SU813210A2

SU813210A2 - Device for measuring specific resistance of high-resistant semiconductor materials and life-span of free charge carriers

Info

Publication number: SU813210A2
Application number: SU782678521A
Authority: SU
Inventors: Николай Григорьевич Борзунов; Виктор Степанович Макаров; Юрий Васильевич Медведев
Priority date: 1978-10-20
Filing date: 1978-10-20
Publication date: 1981-03-15

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНОГО(54) DEVICE FOR MEASURING SPECIFIC

СОПРОТИВЛЕНИЯ ВЫСОКООМНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХRESISTANCE OF HIGHLY IMPELLANT SEMICONDUCTOR

МАТЕРИАЛОВ И ВРЕМЕНИ ЖИЗНИ СВОБОДНЫХ НОСИТЕЛЕЙMATERIALS AND LIFE TIMES OF FREE MEDIA

ТОКА Устройство содержит СВЧ генератор 1, свипируемый -по частоте генератором 2 пилообразных импульсов и подключенный через вентиль 3 и аттенюатор 4 к измерительному резонатору 5, исследуемый полупро,,одник 6,укрепленный в механизме 7 перемещени , светодиод 8 с генератором 9 пр моугольных импульсов, СВЧ детектор 10, к выходу которого подключены осциллограф 11, импульсный Детектор 12 и индикатор, которым вл етс анализатор 13 импульсов, соединенные выходами с входом Y самописца 14, а также последовательно соединенные датчик 15 скорости перемещени полупроводника 6, подключенный к механизму 7 перемещени , и управл емый генератор 16 синхроимпульсов, выходы которого соединены соответственно с входами генераторов пилообразных 2 и пр моугольных 9 импульсов, выполненных с возможностью запуска их генерации внещним сигналом. Осциллограф 11, подсоединенный к выходу СВЧ детектора 10, предназначен дл контрол режимов работы устройства. Устройство работает следующим образом. СВЧ мощность от генератора 1, работающего в режиме свипировани частоты, через разв зывающий вентиль 3 и регулируемый аттенюатор 4 поступает на измерительный резонатор 5, включенный «на проход . В качестве измерительного резонатора используетс резонатор квазистатического типа с высоким пространственным разрешением (с высокой степенью локализации СВЧ электрического пол ). Полупроводнике закрепл етс в механизме 7 перемещени и сканируетс через область локализации электрического пол резонатора 5 в цел х последовательного включени каждого локального объекта полпроуодника 6 в электрическое поле резонатора. Потери, вносимые локальным (зондируемы) участком полупроводника 6 в резонатор 5, св заны с его удельным сопротивлением, т. е. уровень прошедщей через резонатора 5 СВЧ мощности св зан с удельным сопротивлением исследуемого (зондируемого) участка полупроводника 6, После детектировани СВЧ колебаний детектором 10 сигнал лоренцевой формы с амплитудой, пропорциональнойр, поступает на входы импульсного детектора 12 (канал построени геометрического распределени ) и анализатора 13 импульсов (канал построени статистического распределени ) . С выхода импульсного детектора 12 выпр мленное напр жение, пропорциональное амплитуде входного импульса, поступает на вход Y самописца 14, на вход X которого подаетс напр жение, пропорциональное координате зондируемого участка полупроводника 6 с механизма 7 перемещени . Так происходит построение геометрического распределени удельного сопротивлени . Измерение статистического закона распределени р осуществл етс анализатором 13 импульсов в режиме амплитудного анализа , который производит построение зависимости числа импульсов с данной амплитудой А (с данным удельным сопротивлением ) от величины амплитуды, т. е. построение амплитудной плотности распределени входных импульсов. Однако измеренна анализатором 13 импульсов плотность распределени импульсовФ (А) вл етс искомой плотностью веро тности ) удельного сопротивлени , т. е. Д- Л p(). только в том случае, если на каждый лока.льиый обтаем полупроводника 6 приходитс одинаковое число зондируемых импульсов СВЧ мощности. Здесь N - суммарное число импульсов, получающеес после зондировани всех локальных частей полупровод ика 6. Требование посто нства числа импульсов на каждый зондируемый участок полупроводника 6 достигаетс посредством сипхро1 Н() }-:зменени частоты следовани {„.(1) зоднирующих импульсов с изменением относите.ПзНой скорости перемещени исследуемого участка полупроводника 6 и области локализаЦии СВЧ пол . Это требование реализуетс введением в устройство последовательно соединенных датчика 15 скорости перемещени полупроводника 6, подключенного к механизму 7 перемещени , и управл емого генератора 16 синхроимпульсов, подключенного выходами к генераторам пилообразных 2 и пр моугольных 9 импульсов. При этом датчик 15 скорости перемещени вырабатывает сигнал, величина которого пропорциональна относительной скорости зонзируемого участка полупроводника 6, а управл е .мый генератор 16 синхронимпульсов - синхроимпульсы запуска, частота следовани которых попорциональна величине входного сигнала, поступающего с датчика 15 скорости перемещени . Синхронимпульсы запуска с выхода генератора 16 поступают на входы генераторов 2, 9 и запускают их в режим генерации. В итоге частота следовани зондирующих импульсов оказываетс синхронизированной с относительной скоростью перемещени зондируемого участка полупроводника 6; поэтому выполн етс требуемое условие посто нства числа зондирующих импульсов. Итак, измеренна анализатором 13 импульсов амплитудна плотность распределени импульсов вл етс искомой плотностью веро тности удельного сопротивлени материала полупроводника 6. Измеренна плотность веро тности отображаетс в графическом виде самописцем 14 и может служить паспортом при опенке качества полупроводникового материала по удельному сопротивлению. Измерение статистического закона, распределени вре.