SU1105835A1

SU1105835A1 - Device for checking characteristics of semiconductor instrument p-n junctions

Info

Publication number: SU1105835A1
Application number: SU833545913A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Николаевич Мельников; Александр Васильевич Колибаба; Виктор Васильевич Еремин; Дмитрий Аркадьевич Ячук
Original assignee: Предприятие П/Я А-3759
Priority date: 1983-02-02
Filing date: 1983-02-02
Publication date: 1984-07-30

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ХАРАКТЕРИСТИК р-п -ПЕРЕХОДОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ, содержащее клеммы дл подключени испытуемого прибора , задакнций генератор, выход которого подключен к одной из клемм дл подключени прибора, дифференциатор, подключенный выходом к входу регистратора , о т ли чающеес тем, что, с целью повышени точности контрол , оно снабжено вычитателем, а задающий генератор выполнен в виде генератора линейно измен ющегос напр жени , выход которого подключен к первому выводу ключа, второй вывод которого соединен с входом генератора линейно измен ющегос напр жени , выход которого подключен к дополнительному выходу задающего генератора и-затворам первого и второго полевых транзисторов, исток первого полевого транзистора соединен с клеммой источника питани , сток первого полевого транзистора подключен к истоку второго полевого транзистора, сток которого подключен к первому выходу задающего генератора, а первый вход вычитател соединен с первым выходом W задающего генератора, втора клемма с дл подключени р-п -перехода соединена с общей шиной, второй вход вычитател подсоединен к первому выходу задающего генератора, а выход вычитател соединен с входом дифференциатора .A DEVICE FOR MONITORING THE CHARACTERISTICS OF p-n-TRANSITS OF SEMICONDUCTOR DEVICES In order to increase the control accuracy, it is equipped with a subtractor, and the master oscillator is designed as a generator of linearly varying voltage, the output of which is connected to the first output of the key, the second output of which is connected the input of the generator of a linearly varying voltage, the output of which is connected to the auxiliary output of the master oscillator and gates of the first and second field-effect transistors, the source of the first field-effect transistor is connected to the power supply terminal, the drain of the first field-effect transistor is connected to the source of the second field-effect transistor, the drain of which is connected to the first output of the master oscillator, and the first input of the subtractor is connected to the first output W of the master oscillator; the second terminal c for connecting the pn-junction is connected to the common second bus, the second input of the subtractor is connected to the first output of the oscillator, and the output of the subtractor is connected to the input of the differentiator.

Description

Изобретение относитс к технике измерени характеристик полупроводниковых приборов и может быть использовано дл контрол их качества..The invention relates to a technique for measuring the characteristics of semiconductor devices and can be used to control their quality.

Известно устройство дл контрол характеристик р-п -переходов полупроводниковых приборов, содержащее задающий генератор, выполненный в виде операционного усилител (ОУ), на вход которого включены два калиброванных резистора, а испытуемый переход включен в цепь обратной св зи другого ОУ, к выходу которого через конденсатор подключены усилитель пр моугольного напр жени и измеритель напр жени С11A device is known for monitoring the characteristics of pn junctions of semiconductor devices, comprising a master oscillator made in the form of an operational amplifier (op-amp), the input of which includes two calibrated resistors, and the transition under test is connected to the feedback circuit of another op-amp, to the output of which the capacitor is connected to the amplifier square voltage and voltage meter C11

Недостатками данного устройства вл ютс низкие точность и нестабильность измерений на малых токах ( cf 5%), св занные с переходом кThe disadvantages of this device are low accuracy and instability of measurements at low currents (cf 5%), associated with the transition to

конечным приращени м л, послеfinal increments m l, after

j j

дифференцировани уравнени вольтамперной характеристики (ВАХ) п перехода , лежащего в основе измерений . Вследствие включени испытуемого перехода в цепь обратной св зи ОУ коэффициент усилени последнего растет с уменьшением задаваемого тока. При малых токах это приводит к увеличению дрейфа нул ОУ, нелинейности преобразовани , уменьшению соотно шени сигнал/шум, а в случае контрол переходов с большими отклонени ми значений параметра m эти отрицательные влени многократно возрастают . Кроме того, диапазон измерений ограничен снизу в св зи с тем, что носитель информации по гг -параметрупеременна составл юща - беретс в соотношении 1:10 к посто {1ной, определ ющей измер емую точку ВАХ перехода.differentiating the current-voltage characteristic (VAC) and the n junction, the underlying measurement. Due to the inclusion of the test transition to the feedback circuit of the OS, the gain of the latter increases with decreasing set current. At low currents, this leads to an increase in the zero-OA drift, non-linearity of the conversion, a decrease in the signal-to-noise ratio, and in the case of control of transitions with large deviations of the parameter m, these negative phenomena increase many times. In addition, the measurement range is bounded below due to the fact that the information carrier on the yy-parameter is an alternating component — it is taken in a ratio of 1:10 to a constant {1 that determines the measured point of the IVC transition.

i . .i. .

