SU765762A1

SU765762A1 - Method and device for measuring current carrier mobility in semiconductors

Info

Publication number: SU765762A1
Application number: SU782645740A
Authority: SU
Inventors: Леонид Александрович Глазков; Юрий Алексеевич Скрипник; Владимир Ильич Водотовка; Александр Леонидович Глазков
Original assignee: Киевский технологический институт легкой промышленности
Priority date: 1978-07-17
Filing date: 1978-07-17
Publication date: 1980-09-23

Description

тотой второго высокочастотного напр жени , детектируют его и измер ют напр жение, имеющее частоту коммутации. В устройство дл осуществлени способа введены генератор и усилитель частоты коммутации , синхронный детектор и переключатель , соед1шенный с выходами низкочастотного и высокочастотного фильтров, вькод переключател подключен к полевому электроду образга, одна клемма которого соед1шена с одним из высокочастотных генераторов, а втора через резистор заземлена и подключена к избирательному усилителю, а между амп И тудным детектором и регистрирующим прибором включены последовательно соединенные усилитель частоты коммутации и синхронный детектор, вход управлени которого соединен с цепью управлени переключател и подключе к генератору частоты коммутации. Сущность способа определени частотных из менений эффективной подвижности в полупроводниках состоит в следующем. Из двух высокочастотных сигналов . DI Umicos(a311 и и) Uj UmjCOsCwjt vj) вьщел ют низкочастотные напр жени разностной и суммарной частот. 11астоты сц и w 2 исходных сигналов U и Uj регулируют так, что бы разностна частота была посто нной (со, - со 2 соо const), а суммарна , измен юща с в требуемом диапазоне частот. Поперечное напр жение дл контролируемог полупроводника формируют из пакетов напр жений разностной и суммарной частот, следующих с низкой частотой коммутации. Частота коммутации выбираетс многим меньше разно ной частоты ( i - 2 ) Поперечное напр жение усиливают до требу емого уровн и подают на управл ющий (полевой ) злектрод образца. В качестве т нущего напр жени используют одно из высокочастотных напр жений, например , Ui. Поперечное поле вызывает модул цию пров димости полупроводника, которую при малых напр жени х можно считать гармонической. В момент воздействи на образец низкочастотного пакета поперечного напр жени его проводимость G измен етс с разностной и суммарной частотами. Совместное воздействие т нущего напр жени и поперечного пол вызывают в полупроводниковом образце одночастотные периодические составл ющие,, ,,.2 грЮ-41- и; и 2 05(Ы214ф2+%) ,.2 ,и,СОбЦЬ« 2- Ф пропорциональные эффективным подвйжност м ц (cjg) и М (w) на разностной и суммаргой частотах. Амплитуды испытательного и опорного сигналов равны друг другу, определ ютс произведением Umj Um2 и в равной мере завис т от нестабильности напр жений питающих генераторов и непосто нства крутизны процесса смещивани S,. . Одночастотный ток (частота ) периодически измен етс во времени с низкой частотой коммутации SI от ii до -i- и представл етс в виде одного модулированного сигнала. ijT yi -msignsmsitjco&lwgltPt si nsmiZt), где , „ 3rtie 3m6 oCS.k. 1Г. / ( 1 Э.„„.. fufw l+fulwlj- среднее значение модулнрова}шого тока; DU-3 , fu{w)-fu{a)o - коэффициент глубины амплитудной моул ции; Ф - среднее значение фазы модулированного тока; Д|р - индекс фазовой модул ции; signsmfi t - пр моугольна огибающа модулированного сигнала. Падение напр жени на низкоомном резне- . торе R, включенном последовательно с контролируемым полупроводниковым образцом, избирательно усиливают на частоте и детектируют по амплитуде. Переменное напр жение частоты коммутации П , выделенное при детектировании , пропорционально глубине амплитудной модул ции и 4.2.(Яъ п5т5г{. Г ( , ; - а з Ъ-2К{ 2..1 ,, .. , - uM-fii(a)o Jn|- - U, где К2 - коэффициент избирательного усилени ; S2 - чувствительность детектировани . Переменное напр жение Uj частоты коммута .ции fi усиливают и детектируют синхронно с частотой коммутации, получа в результате посто нное напр жение, ,, aC5 S2K k2R„o ., г i i vt fu{cJl-fuiQo) SoUj, aC5,,, увствительность результирующего преобразовани ; (oo)-M (ojo) частотное изменение эффективной 1101ШИЖности .This second high frequency voltage detects it and measures the voltage having a switching frequency. A generator and a switching frequency amplifier, a synchronous detector and a switch connected to the low-frequency and high-frequency filter outputs, a switch code connected to the field electrode, one terminal of which is connected to one of the high-frequency generators, and the second through a resistor are grounded and connected to the device. to the selective amplifier, and between the amp and the detector and the recording device are connected in series the switching frequency amplifier and syncro sensitive detector, whose control input is connected to a switch control circuit connected to the generator and the switching frequency. The essence of the method for determining the frequency variations of the effective mobility in semiconductors is as follows. Of the two high-frequency signals. DI Umicos (a311 and u) Uj UmjCOsCwjt vj) are low-frequency voltage and differential frequency voltages. The frequencies cc and w 2 of the original signals U and Uj are adjusted so that the difference frequency is constant (co, –co 2 coo const), and the total frequency changes in the required frequency range. The transverse voltage for a controlled semiconductor is formed from voltage and differential frequency voltage packets following a low switching frequency. The switching frequency is chosen to be much less than the different frequency (i - 2). The transverse voltage is amplified to the required level and fed to the control (field) electrode of the sample. One of the high-frequency voltages is used as the driving voltage, for example, Ui. The transverse field induces modulation of the semiconductor conductivity, which at low voltages can be considered harmonic. At the moment the sample is subjected to a transverse voltage low-frequency packet, its conductivity G changes with difference and total frequencies. The combined effect of a bridging voltage and a transverse field induces single-frequency periodic components in a semiconductor sample. and 2 05 (Ы214ф2 +%), .2, and, ROC “2-F proportional to the effective efficiency c (cjg) and M (w) at the difference and total frequencies. The amplitudes of the test and reference signals are equal to each other, are determined by the product of Umj Um2 and equally depend on the instability of the voltages of the power generators and the inconsistency of the steepness of the bias process S ,. . The single frequency current (frequency) periodically varies with time from a low switching frequency SI from ii to −i and is represented as a single modulated signal. ijT yi -msignsmsitjco & lwgltPt si nsmiZt), where, „3rtie 3m6 oCS.k. 1G. / (1 e. „„ .. fufw l + fulwlj- the average value of the modular current; DU-3, fu {w) -fu (a) o is the amplitude depth coefficient of the amplitude mutation; Ф - the average value of the phase of the modulated current; D | p is the phase modulation index; signsmfi t is the rectangular envelope of the modulated signal. Voltage drop at low impedance killing-. The torus R connected in series with a controlled semiconductor sample is selectively amplified at a frequency and detected in amplitude. The alternating voltage of the switching frequency P, selected during detection, is proportional to the depth of the amplitude modulation and 4.2. (Ъ p5t5g {. G (,; - а з b-2К {2..1 ,, .., - uM-fii (a ) o Jn | - - U, where K2 is the selective gain factor, S2 is the detection sensitivity. The alternating voltage Uj switching frequency fi is amplified and detected synchronously with the switching frequency, resulting in a constant voltage, aC5 S2K k2R „O., G ii vt fu {cJl-fuiQo) SoUj, aC5 ,,, the sensitivity of the resulting transformation; (oo) -M (ojo) the frequency change of the effective 1101 TERMINATION.