мени жизни неравновесныхCURRENT The device contains a microwave generator 1, swept by a generator of 2 sawtooth pulses at a frequency and connected through a gate 3 and an attenuator 4 to the measuring resonator 5, the investigated semi-odnnik 6, fixed in displacement mechanism 7, an LED 8 with a generator of 9 square-wave pulses, The microwave detector 10, to the output of which is connected an oscilloscope 11, a pulse Detector 12 and an indicator, which is a pulse analyzer 13 connected by outputs to the Y input of the recorder 14, as well as a series-connected displacement speed sensor 15 neither the semiconductor 6 connected to the movement mechanism 7 and the controlled generator of 16 sync pulses, the outputs of which are connected respectively to the inputs of the sawtooth generator 2 and rectangular 9 pulses made with the possibility of triggering their generation by an external signal. The oscilloscope 11 connected to the output of the microwave detector 10, is designed to control the operating modes of the device. The device works as follows. The microwave power from the oscillator 1, operating in the frequency sweep mode, through the isolating valve 3 and the adjustable attenuator 4 is fed to the measuring resonator 5 switched on per pass. A quasistatic type resonator with high spatial resolution (with a high degree of localization of the microwave electric field) is used as a measuring resonator. The semiconductor is fixed in the movement mechanism 7 and is scanned through the localization field of the electric field of the resonator 5 in order to sequentially connect each local object of the half-wire 6 to the electric field of the resonator. The losses introduced by the local (probed) section of the semiconductor 6 into the resonator 5 are related to its resistivity, i.e. the level of the microwave power transmitted through the resonator 5 is related to the resistivity of the investigated (probed) section of the semiconductor 6, After the microwave oscillations are detected by the detector 10, a Lorentzan waveform with an amplitude proportional to is input to the inputs of a pulse detector 12 (channel for building a geometric distribution) and analyzer 13 of pulses (channel for building a statistical distribution). From the output of the pulse detector 12, a rectified voltage, proportional to the amplitude of the input pulse, is fed to the input Y of the recorder 14, the input X of which is supplied with a voltage proportional to the coordinate of the probed section of the semiconductor 6 from the movement mechanism 7. This is the construction of the geometric distribution of resistivity. The statistical law of distribution p is measured by an analyzer of 13 pulses in the amplitude analysis mode, which builds the dependence of the number of pulses with a given amplitude A (with a given resistivity) on the magnitude of the amplitude, i.e. the construction of the amplitude density distribution of the input pulses. However, the pulse distribution density measured by the pulse analyzer 13F (A) is the sought probability density (resistivity), i.e. A - Lp (). Only in the event that for each localized semiconductor 6 is thrown there is the same number of probed pulses of microwave power. Here N is the total number of pulses obtained after probing all local parts of semiconductor 6. The requirement for the number of pulses per probe section of semiconductor 6 is achieved by means of a siphro1 H ()} -: change in the frequency of the following pulses with a change relate. The moving speed of the investigated section of semiconductor 6 and the localization region of the microwave field. This requirement is realized by introducing into the device a series-connected sensor 15 of the speed of movement of the semiconductor 6 connected to the movement mechanism 7 and a controlled generator of 16 clock pulses connected by outputs to the sawtooth generator 2 and rectangular 9 pulses. At the same time, the movement speed sensor 15 generates a signal, the value of which is proportional to the relative speed of the semiconductor section to be zoned, and the control generator of 16 clock pulses is the trigger clock, the frequency of which is proportional to the input signal from the speed sensor 15. Synchronization pulses from the output of the generator 16 are fed to the inputs of the generators 2, 9 and start them in the generation mode. As a result, the pulse repetition frequency is synchronized with the relative speed of movement of the probed portion of semiconductor 6; therefore, the required condition for the constant number of probe pulses is satisfied. Thus, the amplitude density distribution of the pulses measured by the pulse analyzer 13 is the sought probability density of the resistivity of the semiconductor material 6. The measured probability density is displayed graphically by the recorder 14 and can serve as a passport with the resistivity test of the quality of the semiconductor material. Measurement of the statistical law, time distribution of life of non-equilibrium

