SU474724A1

SU474724A1 - Device for recording structural inhomogeneities of solids

Info

Publication number: SU474724A1
Application number: SU1777779A
Authority: SU
Inventors: Константин Иванович Крылов; Абдула Сиражутдинович Алиев; Сергей Федорович Шарлай; Андрей Сергеевич Митрофанов; Евгения Валентиновна Антонова; Владимир Анатольевич Трофимов
Original assignee: Ленинградский Институт Точной Механики И Оптики
Priority date: 1972-04-17
Filing date: 1972-04-17
Publication date: 1975-06-25

Description

ложении минимального пропускани , фокусируетс линзой на фотоприемник с АРУ. Оно содержит информацию о локальном значении концентрации свободных носителей в исследуемой точке. После фотоприемника усиленный сигнал подаетс на модулиру1ош,ий ркость луча электрод электроннолучевой трубки . Распределение ркости свечени экрана будет соответствовать координатному распределению носителей в образце при соответствующей синхронизации запуска строчной развертки луча электронной трубки с частотой дискретного иеремеш,ени образца относительно светового зонда, а также с моментом подачи импульсного магнитного пол .the minimum transmittance is focused by the lens on the photodetector with AGC. It contains information on the local value of the concentration of free carriers at the point under study. After the photodetector, the amplified signal is applied to the modulus of the beam, the brightness of the beam, the electrode of the CRT. The luminance distribution of the glow of the screen will correspond to the coordinate distribution of the carriers in the sample with appropriate synchronization of the horizontal scanning of the beam of the electron tube with the frequency of the discrete mixture of the sample relative to the light probe, as well as with the moment of application of the pulsed magnetic field.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы.FIG. 1 shows a block diagram of the proposed device; in fig. 2 - time diagrams.

Устройство состоит из лазера 1, оптической системы 2 дл формировани светового зонда , пол ризаторов 3, 4, блока 5 дл получени магнитных полей пр моугольной формы импульса фотоириемника с усилителем и системой 6 дл исключени вли ни поглощени лазерного излучени веществом, электроннолучевую систему 7 индикации на базе осциллографа С1-19 с дополнительным блоком 8 дл вертикальной развертки, системы дл строчного сканировани образца, состо щей из диска 9 с закрепленным в нем образцами, вращаемого синхронным двигателем с редуктором 10, дискретное перемещение которого обеспечиваетс блоком 11 с щаговым искателем, фотодатчика 12 заиускающих импульсов с подсветкой-лампочкой 13, блоком 14 дискретной задержки и синхронизатора 15, обеспечивающих синхронную работу блоков устройства.The device consists of a laser 1, an optical system 2 for forming a light probe, polarizers 3, 4, a unit 5 for obtaining magnetic fields of a rectangular pulse photoreceiver amplifier with an amplifier and a system 6 for eliminating the influence of absorption of laser radiation by a substance the base of the oscilloscope C1-19 with an additional block 8 for vertical scanning, a system for horizontal scanning of the sample, consisting of a disk 9 with samples fixed in it, rotated by a synchronous motor with a gear 10, iskretnoe moving block 11 which is provided with schagovym searcher, the photosensor 12 zaiuskayuschih-pulse illuminated bulb 13, a discrete delay unit 14 and the synchronizer 15, providing the synchronous operation of the device blocks.

Излучение оптического квантового генератора , пол ризованное пол ризатором 3, фокусируетс оптической системой 2 в узкий световой зонд диаметром 25-50 мк. В световом зонде в зазоре импульсного электромагнита располагаютс образцы полупроводников, закрепленные в диске 9 из органического стекла. Исследуемые образцы - пластины толщиной 0,05-00 и площадью до 25X25 мм закрепл ют через каждые 30° на круглом диске диаметром 260 мм. Это позвол ет проводить исследовани двенадцати образцов при одной их установке.The radiation of an optical quantum generator, polarized by a polarizer 3, is focused by an optical system 2 into a narrow light probe with a diameter of 25-50 microns. In the light probe in the gap of the pulsed electromagnet there are samples of semiconductors, fixed in the disk 9 made of organic glass. The test samples — plates with a thickness of 0.05–00 and an area of up to 25 × 25 mm, are fixed every 30 ° on a circular disk with a diameter of 260 mm. This allows the examination of twelve samples with one installation.

