Устройство для измерения распределения поверхностного электрического потенциала на полупроводниковом слое Советский патент 1983 года по МПК G01R29/12 

05

Nl: Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения электри ческого потенциала, и может быть использовано для исследования свойств электрографических слоев. Известно устройство для измерения распределения электрического потенциала, содержащее исследуемый образец, механизм перемещения, вибрирующий электрод, соединенный с входом блока усиления, выход которого подключен к исследуемому образцу,к входу регистрирующего, прибора и к входу интегратора, при чем выход интегратора подключен че рез блок сравнения к вхоцу механиз ма перемещения С 13. Недостатком известного устройст ва является то, что из-за механического перемещения исследуемого образца и применения вибрирующего электрода, частота колебания котоIporo конечна, устройство имеет низ кое быстродействие. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения распределения электрического потенциала на фотодиэлектрическом слое, содер жащее держатель образца, оптически прозрачный сигн4льный электрод с электропроводящим, основанием, соединенный с входом измерителя заряда, выход которого подключен чере усилитель к измерительному прибору, блоку анализатора уровня и к держателю образца, причём выход блока анализатора уровня соединен с времярегистрирующим прибором и механизмом перемещения образца С2 Недостатком устройства является то, что из-за применения механичес кого перемещения оно имеет низкое быстродействие. Цель изобретения г- повышение бы родействия измерения распределения электрического потенциала. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения распределения поверхностного электрического потенциале на полупроводниковом слое, содержащее дер жатель образца с проводящей подлож кой и последовательно соединенные интегратор заряда, усилитель напря жения и измерительный прибор, допол нительно введены анализатор скорос ти изменения потенциала, управляемый коммутатор, блок логического со падения, матрица неподвижных сигнальных электродов и генератор такт вых импульсов, причем проводящая подложка держателя образца подключе на вход интегратора заряда, выход усилитеПя напряжения подключен к входу анализатора скорости изменения потенциала и через управляемый коммутатор - к матрице неподвижных сигнальных электродов, выход анализатора скорости изменения потенциала подключен на первый вход блока логического совпадения, на второй вход которого подключен выход генератора тактовых импульсов, а выход блока логического совпадения подключен к управляющим входам коммутатора и измерительного прибора. На фиг. 1 изображена блок-схема устройства для измерения распределения электрического потенциала на фиг. 2 - кривые напряжений, поясняющие процесс измерения. Устройство содержит держатель 1 образца с пров9дя1 ей подложкой. 2, на котором крепится исследуемый образец, интегратор 3 заряда, усилитель 4 напряжения, измерительный прибор 5, управляемый коммутатор 6, матрицу 7 неподвижных сигнальных электродов, анализатор 8 скорости изменения потенциала, блок 9 логического совпадения и генератор,10 тактовых импульсов. Устройство работает следующим образом. На проводящей подложке 2 располагается предварительно заряженный исследуемый образец (полупроводниковый слой). В результате взаимодействия заряда исследуемого образца с одним из сигнальных электродов матрицы 7 неподвижных сигнальных электродов напряжение на выхо-, де интегратора 3 заряда становится пропорциональным количеству заряда, прошедшему по входной цепи между проводящей подложкой 2 и .сигнальным электродом матрицы 7, неподвижных сигнальных электродов. Матрица 7 неподвижных сигнальных электродов представляет собой плоскость, состоящую из п отдельных сигнальных электродов, каждый из которых соединен с соответствующим выводом управляемого коммутатора б. В процессе измерения только один контакт управляемого коммутатора .6 замкнут, а остальные разомкнуты. Матрица 7 неподвижных сигнальных электродов находится в непосредственной близости от поверхности исследуемого образца расстояние между их плоскостями может составлять от долей миллиметра до нескольких миллиметров). С выхода интегратора 3 заряда напряжение подается на вход усилителя 4 напряжения, выход которого подключен к измерительно - му прибору 5 и через управляемый коммутатор б к соответствующему электро у матрицы 7 неподвижных сигнальных электродов. Напряжение с i выхода усилителя 4 напряжения nocTyJ