Наиболее близким по техническойThe closest technical

сущности и достигаемому результату к предлагаемому вл етс устройство контрол характеристик р-п -перехода содержащее задающий генератор, выпол ненный в виде источника посто нного напр жени , через прерыватель соединенного с конденсатором, к которому подключен преобразователь U/3 выполненный в виде ОУ с испытуемым р-Л -переходом в цепи обратной св зи и согласующего устройства, а выход преобразовател соединен с регистратором через дис|1ференцирующее устройство 1 2 1.The essence and the achieved result is a device for monitoring the characteristics of a pn-junction containing a master oscillator, made as a constant voltage source, through a chopper connected to a capacitor, to which the converter U / 3 is connected -L -transition in the feedback circuit and matching device, and the output of the converter is connected to the recorder via a differentiator 1 2 1.

058352058352

Данное устройство обеспечивает непрерывную регистрацию отклонени реальной ВАХ от идеальной зависимости , т.е. измерение кг -параметра.This device provides continuous detection of the deviation of the real I – V characteristic from the ideal dependence, i.e. measurement of kg parameter.

5 В этом устройстве применен принцип непрерьшного сканировани по току вдоль ВАХ испытуемого перехода, имеющего экспоненциальную зависимость по времени. После дифференцировани 5 This device applies the principle of continuous current scanning along the current-voltage characteristic of the test transition, which has an exponential time dependence. After differentiation

О сигнала на р-п -переходе на регистрирующем устройстве получают характеристику ГГ) if CJp-n) .About the signal at the p-n-junction on the recording device get the characteristic GG) if CJp-n).

Цель изобретени - повьшение точности контрол .The purpose of the invention is to increase the accuracy of the control.

15 Поставленна цель достигаетс тем, что устройство дл контрол характеристик р-п -переходов полупроводниковых приборов, содержащее клеммы дл подключени испытуемого прибора,15 The goal is achieved by the fact that a device for monitoring the characteristics of pn-junctions of semiconductor devices, containing terminals for connecting the test device,

20 задающий генератор, выход которого подключен к одной из клемм дл подключени прибора, дифференциатор, подключенный выходом к входу регистратора , снабжено вычитаталем, а зада5 ющий генератор вьтолнен в виде генератора линейно измен ющегос напр жени , выход которого подключен к первому выводу ключа, второй вывод которого соединен с входом генератора20 the master oscillator, the output of which is connected to one of the terminals for connecting the device, the differentiator connected to the recorder's input is provided with a subtractor, and the master oscillator is produced as a linear voltage generator, the output of which is connected to the first output of the key, the second output which is connected to the input of the generator

0 линейно измен ющегос напр жени , выход которого подключен к дополнительному выходу задающего генератора и затворам первого и второго полевых транзисторов, исток первого полевого транзистора соединен с клеммой источника питани , сток первого полевого транзистора подключен к истоку второго полевого транзистора, сток которого подключен к первому выходу задающего генератора,а-первый вход вычитател соединен с первым выходом задающего генератора, втора клемма дл подключени p-v -перехода соединена с общей шиной, второй вход вычитател подсоединен к первому выходу задающего генератора,а выход вычитател соединен с входом дифференциатора .0 linearly varying voltage, the output of which is connected to the auxiliary output of the master oscillator and gates of the first and second field-effect transistors, the source of the first field-effect transistor is connected to the power supply terminal, the drain of the first field-effect transistor, the drain of which is connected to the first output master oscillator, and the first input of the subtractor is connected to the first output of the master oscillator, the second terminal for connecting the pv junction is connected to the common bus, the second input is subtracted ate connected to the first output of the oscillator, and the output of the subtractor is connected to the input of the differentiator.

На чертеже представлена функцио0 нальна схема устройства.The drawing shows the functional scheme of the device.

