SU746347A1 - Устройство дл измерени параметров дефектов в полупроводниковых приборах - Google Patents

Description

Изобретение касается измерения пара-, метров дефектов в полупроводниковых приборах, содержащих p-η.-переход и подвергнутых предварительному воздействию дестабилизирующих фракторов (ионизирующее излучение, температура и т.п.) ⁵ и может быть использовано для определения концентрации дефектов и сечения захвата носителей.

Известны устройства для измерения _J(J параметров дефектов в полупроводниках, содержащие источник постоянного тока и напряжения,измеритель емкости,криостат и регистратор

Известное устройство обладает низ- ₁₅ кой точностно определения энергетического положения уровней дефектов. Кроме того, для обработки результатов измерений необходимо использовать сложный математический аппарат, что приводит к jq значительным затратам труда.

Известно также устройство для измерения параметров дефектов в полупроводниковых приборах с р-it -переходом, содержащее генератор высокой частоты, источник импульсного тока, источник импульсного напряжения, нагрузочный резистор, линейный селективный усилитель, амплитудный детектор, регистратор^ криостат и датчик температуры исследуемого прибора [2 1 .

Однако данное устройство не позволяет произвести измерения большой точности, а обработка измерений является довольно трудоемкой.

Целью изобретения является повышение точности измерения и снижение трудоемкости обработки результатов измерения.

Это достигается тем, что устройство снабжено,по крайней мере, двумя блоками преобразования, каждый из которых состоит из двух параллельно включенных аналоговых Ячеек памяти с подключенными к их входам ключевыми устройствами и подключенным к выходам обеих ячеек вычитающим устройством, выход которого подключен к одному из входов многока нлявного регистратора, а входы' ключевых устройств соединены с выходом детектора, причем ключевые устройства соединены с программным блоком, соединенным с импульсными генераторами тока и напряжения, а датчик температуры исследуемого прибора в криостате соединен с одним из входов регистратора.

На чертеже представлена, структурная схема предложенного устройства. ,

Оно содержит генератор 1 высокой частоты, исследуемый полупроводниковый прибор 2, криостат 3, датчик 4 Температуры исследуемого полупроводникового прибора, генератор' 5 импульсного тока, генератор 6 импульсного напряжения, нагрузочный резистор 7, линейный селективный усилитель 8, амплитудный детектор 9, блоки 10 преобразования, содержащие ключевые устройства 11, аналоговые ячейки 12 памяти, вычитающие устройства 13, многоканальный регистратор 14, программный блок 15.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение генератора 1 высокой частоты поступает на р - и -переход исследуемого полупроводникового прибора 2, помещенного в криостат 3 и имеющего тепловой контакт с датчиком 4 температуры. Электрический режим р -пперехода задается генераторами 5 и 6 импульсного тока и импульсного напряжения. В результате на нагрузочном резисторе 7 выделяется амплитудно-моду лированное напряжение, которое поступает на вход линейного селективного усилителя. 8, где усиливается и детектируется амплитудным детектором 9.

• Блоки 10 преобразования, подключенные на выход детектора 9, работают еледующим образом. Напряжение с выхода детектора 9 поступает через ключевые устройства 11, выполненные, например, ⁴⁵ на- интегральных прерывателях, на аналоговые ячейки 12 памяти, которые запоминают мгновенные амплитуды этого напряжения в заданные моменты времени If и 4-2. *· ⁵⁰

Величина момента времени 4 ι выбирается исходя из требований по временному разрешению наблюдаемых емкостных переходных процессов. Если ставиться задача регистрации переходных про- ⁵⁵ цейсов с минимальной величиной постоянных времени ΐ_ΜΜ4, то величина i? должна выбираться из соотношения

Для увеличение быстродействия работы предлагаемого устройства величину промежутка времени Λ t⁵¹ tи необходимо выбирать минимальной, однако ι с точки зрения минимизации аппаратурной погрешности при регистрации величины АС= С ( ) - (j ( ) соотношение практически должно быть порядка (5-НО).

Напряжения с выходов аналоговых ячеек 12 памяти, выполненных, например, на конденсаторах с истоковыми повторителями, поступают на вход вычитающего устройства 13, выполненного, например, на операционном усилителе. Снимаемое с выхода вычитающего устройства 13 разностное напряжение величина которого прямо пропорциональна величине йС= C(ti)С(^Дпоступает на один из входов многоканального регистратора

14, выполненного, например, на основе многолучевого шлейфого осциллографа или многоканального аналого-цифрового преобразователя. На другие входы регистратора 14 поступает напряжение с выходов других блоков преобразователя 10, а также напряжение с датчика 4 температуры.

Синхронизация работы,· устройства осуществляется программным блоком

15, выполненным,например, на задающем стабильном генераторе высокой частоты, формирователе импульсов и делителях частоты.