пает на анализатор 8 скорости изменения потенциала. Напряжение с выхода анализатора 8 скорости изменения потенциала поступает -на первый вход блока 9 логического совпадения, на второй вход которого поступают импульсы с генератора 10 тактовых импульсов. Напряжение на выходе анализатора 8 скорости изменения потенциала пропорционально мрдулю производной по врёмени от его входного напряжения, а блок 9 логического совпадения выполнен таким образом, что импульсы от генератора 10 тактовых импульсов поступают на вход управляемого коммутатора только тогда, когда значение

напряжения на выходе анализатора 8 скорости изменения потенциала меньше определенного уровня. Таким образом, на управляющий вход управляемого коммутатора 6 импульсы поступают в те- моменты времени, когда напряжение на выходе усилителя 4 напряжения перестает изменяться. Выходные импульсы с блока 9 логического совпадения поступают также на управляющий вход измерительного прибора 5, который зарегистрирует величину потенциала под включенным. в данный момент i-м сигнальным электродом. Поступающие на управляющий вход коммутатора 6 импульу зы по очереди или в заданной последовательности подключают сигнальные электроды матрицы 7 неподвижных сигнальных электродов к выходу усилителя 4 напряжения. При этом измеряется распределение электрического потенциала по поверхности исследуемого образца.

Процесс измерения распределения поверхностного электрического потенциала полупроводникового слоя предлагаемым устройством иллюстрируется на фиг. 2, где на фиг; 2а показан потенциальный рельеф исследуемого полупроводникового слоя Ug до измерения (после его зарядки, Нсшример коронным электрюлизатором) На фиг, 25показан сигнал dUy/dit, а на фиг. 2г - сигнал на выходе анализатора 8 скорости изменения потё нциала. Когда на выходе усилителя 4 напряжения оканчивается процесс изменения напряжения, сигнал на выходе анализатора 8 скорости изменения потенциала уменьшается до нуля. .

На фиг. 2д показана последовательность импульсов генератора 10 тактовых импульсов, которая поступает

0 на второй вход блока .9 логического совпадения. Когда сигнал на первом входе блока 9 логического совпадения снижается ниже определенного уровня на входе блока появляют5 ся импульсы (фиг. 2е). Эти импульсы поступают на управляющий вход ..измерительного прибора 5, который в моменты появления импульсов зарегистрирует величину напряжения на

выходе усилителя 4 напряжения, равную величине поверхностного электрич.еского потенциала под i-м сигнальным электродом. Тот же импульс поступает на управляющий вход управляемого коммутатора 6, который подключит к выходу усилителя 4 напряжения следующий (I 1)-й электрод .матрицы 7 неподвижных сигнальных электродов. Далее процесс измерения повторяется до тех пор, пока не

будет измерен поверхностный электрический потенциал исследуемого слоя. Следует отметить, что точность измерения распределения поверхностного электрического потенциала полупроводникового слоя обусловлена числом п и площадью сигнальных электродов. - .

Использование матрицы неподвиж° 40 ных сигнальных электродов, переключаемых управляемым коммутатором, который управляется анализатором скорости изменения потенциала через блок логического совпадения, позво45 ляет быстро и без м&ханическдго пе-ремещения электродов относительно исследуемого полупроводникового слоя получать картину распределения поверхностного электрического потенциала . .

ffj 1 iHJl f

h- I - I , iMou i h I I И ill ш/ПруП

f7

ПОТ.

,/ 1 I i II « «11

, I IM I j и I i и IM M M ч 111 i 111111

.1 i/i Ji ij

I I I

- j y ff e 7 ff

/ /

/71

,

W

/ 2J 4 J ff 7 ff re 7 Фш.г

/y«r

v/rr

III

//УГ

C/f

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМКРКНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА НА ПОЛУПРОВОД НИКОВОМ СЛОЕ, содержащее держатель Образца с проводящей подложкой и последовательно соединенные интегратор заряда, усилитель напряжения и измерительный прибор, о т л и ч аю 1ц С- е с я тем, что, с целью уцеличения, быстродействии, в nerej допелнительяо введены анализатор скорости изменения потенциала, упpaBjiHeNUiiH. коммутато1, блок логического совпадения, ма-трцца неподвижных сигнальных электродов и 1енератор тактовых импульсов, цричем проводящая подложка ,:ля о