Таким образом, пол ченное напр жение пропорционально частотному изменению эффективной подвижности контролируемого полупроводника .Thus, the voltage received is proportional to the frequency variation of the effective mobility of the monitored semiconductor.

На чертеже показано устройство дл реализации способа.The drawing shows a device for implementing the method.

Устройство содержттт генераторы высокочастотных напр жений 1 и 2, балансный смеситель 3, н.чзкочастотиый и вьгсокочастотный флльтры 4 и 5, автоматический переключатель 6, генератор частоты комму1нции 7, ипфокополосный усилитель 8, контролируемый пол тгроводник 9, низкоомный резистор 0, избирательный усилитель 1, аштлитудный детйктор.12, низкочастотный усилитель 13, синхронный детектор 14, выходной прибор 15, переключатель 16.The device contains high-frequency voltage generators 1 and 2, balanced mixer 3, high frequency and high frequency filters 4 and 5, automatic switch 6, communication frequency generator 7, ipbandband amplifier 8, controlled field conductor 9, low-resistance resistor 0, selective amplifier 1, Astitite detector. 12, low-frequency amplifier 13, synchronous detector 14, output device 15, switch 16.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Высокочастотные напр жени генераторов 1 и 2 смешивают в балансном смесителе 3. Низкочастотным фильтром 4 выдел ют напр жение разностной частоты, а высокочастотное напр жение суммар1 ой частоты - высокочастотным фильтром 5.The high-frequency voltages of the generators 1 and 2 are mixed in the balanced mixer 3. The low-frequency filter 4 separates the voltage of the differential frequency, and the high-frequency voltage of the total frequency by the high-frequency filter 5.