После прохождени через образец излучение поступает на пол ризатор 4, наход щийс в скрещенном положении, и фокусируетс оптической системой 2 на фотоприемник с усилителем с системой 6, исключающей вли ние пропускани света в исследуемом образце . При наложеиии имиульсов магнитного пол пр моугольной формы поворот плоскости пол ризации в образце, а следовательно , и интенсивность излучени , ироход щего через анализатор, будет пропорциональна локальным значени м посто нной Верде, которые, в свою очередь, пропорциональны концентраци м свободных носителей в рассматриваемых точках. При скоростном сканировании образца относительно светового зонда за врем длительности импульса магнитного пол (100 мк/сек) на вход фотоириемника поступал сигнал, соответствующий координатному распределению легирующих примесей в исследуемой строке.After passing through the sample, the radiation enters the polarizer 4, which is in the crossed position, and is focused by the optical system 2 to the photodetector with the amplifier 6, eliminating the influence of light transmission in the sample under study. When applying imiums of a magnetic field of rectangular shape, the rotation of the polarization plane in the sample, and hence the intensity of radiation transmitted through the analyzer, will be proportional to the local values of Verde constant, which, in turn, are proportional to the concentrations of free carriers at the considered points . During high-speed scanning of the sample relative to the light probe, during the duration of the pulse of the magnetic field (100 micron / s) a signal was received at the input of the photo receiver and corresponded to the coordinate distribution of the doping impurities in the line under study.

Дл исключени вли ни ноглощени лазерного излучени веществом предусмотренаTo eliminate the effect of laser radiation absorption by the substance is provided

система АРУ в усилительном блоке, состо ща из фотоприемпика, на который подаетс часть лазерного излучени , ответвленного с иомощью плоскопараллельиой пластины, иомеиденной между образцом и анализатором иAn AGC system in an amplifying unit consisting of a photodetection to which a part of the laser radiation is supplied, branched off with the help of a plane-parallel plate iomeide between the sample and the analyzer and

источника опориого напр жени . При изменении коэффициента поглощени образца в процессе строчного сканировани , нанр жение рассогласовани попадает в систему АРУ, котора регулирует коэффициент усилени усилител так, чтобы сигнал на выходе усилител имел фиксированную величину при отсутствии фарадеевского вращени .source of stress When the absorption coefficient of a sample changes during line-scanning, the error mismatch enters the AGC system, which adjusts the gain of the amplifier so that the signal at the output of the amplifier has a fixed value in the absence of Faraday rotation.

Длительность горизонтальной развертки луча также равна 100 мксек и синхронизованаThe duration of the horizontal scanning of the beam is also equal to 100 microseconds and synchronized.

с моментом подачи магнитного пол и положением образца (см. фиг. 2). Используема в электроннолучевой системе трубка с длительным послесвечением обеспечивает возможность наблюдени за картиной визуализации.with the moment of filing the magnetic field and the position of the sample (see Fig. 2). A long afterglow tube used in the electron beam system makes it possible to observe the visualization pattern.

Следовательно, информаци о локальном распределении легирующих примесей в исследуемой строке образца вложена в распределение ркости в строке на экране электроннолучевой системы.Consequently, information about the local distribution of dopants in the sample line under study is embedded in the luminance distribution in the line on the screen of the electron beam system.

