Способ измерения напряжения на фотополупроводниковом слое Советский патент 1983 года по МПК G03G13/00 G01R19/00 

Х///////Л

1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ НА (ЬОТОПО-ПУПРОВОДНИКОВОМ СЛОЕ, нанесенном на проводящую подложку, заключающийся в заряжении, экспонировании фотополупроводникового слоя, измерении тока, проходящего через подложку, и определении по градуиро-вочной вольт-амперной характеристике напряжения на слое, о т л и ч а loщ и и с я тем, что, с целью снижения погрешности измерения, перед заряжением проводящую подложку заземляют через ко1аденсатор, а фотополупроводниковый слой покрывают сверху диэлектрической пленкой, поверхность которой заряжают до постоянного потенциала, фотополупроводниковый слой экспонируют импульсами света, напряжение на конденсаторе в моменты достижения на нем установившегося значения напряжения и по даннмм этих измерений рассчитывают напряжение на фотополу- проводниковом слое по формуле . (.п)(СА5), огде потенциал поверхности диэлектрической пленки; i Unнапряжение па конденсаторе; емкость конденсатора; с:: (О удельная емкость диэлектрической пленки; S заряжаемая площадь. i4 Од 00

фих.

5 раз меньше, а интервал между импульсами в 3-5 раз больше длительности времени заряжения.

Известен способ измерения напряже НИН на фотополупроводниковом слое, нанесенном на проводящую подложку, заключающийся в заряжении, экспонировании фотополупроводникового слоя, измерении тока, проходящего через подложку, и определении по градуировочной вольт-амперной характеристике напряжения на слое С 1

Недостатком известного способа является то, что невозможность учест ошибки измерения потенциала, связанные с инерционностью самого процесса измерения тока, величина которого однозначно связана с его потенциалом лишь в стационарном режиме. При быстрых изменениях потенциала имеет место некоторое оставание тока и связанное с этим ухудшение точности измерений.

Пель изобретения - снижение по- грешчости измерения за счет устранения влияния инерционности заряжения на точность измерения.

Для достижения поставленной цели согласно способу измерения напряжения на фотополупровдниковом слое, нанесенном на проводящую подложку, заключающемуся в заряжении, экспонировании фотополупроводникового слоя, измерении тока, проходящего через подложку, и определении по градуировочной вольт-амперной характеристике напряжения на слое, перед заряжением проводяпою подложку заземляют чепез конденсатор, а фотополупроводниковый слой покрывают сверху диэлектрической пленкой, поверхность которой заряжают до постоянного почающийся тем, что емкость конденсатора выбирают на два порядка больше емкости диэлектрической пленки, отношение удельной емкости которой к удельной емкости фотополу,проводникового слоя лежит в пределах от О,I до 10 .

тенциала, фотополупроводниковый слой экспонируют импульсами света, измеряют напряжение на конденсаторе в моменты достижения на нем установивщегося значения напряжения и по данным этих измерений рассчитывают напряжение на фотополупроводниковом слое по формуле

иф,--ио-((),

де UQ - потенциал поверхности диэлектрической пленки; напряжение на конденсаторе; Cj - емкость конденсатора; Сд - удельная емкость диэлектрической пленки; S - заряжаемая площадь.

Длительность экспонирования вы- : бирают в 5 раз меньше, а интервал между импульсами в 3-5 раз больще длительности времени заряжения.

Емкость конденсатора выбирают на два порядка больще емкости дирлектрической пленки, отношение удельной емкости которой к удельной емкости фотополупроводникового слоя леяит в пределах от 0,1 до 10.