Автоматический переключатель 6. управл емый низкочастотным коммутащшнным генератором 7, подл лючает через шрфокополосный усилитель 8 полевой электрод контролируемого полупроводника 9 к выходам фильтров 4 .и 5 . поочередно. Сформированное дв хчастотное поперечное напр жение воздействует на гфоводимость контрош руемого полупроводника, на торцовые электроды которого поступает напр же 1ке генератора 1. Модулированный сигнал, сни . .аемый с резистора 10, поступает на избирательный усилитель 11, настроенный на частоту Амп: кт 71иым детектором 12 производитск амплитудное детектирование модулированного напр жени . Пр моугольное напр жение частоты коммутации, пропоршюнальное значению частотного изменени эффективной подвижности контролируемого полупроводника, усиливаетс низкочастотным усшштелем 13, выпр мл етс синхронным детектором 14 и измер етс выходным прибором 15.The automatic switch 6. controlled by a low-frequency switching generator 7, connects through a hF amplifier 8 a field electrode of the controlled semiconductor 9 to the outputs of filters 4. And 5. alternately. The two-frequency transverse voltage that is formed affects the gf conductivity of the semiconductor under test, on the end electrodes of which the generator 1k 1 is applied. Modulated signal, lower. The resistor 10 is supplied to a selective amplifier 11 tuned to the frequency of the Amp: CT detector with the 12th detector 12, producing amplitude detection of the modulated voltage. The square voltage switching frequency, proportional to the frequency variation of the effective mobility of the monitored semiconductor, is amplified by a low frequency pin 13, is rectified by a synchronous detector 14, and measured by the output device 15.

Дл исключени погрешности т неравенства коэффициентов передач фильтров 4 и 5 и неравномерности частотной характеристики широкополосного усилител 8 выходное напр жение усилител 8 непосредственно поступает при калибровке на детектор 12 (переключатель 16 Е положение а).To eliminate the error t of the inequalities of the transmission coefficients of the filters 4 and 5 and the unevenness of the frequency response of the broadband amplifier 8, the output voltage of the amplifier 8 is directly supplied during calibration to the detector 12 (switch 16 E position a).

При неравенстве коэффициентов передач фильтров 4 и 5 (переключатель в положении б) на детектора 12 вьщел етс напр жение частоты коммутации, амплитуда которого пропордаональна неравенству коэффициента передач этих фильтров. Это напр женке усиливаетс , выпр мл етс и индуцируетс выходным прибором 15.If the transmission coefficients of filters 4 and 5 are unequal (the switch is in position b), detector 12 has a switching frequency, the amplitude of which is proportional to the inequality of the transmission coefficients of these filters. This stress is amplified, rectified, and induced by the output device 15.

Регулировкой коэффициента передач фильтра 4 нижних частот добиваютс нулевого показани выходного прибора 15. После этого переключатель 16 устанавливаетс в положение б и производитс измерение частотного изменег1и эффективной подвижности.By adjusting the gear ratio of the low pass filter 4, a zero reading of the output device 15 is obtained. After that, the switch 16 is set to position b and the frequency change of the effective mobility is measured.

Формула н 3. о б р с т е н к Formula n 3. about bs t e n to

10ten

Claims

1. A method for measuring the mobility of current carriers in semiconductors, which consists in modulating the conductivity of a sample with an alternating electric current and selecting the component current that is proportional to the field effect, characterized in that, in order to increase the sensitivity and accuracy of measurements, two high-frequency ciirHal are mixed cause low-frequency voltages of the difference and sum of the primary frequencies, modulate the indicated voltages and, with a low switching frequency, alternately excite the transverse electric field in the sample under which The first high-frequency voltage is sampled, the modulated voltage across the sample is varied, varying with the frequency of the second high-frequency voltage, detected and the voltage measured at the switching frequency is measured.

2. A device for performing method 0 according to claim 1, containing its high-frequency generators, a mixer connected to generators, low-frequency si and frequency filters, connected to a mixer, a resistor, terminals and a field electrode of the sample, sequentially connecting a selective amplifier, amplitude detector and A recording device, characterized in that a generator and a frequency, com, mutation, synchronous detector, switch,

p connected to the outputs of the low-frequency and high-frequency filters, the output of the switch is connected to the field electrode of the sample, one terminal of which is connected to one of the high-frequency generators, and the second through the resistor is grounded and connected to the selective amplifier, and between the amplitude detector and the recording device connected in series are the switching frequency switch and si1 {chronic detector, the control input of which is connected to the switch control circuit and connected to the commutation frequency generator,

Sources of information taken into account in the examination

1. The author's plot of the USSR № 588517,

5 cl. G 01 R 31/26, 15.01.78.

2. Bonch-Bruevich V. L., Kalashnikov S. G. Physics of semiconductors. M., 1977,

with. 330, fig. 10.13 (prototype).