Устройство контрол характеристик -переходрв полупроводниковых приборов содержит задакщий генератор 1, состо щий из ключа 2, генера5 тора линейно измен ющегос напр жени 3 (ГЛИН), управл емого источника стабильного тока (ИСТ) с экспоненциальной передаточной характеристикой , выполненного на двух последова тельно соединенных полевых транзист рах 4 , клеммы питани 6 ИСТ, клеммы 7 и 8 дл подключени прибор вычитатель 9, входы которого подсое динены к выходам задающего генерато ра, а выход - к дифференциатрру 10, включенному выходом к входу регистратора 11. Испытуемый р-г -переход вл етс нагрузкой ИСТ. Предлагаемое устройство контрол характеристик р-п -переходов полупр воднйковых приборов работает следую щим образом. При размыкании ключа 2 на входе ГЛИН 3 начинает линейно возраста напр жение () с наклоном К (В/сек). Этим напр же нием управл етс ИСТ на двух последовательно соединенных транзисторах 4 и 5, формирующий ток, возраст ющий через г -переход со временем цо экспоненциальному закону Jp-a-J. Сг.) где Jg - ток насыщени обратно смешенного р-п -перехода; Кг() параметр ИСТ. При этом напр жение на р-п -переходе возрастает по закону ВАХ р-1п перехода , т.е. ир-п- Рт-г -, глер,.(з) .Подставл (2) в (3), получаем на P-VI -переходе напр жение ир-п П -фгЧ- 2- |, (Ч) где cpj/ - контактный потенциал перехода . Это напр жение поступает на первый вход вычитател 9, на другой ВХОД которого подаетс возрастающее напр жение с ГЛИН 3. Задава Фт на выходе вычитател 9, имеем: i (rYi-i)4-ftl-4 (5} где k3 - коэффициент усилени вычи . тател . Таким образом, прит 1 наклон изменени напр жени на выходе усилиТ4 л -вычитател равен нулю. На выходе дифференциатора 10 получаем напр жение, пропорциональное (г -параметру, которое поступает на регистратор 11. Применение в задающем генераторе данного устройства управл емого источника стабильноготока на двух последовательно соединенных полевых транзисторах позволило избавитьс от недостатков включени р-и-перехода в цепь обратной св зи ОУ. Уст.ановлено , что в диапазоне токов 10 - 10 А и при сопротивлени х нагрузки в токовых точках измерений, соответствующих сопротивлению идеального р-п перехода в этих точках, при применении полевых, транзисторов ср- п -переходом линейность переходной харак ,теристики ИСТ не хуже 27,, а соотношение сигнал/шум 40 дБ. Важно заметить, что при контроле качества полупроводниковых приборов с помощью пл -характеристик отклонение W -параметра на малых токах (10 -10 А) наиболее рко вы вл ет дефекты поверхности полупроводниковых структур.The device for controlling the characteristics of -conversions of semiconductor devices contains an oscillator 1, consisting of a switch 2, a generator of a linearly varying voltage 3 (GLIN), a controlled stable current source (ICT) with an exponential transfer characteristic made on two serially connected field transistors 4, power supply terminals 6 IST, terminals 7 and 8 for connecting the device subtractor 9, whose inputs are connected to the outputs of the master oscillator and the output to the differentiator 10, which is turned on by the output to the input p 11. The test recorder of p-r junction is load EAST. The proposed device for monitoring the characteristics of pn-junctions of semi-water devices works as follows. When the key 2 is opened at the input, the GLINE 3 begins to linearly age the voltage () with a slope K (V / s). This voltage is controlled by the ICT on two series-connected transistors 4 and 5, which forms a current that increases through the r-junction with time o the exponential law Jp-a-J. Cr.) Where Jg is the saturation current of the reverse mixed pn junction; Cg () parameter EAST. In this case, the voltage at the pn junction increases according to the law of the I – V characteristic of the p – 1n junction, i.e. ir-n-rt-g-, gler,. (h). Substituting (2) into (3), we obtain on the P-VI junction the voltage ir-n P -fgH-2- | (H) where cpj / - contact potential of the transition. This voltage goes to the first input of the subtractor 9, to the other INPUT of which the increasing voltage is supplied from CLAY 3. By setting Ft at the output of the subtractor 9, we have: i (rYi-i) 4-ftl-4 (5} where k3 is the gain tatel. Thus, prot 1, the slope of the change in voltage at the output of the amplifier of the subtractor is zero. At the output of the differentiator 10, we obtain a voltage proportional to (r parameter, which goes to the recorder 11. Use in the master oscillator of this device controlled source of stable current on two in series connected field-effect transistors made it possible to get rid of the shortcomings of including a p-junction in the feedback circuit of an op-amp. It was found that in the current range of 10 - 10 A and with load resistances at current measurement points corresponding to the resistance of an ideal pn junction in At these points, when using field-effect transistors with a w-n junction, the linearity of the transient characteristic, the ICT test is not worse than 27, and the signal-to-noise ratio is 40 dB. It is important to note that in quality control of semiconductor devices using PL-characteristics, the deviation of the W parameter at low currents (10 -10 A) most clearly reveals surface defects of semiconductor structures.

////

р-п- лерех.p-treh.

1one

ffffff

Claims

DEVICE FOR CONTROLLING CHARACTERISTICS OF R-P-TRANSITIONS OF SEMICONDUCTOR DEVICES, containing terminals for connecting the test device, a master oscillator, the output of which is connected to one of the terminals for connecting the device, a differentiator connected to the output to the recorder input, which means that, with In order to increase the control accuracy, it is equipped with a subtractor, and the master oscillator is made in the form of a linearly varying voltage generator, the output of which is connected to the first output of the switch, the second output of which is connected to the input a ramp generator, the output of which is connected to an additional output of the master oscillator and the gates of the first and second field-effect transistors, the source of the first field-effect transistor is connected to the power supply terminal, the drain of the first field-effect transistor is connected to the source of the second field-effect transistor, the drain of which is connected to the first output the master oscillator, and the first input of the subtractor is connected to the first output of the master oscillator, the second terminal for connecting the pn junction is connected to a common bus, the second stroke subtractor connected to the first output of the master oscillator and the output of the subtractor is connected to the input of the differentiator.

1 1105835