В устройстве используютс периодические импульсные магнитные пол (f/s) с частотой 50 ГЦ. С такой же частотой дискретно перемещаетс образец (t/e) с иомощью блока 11 с шаговым двигателем и подаютс на электроннолучевую систему запускающие импульсы строчной развертки (t/a); при этом импульсы с строчной развертки имеют длительность 100 мксек (U). При кадровой развертке (Ьз) луча по вертикали на экране электроннолучевой трубки получаетс полна картина распределени ркости, соответствующа неоднородности распределени легирующих примесей по площади образца. Синхронизирующие импульсы с частотойThe device uses periodic pulsed magnetic fields (f / s) with a frequency of 50 Hz. With the same frequency, the sample (t / e) moves discretely with the aid of a block 11 with a stepper motor and is sent to the electron-beam system to trigger horizontal sweep pulses (t / a); at the same time, the horizontal scanning pulses have a duration of 100 microseconds (U). With a frame scan (b) of the beam along the vertical on the screen of the cathode ray tube, we get a complete picture of the distribution of brightness, corresponding to the non-uniformity of the distribution of dopants over the sample area. Clock pulses with frequency

50 ГЦ вырабатывает фотодатчик 12 при попадании света от лампочки 13 через отверсти в ведущей щестерне редуктора, насаженной на вал синхронного двигател , который вращаетс со скоростью 25000 об/мин. Это позвол ет сканировать образец относительно светового зонда за врем , равное длительности импульса магнитного пол . С фотодатчика импульсы синхронизации поступают на блок 14 дискретной задержки, обеспечивающей задержку на 200, ..., 2400 мксек с периодом 200 мксек. Это необходимо дл автоматического последовательного исследовани всех двенадцати образцов. При этом предусмотрена возможность многократного повторени 50 Hz produces a photo sensor 12 when light from the bulb 13 comes in through the holes in the drive gear of the gearbox mounted on the shaft of a synchronous motor, which rotates at a speed of 25,000 rpm. This allows the sample to be scanned relative to the light probe for a time equal to the duration of the magnetic field pulse. From the photo sensor, the synchronization pulses arrive at a discrete delay block 14, providing a delay of 200, ..., 2400 microseconds with a period of 200 microseconds. This is necessary for automatic sequential examination of all twelve samples. This provides for the possibility of multiple repetitions.