Зная положения моментов времени -£_г относительно момента переключения напряжения на р- п. - переходе с прямого (или равного нулю) на обратное^ находят величину постоянной времени емкостного переходного процесса Т«ак_с ^пР^и максимальном значении величины Δ U в функции от температуры.

Выражение цляГ_мд^ легко получается из выражения нормированного выходного сигнала

S(TXC(M-C(^)J/aC(O), которое имеет следующий вид для экспоненциального переходного процесса:

$(Г) 1) где - постоянная времени емкостного переходного процесса;

Λ С (0) - начальное изменение емкости (после переключения напряжения с прямого (или равного нулю) на обратное. Ai - ίχ-ί, .

Соотношение между << t ₍и t _г нахо” дится из условия равенства нулю первой производной (1) Э5(Т) .. п отсюда получаем (2) Параметры дефектов определяют из графического анализа зарегистрированных при различных температурах кривых по известным соотношениям:

а) концентрация дефектов (3)

б) энергетическое положение урбвня дефектов Λ Ед и сечение захвата носителей ?)Д e,fc_A’r³)--£_n(b_A.const)^. (4) “ - известная концентрация легирующей примеси вр -ltпереходе,·

G - значение емкости р-tv-перехода;

йС(о)- начальное изменение емкости после переключения напряжения с прямого (или равного нулю) на обратное;

- постоянная времени емкостного переходного процесса,*

- температура исследуемого образца/

- постоянная Болыцмана.

детектора и входами многорегистратора, а также прог746347 плитудного канального раммного блока, синхронизирующего работу всего устройства, позволяет снизить затраты на получение результатов измерений за счет исключения операции обработки на ЭВМ числовых? значений параметров аналоговой кривой емкостного переходного процесса в случае представления ее суммой двух или более экспонент, а также повысить точность измерения за счет исключения ручного преобразования параметров аналоговой кривой в цифровые значения.

где Ν_Λ6Γ пере

Claims (2)