Потенциал фотополупроводникового слоя рассчитывают по величине заряда, который необходимо нанести в темноте на поверхность структуры диэлектрик - фотополупроводник - м€;тал для того, чтобы эта поверхность приобрела определенный потенциал задаваемый внешним зарядным устройством. Одна часть этого потенциала приходится на диэлектрический слой, другая на фотопо.г1упроводниковый. Падение напряжения на диэлектрическом слое известной емкости однозначно определяют величиной нанесенного на его поверхность заряда, который измеряк)т по падению напряжения на конденсаторе. Разность между потенциалом внешней поверхности и падением напряжения на диэлектрическом слое соответствует напряжению на фотополупровод.никовом слое. Освещение фотополупроводникового слоя импульсом света сни жает это напряжение, структура вновь подзаряжается до прежнего потенциала в темноте. При этом на внешней поверхности диэлектрического слоя накаштивается некоторый заряд, напряжение на нем увеличивается. Напряжение на фотополупроводниковом слое становится вновь равным указанной выше разнице. Поскольку измерение производят только после того, как структура диэлектрик - фотополупроводник - метал дозарядилась до заданного уровня потенциала, то инерционность процесса заряжения не сказывается на точности измерения. При реализации способа требуется выдержать ряд условий проведения измерений. Во-первых, необходимо выбрать толщину диэлектрической плен ки, которую накладывают на фотополупроводниковый слой. С одной стороны эта пленка не должна быть слишком толстой, иначе модуляция потенциала ее поверхности при разряжении фотополупроводникового слоя будет слиш сом мала. С. другой стороны, для слиш ком тонкой пленки начнут с тцественно сказываться на результаты измерения токи утечки через нее. Отношение удельной емкости диэлектрической пленки к удельной емкости фотополупроводкикового слоя должно лежать в пределах от 0,1 до 10. Во-вторых, на измерение не должно оказывать влияние напряжение на конденсаторе. Поэтому емкость С , конденсатора выбирают на два порядка больше, чем емкость всей заряжаемой поверхности фотополупроводникового слоя С/,. По скольку измерения проводят при установившемся значении потенциала структуры, то импульсы освещения выбирают достаточно короткими. Длитель ность импульсов освещения выбирают в 5 раз меньше, а интервал между ни в 3-5 раз больше длительности времен заряжения. Предлагаемый способ измерения ос бенно удобен при исследовании элект рофотографических и сенситометричес ких параметров многослойных электро графических материалов , в которых верхний диэлектрический слой входит в состав самой структуры. На фиг. 1 представлена схема реализации способа измерения напряжения на фотополупроводниковом слое; на фиг, 2 - циклограмма измерения; на фиг. 3 - схема реализации способа, вариант . На фиг. 1 обозначены пластины i и 2 с покрытием из радиоактивного плутония, электрод 3, фотополупроводниковый слой 4, диэлектрическая пленка 5, металлическая рамка 6, источник 7 высокого напряжения, измерительный конденсатор 8, усилитель 9 и регистратор 10. На фиг. 2 обозначены изменение напряжения на электроде (J , потенциал, поверхности диэлектрической пленки и , напряжение на диэлектрической пленке U , напряжение на измерительном конденсаторе Uj., напряжение на фотополупроводниковом слое и , ток импульсов синхронизации i., световой поток импульсов экспонирования F. Пример 1 . Измеряют падение напряжения на фотополупроьодниковом слое, аморфного селена, входящего в состав электрофотографического матег риала, содержащего слой селена 70 мкм, покрытый диэлектрическо11 лавсановой пленкой толщиной 40 мкм (уделы-гьте емкости 80 и 70 пФ/см соответственно) . Внешнюю поверхность диэлектрической пленки 4 заряжают до потенциала 2-4 кВ, задаваемого электродом 3 путем осаждения во внешнем поле зарядов, возникающем в промежутке под действием ионизации альфа-частицами, испускаемыми с пластин 1 и 2. Заряжаемая поверхность ограничена металлической рамой 6. Величину заряда, осажденного за время заряжения на поверхность диэлектрической пленки 5, р-егистрируют по напряжению на калиброванном измерительном конденсаторе 8. Напряжение с этого конденсатора через усилитель 9 крейта KAIIAK вводят в регистратор 10, в качестве которого используют оперативную память мини-ЭВМ СМ-3 . Заряжаемая площадь составляет до 10 см, емкость конденсатора 0,1 мк(). Длительность времени заряжения при расстоянии от электрода 3 до поверхности фотополу- проводникового слоя 4 2,5 см составляет 10-15 с. Длительность импульсов экспонирования составляет 2-3 с, интервал между импульсами 30-45 с.Световая энергия в импульсе 2-5 лкс.

Поверхность диэлектрической пленки S зарядном устройстве заряжают до потенциала 2 кВ с точностью более 1 % Напряжение на измерительном конденсаторе при -этом 14 В. Влияние напряжения на конденсаторе на точность измерения потенциала поверхности диэлектрической пленки снижает точность не более чем на 0,7%. Расчетное значение напряжения на фотополупроводниковом слое по окончании заряжения (перед первым импульсом экспонирования) составляет 935 В, Для полного разряжения фотополупроводникового слоя селена требовалось 10-15 импульсов экспонирования. Изменение напряжения на фотополупроводниковом слое после первого импульса составляло 250-350 В и постоянно уменьшалось с каждым новым импульсом в 1,5-2 раза Определение момента измерения (по нулевой первой производной), включение

импульса экспонирования, расчеты на

пряжения на фотополупровод1шковом слое и вывод результатов на АЦП, графопостроитель и другие внепшие приборы осуществлялось програм1Л)й, введенной, в ЭВМ СМ-3, через крейт КАМАК . В процессе измерения не производят никаких механических передвижений, весь процесс измерения полностью автоматизирован.

Пример2. В отличие от примера I диэлектрическую пленку накладывают не на поверхность слоя аморфного селена, а на электрод 3, как это, показано на фиг. 3. Параметры фотополупроводникового слоя и диэлектрической пленки те же. Поскольку эквивалентная схема измерения не -изменилась, емкость диэлектрического слоя оказалась последовательно включенной с зарядным устройством и емкостью фотополупроводникового слоя, то результаты и последовательность измерения не. изменились по сравнению с примером 1 . /

Фш.