Устройство для измерения вольт-фарадных характеристик Советский патент 1983 года по МПК H01L21/66 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для проведения контроля качества полупроводниковых и МДП-структур в процессе их производства. Известно устройство для контроля пол проводниковых приборов, которое содержит генератор синусовдального напряжения, источник смещения, образцовое сопро тивление, усилитель, выпрямитель и само писец t . Объект измерения (МДП-структура) и образцовое сопротивление образуют емкое тно-омический делитель для синусоидального напряжения. Напряжение на выходе выпрямителя пропорционально значению импеданса измеряемого объекта при . условии, что значение образцового сопротивления много меньше значения импеданса исследуемого объекта. Сложность выполнения данного условия в широком диапазоне измерения параметров исследуемого объекта существенно снижает точность измерения. Наиболее бдазким к предлагаетлому является устройство для измерения вольтфарадных характеристик, содержащее первый сумматор ервый вход которого соединен с выходом источника смещения и первым входом регистрирующего блока, а JTOрой вход подключен к генератору тест-сигнала и через переменный конденсатор к выходу переключателя, выход первого сумматора соединен с одной клеммой для подключена испытуемого прибора, а его другая клемма соединена с входом пер вого операционного усилителя, первым выходом переключателя и первой обкладкой первого образцового конденсатбра, вторая обкладка которого подключена к входу выпрямителя, выход которого соединен с вторым входом регистрирующего блока 2 . К недостаткам данного устройства относится низкая точность измерения за счет наличия погрешности статизма, вызванной конечностью коэффишгенга усиле- ния усилителя. Эта погрешность пропорциональна величине I/К (5 , где К коэАфициенг усиления усилителя, а 3 - коэффициент передачи цепи обратной связи. Так как |% в каждом диапазоне меняется в единицы-десятки раз, а К (при использовании тест-сигнала, меняющегося в ши роком диапазоне частот) невелико, то по решность устройства достаточно велика (до десятков процентов). Цель изобретения - повышение точнос ти измерения. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения вольтфарадньгх характеристик, содержащее первый сумматор, первый вход которого сое динен с выходом источника смещения и .первым входом регистрирующего блока, второй вход сумматора подключен к гене ратору тест-сигнала и через перемен ный конденсатор к В1 1ходу переключателя выход первого сумматора соединен с одной клеммой для подключения испытуемого прибора, а его другая клемма соединена с входом первого операционного усилителя, первым выходом переключателя и первой обкладкой первого образцового конденсатора, вторая обкладка которого подключена к входу вьшрямителя, выход которого соединен с вторым входом регистрирующего блока, введены вто рой операционный усилитель, второй об- разцовый конденсатор и второй сумматор причем вход второго операционно х усилителя соединен с вторым выходом перек лючателя и первой обкладкой второго образцового конденсатора, вторая обкладка которого соединена с выходом второго операционного усилителя и первым входом второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого операционного усилителя, а вьгход - к входу выпрямителя. На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства. Устройство содерхогт источник напряжения смещения, генератор 2 (синусоидального) гест-сигнала, сумматор 3, объект 4 измерения (С), операционный усилитель 5, образцовый конденсатор 6 (С0 ), выпрямитель 7, устройство 8 для обработки информации, переменный конденсатор 9 (Cj), переключатель Ю, второй операционный усилитель 11, второй образцовый конденсатор 12 (CQ ) и второй сукгмогор 1-3. Устройстг.о работает следующим образом. В начальный момент времени переклю чатель II ппходптся в положении I. К сследуемой МДП-структуре 4 прикладыается cyN-iMa синусоидального тест-сигала UQ с выхода генератора, 2 и напряжение смещения Upj от источника I напряжения смещения. Напряжение U g,|x на выходе второго сумматора 13 , .