1. нд ыюго рйгистратора, а вхо ыключевы устройств соединены с выходом детекто причем ключевые устройства соединены с программиым блоком, соединенным с импульсными генераторами тока и нёпр  жени , а датчик температуры исспейуемого прибора в криостате соединен с одним из-входов регистратора. На чертеже представлена, структурна схема предложенного устройства. , Оно содержит генератор 1 высокой частоты, исследуемый полупроводниковы прибор 2, криостат 3, датчик 4 температуры исследуемого полупроводникового прибора, генератор 5 импульсного тока генератор 6 импульсного напр жени , на грузочный резистор 7, линейный селективный усилитель 8, амплитудный детек тор 9, блоки 10 преобразовани , содержащие ключевые устройства 11, аналоговые  чейки 12 пам ти, вычитающие устройства 13, многоканальный регистратор 14, программный блок 15. Устройство работает следующим образом . Напр жение генератора 1 высокой частоты поступает на р - п -переход исследуемого полупроводникового прибора 2, помещенного в криостат 3 и имеющего тепловой контакт с датчиком 4 температуры. Электрический режим р - перехода задаетс  генераторами 5 и б импульсного тока и импульсного напр жени . В результате на нагрузочном резисторе 7 выдел етс  аМплитудно-модулированное напр жение, которое поступает на вход линейного селективного уси лител . 8, где усиливаетс  и детостируетс  амплитудным детектором 9. Блоки 10 преобразовани , подключен ные на выход детектора 9, работают еле дующим образом. Напр жение с выхода детектора 9 поступает через ключевые устройства 11, вьтолненные, например, на- интегральных прерывател х, на аналоговые  чейки 12 пам ти, которые заПрминают мгновенные амплитуды этого напр жени  в заданные моменты времеВеличина момента времени -1 выбир етс  исход  из требований по времевь ному разрешению наблюдаемых емкостных переходньк процессов. Если ставит .с  задача рег11страции переходных процебсов с минимальной величиной посто нных времени , то величина i;i дол на выбиратьс  из соотношени  tj 0,1 Дп  увф ичеви бьютройвйотви  работы предлагаемого устройства величину промежутка времени ,-ti необходимо выбирать минимальной, однако i с точки зрени  минимизации аппаратурной погрешности п|Ж регистрации величины АС С ( it ) - Ci ( t ) соотношение tx/ti практически должно быть пор дка (). Напр жени  с выходов аналоговых  чеек 12 пам ти, выполненных, например, на конденсаторах с истоковыми повторител ми , поступают на вход вычитающего устройства 13, вьшолненного, например , на операционном усилителе. Снимаемое с выхода вычитающего устройства 13 разностное напр жение AU величина которого пр мо пропорциональна величине ДС C(t)-C(tДt :ocтyпaeт на один из входов многоканального регистратора 14, вьтолненного, например, на основе многолучевого шлейфого осциллографа или многоканального аналого-цифрового преобразовател . На другие входы регистратора 14 поступает напр жение с выходов других блоков преобразовател  10, а также напр жение с датчика 4 температуры. Синхронизаци  работы i-устройства осуществл етс  программным блоком 15, выполненным,например, на задающем стабильном генераторе высокой частоты, формирователе импульсов и делител х частоты. Зна  положени  моментов времени к -tj относительно момента переключени  напр жени  на р- TL - переходе с пр мого (или равного нулю) на обратное наход т величину посто нной времени емкостного переходного процесса Тмдкс максимальном значении величины дЦ в функции от температуры. . Выражение дл Гмдцс легко получаетс  из вЬ1ражеш1Я нормированного выходного сиг нала S(T) LCHi-htHi)J/AC(0), KOTOptfe имеет следующий вид дл  экспоненциального переходного процесса: SCr) (-ti/i;)l-exp(-utAp)} 1) где tj) посто нна  времени емкостноГо переходного процесса; Л С (о) - начальное изменение емкости ,после переключени  напр жени  с пр мого (или равгного нулю) на обратное. Ai-iг-i, . Соотношение между i:jy4A t. 51 |М ii находитс  на услови  равенства нулю первой вронаводной (1) Э5(Т1 „ п , 40- отсюда получаем i:wAKc--(trtO(ta-t,/t)- (2) Параметры цеф«стов определ ют из гра4йческого анализа зарегистрированных при различных температурах кривых по известным соотношени м: а)концентраци  дефектов м -м гаССО) ./о Г д -Мл€Г- f I(3) б)энергетическое положение урбвн  дефектов Л Е д и сечение захвата носителей 2)д ел(г:дТ1).-.(Ъд. const). (4) Nfter известна  концентраци  ле гирующей примеси вр -Ипереходе; С - значение емкости p-tu-neрехода; ЛС(о)- начальное изменение емкост после переключени  напр жени  с пр мого ( или равного нулю) на об- 25 тектор, ратное; - посто нна  времени емкостноГо переходного процесса , .- температура исследуемого 30 образца/ К - посто нна  Болыцмана. Энергетическое положение уровн  дефектов Д Р д и сечение захвата носителей Ъд определ етс  по формуле (4) путем замены величин Тд и Т на м.АКС соответственно Зависимость (4) есть пр ма  пкпк , дл  построени  которой необходимо знать координаты минимум двух точек, т.е. i; T rtAkt -/ и/ГмАкс2.;ТмАкс2-|,которые могут быть получены с помощью минимум двух блоков 10 преобразовани , причем ключе вые устройства 11 в одном блоке преобразовани  открываютс  в моменты аремени t, и 12.7 в другом блоке - в моменты времени t., и t . Дл  упро щени  расчетов удобно выбирать t.| tj. Использование в данном устройстве по крайней мере двух блоков преобразовани , включенных между выходом ам7 7 пгоггудного детокторй и входами многоканального регистратора, а также программного блока, синхронизирующего работу эсего устройства, позвол ет сни-« зить затраты на получение результатов измерений за счет исключени  операции обработки на ЭВМ числовьпг значений параметров аналоговой кривой емкостного переходного процесса в случае представлени  ее суммой двух или более экспонент , а также повысить точность измерени  за счет исключени  ручного преобразовани  параметров аналоговой кривой в цифровые значени . Формула изобретени  Устройство дл  измерени  параметров дефектов в полупроводниковых приборах с р- к- переходом, содержащее генератор высокой частоты, источник импульсного тока, источник импульсного напр жени , нагрузочный резистор, линейный селективный усилитель, амплитудный дерегистратор , криостат и датчик температуры, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерени , устройство снабжено, по крайней мере, двум  блоками преобразовани  каждый из которых состоит из двух параллёйьнО включенных аналоговых  чеек пам ти с подключенными к их входам ключевыми устройствами и подключенным к выходам обеих  чеек вычитающим устройством , выход которого подключен к одному из входов многоканального регистратора , а входы ключевых устройств соединены с выходом детектора, причем, ключевые устройства соединены с программным блоком соединенным с импульсными генрераторами тока и напр жени , а датчик температуры исследуемого прибора в криостате соединен с одним из входов регистратора. Источники информации, прин тые. во внимание при экспертизе 1.Берман А. С. Емкостные методы исследовани  полупроводников. Л., Наука 1972.
2. 2.Берман Л. С. и др. Физика и техника полупроводников. Т. 6, вып. 2. ,1972,0. 294 (прототип).

   w

   I г-n I И

   gasaSb WsMftiSii ijJv;