носителей осуществл е1;с следующим образом .carriers e1; s as follows.

СВЧ 1 генератор 1 работает на фиксированной частоте, соответствующей резонансной частоте резонатора с полупроводником . При этом импульсы фотопроводимости с длительностью, пропорциональной времени жизни носителей, образуютс при освещении частей полупроводника 6 светодиодом 8, запитываемым генератором 9 пр моугольных импульсов, и подаютс на анализатор 13 импульсов, наход щийс в режиме временного анализа (в этом режиме анализатор осуществл ет построение зависимости числа импульсов с данной длительностью от величины длительности). Работа механизма ) 7 перемещени , датчика 15 скорости перемещени и управл емого генератора 16 синхрои.млульсов аналогична случаю измерени удельного сопротивлени , поэтому плотность распределени импульсов по длительности , измеренна анализатором 13, вл етс искомой плотностью веро тности времени жизни носителей ПП материала.Microwave 1 generator 1 operates at a fixed frequency corresponding to the resonant frequency of the resonator with a semiconductor. In this case, photoconductivity pulses with a duration proportional to the carrier life time are formed when parts of semiconductor 6 are illuminated by LED 8, powered by a square pulse generator 9, and fed to pulse analyzer 13, which is in the time analysis mode (in this mode, the analyzer builds the dependence the number of pulses with a given duration of the duration of the duration). The operation of the displacement mechanism 7, the displacement speed sensor 15 and the controlled generator 16 of sync pulses is similar to the case of measuring resistivity, therefore the pulse density distribution over duration, measured by analyzer 13, is the required probability density of the carrier life of the PP material.

Таким образом, введение в устройство новых элементов приводит к возможности измерени статистических закономерностей распределени времени жизни неравновесных носителей и удельного сопротивлени материала полупроводника. Положительный эффект про вл етс в увеличении процентра выхода годных приборов и более эффективном (экономичном) использовании дорогосто щего ПП материала.Thus, the introduction of new elements into the device makes it possible to measure the statistical regularities of the distribution of the lifetime of non-equilibrium carriers and the specific resistance of the semiconductor material. The positive effect is manifested in an increase in the output centrum of suitable devices and more efficient (economical) use of expensive PP material.

Claims

Invention Formula

A device for measuring the resistivity of high-resistance semiconductor materials and the lifetime of free current carriers according to ed. St. No. 347691, characterized in that, in order to extend the functionality by simultaneously measuring the geometric and statistical patterns of the distribution of electrophysical parameters, serially connected displacement velocity sensor and a controlled sync pulse generator, the outputs of which are connected respectively to the inputs of the sawtooth and rectangular impulses generators, are introduced into it and the speed sensor is connected to the movement mechanism.

Sources of information taken into account during the examination 1. USSR Author's Certificate No. 347691, cl. G 01 R 27/28, 1970 (prototype).