М Zo ивыхГ о кр, где UQ - значение напряжения тестового сигнала на выходе сумматора 3; -значение сопротивления образцового конденсатора 6; -значение сопротивления исследуемого объекта 4 измерения; « 2.к. рс - значение сопротивления переменного компенсируюшего конденсатора 9; .o z.,tz, Изменял значение переменного конденсатора 9 добиваются равенства-нулю напряжения О g,,5 на выходе второго сумматора 13. При равенстве нулю напряжения и gjj, значение 2 Z . После этого переключатель Ю устанавливается в положение 2. Значение напряжения и на выходе операционного усилителя II равно i-z-o v-o -TTiT. где2;Напряжение на выходе операционного усилителя 5 равно . U2-k(Uo-I-z j; . где, Uo-ивы С/; Поставив вьфажение (4) в (3), получимu -- viUo-iJBbiM);;7d из которого с учетом вьфажения (2) и того, что - 8blx4Ll,VU,)(t4i), после несложных преобразова1шй пол5П1ИМ Ра fi 8ЫХ 02;. i.l. XfBi Погрешность коэффициента передачи всего усгройсгва 1 oZ:x 1 + r-:r-f urVi. Kfii ()( kp.,/ после несложных преобразований и пренеб режения вел1 чинами второго порядка малосги приводится к виду -И-/ «fi. 51. Учитывая, что ZQ - Z. , ; выражение (8) приобретает вид . Т. е. погрешность передачи всего устройс ва определяется погрешностью сумматора 13, сниженной в К (5/1 раз. Напряжение ( выпрямляется блоко 7 и регистрируется с помощью самописца 8, Далее, переводя переключатель Ю в положение I, изменяют напряжение смещения на выходе генератора I смещений. При этом изменяется значение сопротивления 2 ) исследуемой структуры4.Изменяя значение сопротивления компенсирующего конденсатора 9 (Zj), добиваются равенства его новому значению сопротивления исследуемого объекта Z. описанным выше образом. После достичения равенсгва L Zy переводят переключатель Ю в положение 2 и фиксируют, с по мощью самописца 8 новое значение U gj,| пропорциональное значению 2i х . Повторя эти измерения, записывают по точкам вольт-фарадную характеристику исследуемой структуры. При этом погрешность по сравнению с устройством-прототипом уменьшается в К j3 раз. При воздействии на исследуемый объект пилообразного напряжения смещения, когда значение компенсирующего соп ротивления выбирается один раз, значение погрешности коэффициента передачи всего устройства зависит от тогч), какое значение компенсирующего сощюгивления Z мы выбираем. При этом погрешность измерения в каждой точке вольт-фарадной характеристики определяется в соответствии с вьфажением (7), откуда видно, что погрешность измерения много меньше, чем в известных устройствах. Формула изобретения Устройство дг1Я измерения вольт-фарадных характеристик, содержащее первый сумматор, первый вход которого соединен с выходом источника смещения и первым входом регистрирующего блока, а второй вход подключен к reHepatxjpy тест-сигнала и через переменный конденсатор к выходу кереключателя, выход первого сумматора соединен с одной клеммой для подключения испытуемого прибора, а его другая клемма соединена с входом первого операционного усилителя, первым выходом переключателя -и первой обкладкой первого образцового конденсатора, вторая обкладка которого подключена к входу выпрямителя, выход которого соединен с вторым входом регистрирующего блока, о тли чающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены второй операционный усилитель, второй образцовый конденсатор и второй сумматор, причем вход второго операционного усилителя соединен с вторым выходом переключателя и первой обкладкой второго образпового конденсатора, вторая обкладка оторого соединена с выходом второго операционного усилителя и nepBbnvi входом второго сумматора, вамзрой вход которого подключен к выходу первого операционного усилителя, а выход - к входу вьшрямителя. Источники информации, принятые во внимание гфи экспертизе 1.Концевой Ю. А. , Купии В. Д. Методы контроля технологии производства полупроводниковых приборов. М., Энергия, 1973, с. 26. 2.Близин В. И. и др. Прибор для измерения и регистрации вол1,т-фпрадных характеристик полупроводнш овык структур. - Приборы и системы упргшления, 1978, №.7, с. 23 vnpoTonin).