исследовани любого образца. Возможна также остановка исследовани на любом из двенадцати образцов, а также выключение устройства после исследовани заранее заданного количества образцов. Задержка мен етс автоматически ири каждом включении шагового искател от конечного включател (блок 11), который своими контактами нереключает врем задающие элементы блока задержки. В этом случае задержка на 200-2400 мксек соответствует положению 1, 2 и т. д. образцов в световом зонде , т. е. запускающие импульсы жестко св заны с моментом нрохождепи исследуемого образца относительно светового зонда. (Дл простоты, условно, разные импульсы на временной диаграмме и блок-схеме совпадающие во времени обозначены одним индексом (t/s). Синхронизатор 15 обеспечивает необходимые временные задержки между импульсами запуска строчной развертки электроннолучевой системы (2), электромагнита (fJz) - блока управлени шаговым двигателем (Ue). Они жестко св заны с задержанным импульсом, поступающим с блока дискретной задержки (Uz). Это позволит паблюдать на экране электроннолучевой системы картину визуализации неоднородностей, соответствующую заданному образцу. Запускающие импульсы на блок 8 кадровой развертки попадают при срабатывании первого конечного включател , когда диск с образцами возвращаетс шаговым двигателем в первоначальное положение, обеспечивающее также реверс шагового двигател и подачу запускающего импульса на электромагнит. Система дискретного перемещени с шаговым двигателем позвол ет осуществл ть подачу образца с шагом 50, 100, 150, 250 мк; при этом на исследование одного образца размером 25X25 мм затрачиваетс врем соответственно 10, 5, 3,3 и 2 сек. Наиболее полно преимущества предлагаемого устройства могут быть реализованы при использовании в качестве регистрирующего стройства видекон с регулируемой пам тью, например ЛИ-414, с электрической записью сигнала без промежуточного светового изображени . Число градаций при этом на перезаписанном изобран ении составл ет 6-7, разрешающа способность до 500 линий. Считывание осуществл етс в нормальном режиме . Использование телевизионных систем позвол ет получить увеличенное изображение, которое дает возможность оператору контролировать визуально, а также может быть сфотографировано и микрофотометрировано дл точных количественных измерений. Предлагаемое устройство без конструктивных изменений может быть использовано в качестве устройства дл контрол оптической однородности полупроводниковых материалов по пропусканию. Дл этого анализатор вывод т из скрещенного положени , отключают систему АРУ в блоке усилител и отключают блок импульсных магнитных полей; в остальном устройстве работает идентично. Это существенно расшир ет пределы применени предлагаемого устройства дл исследованп полупроводниковых материалов и их контрол с точки зрени однородности. Предмет изобретени Устройство регистрации структурных неоднородностей твердых веществ, основанное на эффекте Фараде , содержащее источник излучени , оптпческую систему, формирующую световой зонд, сканирующую систему, блок магнитных полей с блоком питани электромагнита , отличающийс тем, что, с целью визуализации результатов обследовани и повышени точности регистрации сканирующа система выполнена в виде вращающегос диска с установленными в нем исследуемыми образцами, помещенными в зазор электромагнита, причем блок пптапи электромагнита выполнен в виде накопителей линии, формирующей импульсы магнитного пол пр моугольной формы.research any sample. It is also possible to stop the test on any of the twelve samples, as well as to turn off the device after examining a predetermined number of samples. The delay changes automatically and every time the stepper finder switches on from the end switch (block 11), which by its contacts does not turn off the time defining the elements of the delay block. In this case, the delay of 200–2400 microseconds corresponds to the position of 1, 2, etc. of the samples in the light probe, i.e., the triggering pulses are rigidly associated with the moment of occurrence of the test sample relative to the light probe. (For simplicity, conventionally, different pulses in the timing diagram and block diagram coinciding in time are denoted by a single index (t / s). Synchronizer 15 provides the necessary time delays between horizontal launch pulses of the electron-beam system (2), electromagnet (fJz) - block stepper motor control (Ue). They are tightly connected to the delayed pulse coming from the discrete delay unit (Uz). This will allow you to observe on the screen of the electron beam system the pattern of visualization of inhomogeneities corresponding to When the first end switch is triggered, the sample disk returns to the original position, which also provides the reverse of the stepping motor and the trigger pulse to the electromagnet. The discrete displacement system with a stepper motor allows the sample is fed in increments of 50, 100, 150, 250 microns, and the time spent on examining one sample of 25 × 25 mm, respectively, is 10, 5, 3.3, and 2 seconds. The advantages of the proposed device can be realized most fully by using a video memory with adjustable memory, for example, LI-414, with electrical recording of a signal without an intermediate light image. In this case, the number of gradations in the rewritten image is 6–7, the resolution is up to 500 lines. The reading is carried out normally. The use of television systems provides an enlarged image that allows the operator to monitor visually, and can also be photographed and microphotometrically accurate for quantitative measurements. The proposed device without structural changes can be used as a device for controlling the optical homogeneity of semiconductor materials through transmission. For this, the analyzer is derived from a crossed position, turn off the AGC system in the amplifier unit and turn off the pulsed magnetic field unit; the rest of the device works identically. This significantly expands the range of application of the proposed device for the investigation of semiconductor materials and their control from the point of view of homogeneity. Object of the Invention A device for detecting structural inhomogeneities of solids, based on the Farad effect, containing a radiation source, an optical system that forms a light probe, a scanning system, a magnetic field unit with an electromagnet power supply, characterized in that in order to visualize the results of the examination and improve the accuracy of recording the scanning system is made in the form of a rotating disk with test specimens installed in it, placed in the electromagnet gap, and the unit is ektromagnita formed as a drive line, the magnetic field pulses forming a rectangular shape.