (3)

1. nie, v ktorom je vyhodnocovací blok 5 rea-lizovaný skupinou pamatí 6i, 62,... 6 , vzo-riek analogového signálu, iktorých výstupysú multiplexorom 10 připojené na analógo-vo-číslicový převodník 11, ktorého výstupje připojený na zbernicu mikropočítača 12,na ktorú je v tomto případe připojený ajblok 8, zaisťujúci ohřev. Blok 9, umožňujú-ci meranie teploty je tiež spojený cez multi-plexor 10 s analógovo-číslicovým prevodní-kom 11. Mikropočítač 12 cez výstupný portm může byť spojený s vhodným záznamo-vým médiom alebo vačším počítačom. Vo všetkých uvedených príkladoch preve-denia analyzátora prechodovej kapacity jevysokofrekvenčný signál z generátore 1 vy-sokofrekvenčného signála súčasne vedenýna meraciu vetvu, představovaná excitač-ným blokom 2 a meračom kapacity 3, a nariadiaci blok 4, čo umožňuje odvodit všetkyovládacie signály na riadenie excitačnéhobloku 2 a vyhodnocovacieho bloku 5 z to-hoto vysokofrekvenčného signálu a tak do-siahnuť definovaný vzájomný vztah medzifázou meracieho signálu a začiatkom, resp.koncom excitačných impulzov, okamihomobjavenia sa impulzov na spúšťanie exter-ných zariadení, ako je okamihom spusteniariadiaceho bloku 4, ak je riadený externým zariadením. V uvedených príkladoch spů-sob riešenia vyhodnocovacieho bloku 5 u-možňuje spracovať velký rozsah vstupnýchsignálov tým, že použité pamate vzoriek a-nalógového signálu reagujú len na hodnotynapatia v okamihu odobratia vzorky a súkonstruované tak, že vhodnými obmedzova-cími obvodmi sa chránia před váčšími od-chýlkami od priemernej napátovej úrovněodobratých vzoriek, a teda před prebude-ním. Preto na ich vstupe můžu působit sig-nály so středu aj okamžitou hodnotou v ši-rokých medziach. Časovo spriemernené vzor-ky vstupného signálu možno spracovať sdostatočným diferenciálnym zosi-lnením. Akoje to znázorněné na obr. 3, vyhodnocovacíblok může obsahovat vačší počet kanálova může spracovávať lineárně kombinácienapatí na nich, príp. využívat hodnoty na-patia i na jednotlivých pamatiach. Ako, toukazuje příklad na obr. 3, použitie mikro-počítača umožňuje riadiť ďalšie funkcie akonapr. ohřev meraného objektu a pod. Vynález může nájsť uplatnenie v mera-cej technike, pri konštrukcii a výrobě prí-strojov na diagnostiku polovodičových štruk-túr v laboratórnych a prevádzkových pod-mienkach. r R E D Μ E T

   1. Zapojenie analyzátora prechodovej ka-pacity pozostávajúce z excitačného bloku,ku ktorému sa pripája meraný objekt, me-rača kapacity, připojeného na výstup exci-tačného bloku, z vyhodnocovacieho bloku az riadiaceho bloku vyznačujúce sa tým, žegenerátor (lj vysokofrekvenčného signáluje připojený na vstup (a) excitačného blo-ku (2), na referenčný vstup (6) merača ka-pacity (3) a na vstup (c) riadiaceho bloku(4) a výstup (ij riadiaceho bloku (4) jepřipojený na vstup (j) excitačného' bloku(2) a na vstup (k) vyhodnocovacieho blo-ku (5).
2. 2. Zapojenie podlá bodu 1 vyznačujúce sa YNÁLEZU tým, že vyhodnocovací blok (5) je tvořenýaspoň dvoma parnaťami (61, 62...6„) vzo-riek analogového* signálu, ktoré sú cez vstu-py (ki, ka, ...kn) spojené s riadiacim blo-kom (4), pričom výstupy pamati (61, 62,.... 6n) vzoriek analogového signálu sú spo-jené so vstupmi (ni a na) rozdielového< zo-silňovača (7).
3. 3. Zapojenie podlá bodu 1 a 2 vyznačujú-ce sa tým, že výstupy pamatí (61, 62,... 6n)vzoriek analogového signálu sú spojené sanalógovo-číslicovým převodníkem (11) cezvstupy (pi, pa, ...p„) analogového multi-plexora (10). 3 listy výkresov