Устройство контроля времени жизни неосновных носителей зарядов в полупроводниках Советский патент 1983 года по МПК H01L21/66 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть испольаовано для измерения и контроля параметров полупроводмико вых материалов, а именно измерения времени жизни неЬсновнкш носителей зарядов (н.н.з.) в полупроводниках .в нестационарном режиме.

Известно устройство для измерения времени жизни н.н«9. в полупроводниках, содержащее генератор тока, генератор переключающих импульсов, подключенный к клемме для.подключения анода испытуемой полупроводниковой структуры, токосъемный элемент, вход которого подключен к клемме дЛя подключения катода испытуо ой структуры, а выход - к последовательно соединенным усилителю и блоку регистрации, и электронный ключ, вход которого .соединен с генераторе тока, выход -г с анодом испытуемой полупроводниковой структуры, а управляющий вход - с усилителем fl .

Недостатком данного устройства является необходимость измерения времени жИэни н.н.з. в поЛупроводниковых р-п-структурах, что требует специальйЬго технологического оборудования;для создания р-п-структур, Метод практически непригоден для

.промышленного контроля качества полупроводниковых, кристаллов, слитков. Точность определения времени жизни н,н.з, в устройстве низка, поскольку в качестве отсчетного устройства используется осциллограф, ,

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство, содержащее генератор импульсов, резистор, клеммы для подключенг1я исследуемой полупроводниковой структуры и осциллограф

Однако известное устройство характеризуется низкой точностью контроля времени жизни н,н,з,,что Обусловлено необходимостью визуального определения изменения амплитуды тестовог импульса при различных значениях времени задержки.

Цель изобретения - повышение точНОСТИ контроля,

Поставленная цель достигается тем, что в устройство контроля времени жизни неосновных носителей зарядов в полупроводниках, содержащее генератор импульсов, резистор и клем мы для подключения исследуемой структуры-, дополнительно введены блок формирования инжектйрукнцих импульсов, блок формирования опорного напряжения,второй резистор, конденсатор, масштабирующий преобразователь, операционный усилитель, два блока выборки и хранения и блок сравнения, при этом первый выход генератора .

импульсов соедине1|| с входом блока формирования инжейтируюоШх импульсо и входом блока фо Ьмирования опорног напряжения, выход которого соединен с первой клеммой д|(ля подключения исследуемой струкг уры через второй резистор и с nepBEJD входом операционного усилителя, второй вход которого соединен с I общей шиной, а выход - с второй клеммой для подключения исследуемой I структуры и первы1ми входами блоков I выборки и хранения, вторые вхсщыIкоторых соединены соответственно с Вторым и третьим выходами генера:тора импульсов, а вы}(,оды - с соответс1|вующими входами блока сравнения, Уыход которого соединен с первЕом |входом масштабирующего, преобразователя, второй вход которого соединен с выходом блока формирования опорного Напряжения, а выход через конденсатор с первьм входом операционного усилителя, соединеннь через первый резистор с выходом блока формирования инжектирующих импульссв.

На фиг , 1 приведена функциональная схема устройст|ва; на фиг,2 полные временные Диаграммы его рабоТЫ , I

Устройство содержит генераторе 1 импульсов, резистор 2, клеммы 3 и 4 для подключения исследуемой структуры, блок 5 формирования инл.ектирующих импульсов, блок 6 формирования опорного напряжения,второй резистор 7, конденсатор 8, масштабируюйдай преобразователь 9, операционный усилитель 10, два блока 11 и 12 выборки и хранения и блок 13 сравнения, при этом первый выход генератора 1- импульсов соединен с входом блока 5 формирования инжектирутодих импульсов и входом блока

6формирования опорного напряжения, выход которого соединен с первой клеммой 3 для подключения исследуемой структуры через второй резистор

7и с первым входрм операционного усилителя 10, второй вход которого соединен с общей 1ф1иой, а выход с второй клеммой 4 для.подключения исследуемой структуры и первыми входами блоков 11 ;и 12 выборки и хранения, вторые входы которых соединены соответственно с вторым и третьим выходами генератора 1 импульсов, а выходы - с соответствующими входами блока 13 сравнения, выход которого соединен с первым входом масштабирукяцего преобразователя 9, второй вход которого соединен с выходом б;;ока б формирования опорного напряжения, а выход через конденсатор 8 - с первым входом операционного усилителя 10, соединенным через первьи резистор 2 с выходсм блока 5 формирования инжектирующих импульсов. Устройство работает следующим образом. К клеммам 3 и 4 подключают иссле дуемую полупроводниковую структуру. Генератор 1 импульсов вьфабатыт вает последовательность импульсов . (фиг. 2а) , синхрониз 1рующую работу блока 5 формирования инжектирующих импульсов и блока б формирования опорного напряжения и управляющую работой первого и второго блоков 11 и 12 выборки и хранения (фиг.26) БЛОК 5 формирования инжектирующих импульсов через первый резистор , 2 сопротивлением R подает на вход операционного усили-геля 10 инжектирующие импульсы, полярность которых выбирается в зависимости от типа проводимости, исследуемой полупровод никовой структуры (для полупроводни ка п -типа - импульсы положительной полярности, - отрицательной) Во время действия инжектирующих импульсов выходное напряжение блока 6 формирования опорного напряжения (фиг. 2д) равно -нулю, в исслеДУемой полупроводниковой структуре, включенной в цепь отрицательной обратно связи операционного усилителя 10, вещается необходимый ток инжекции, значение которого в течение действи инжектирующего импульса остается неизменным независимо от уменьшения сопротивления структуры, вызванного инжекцней носителей зарядов. После окончания действия инжектирующего импульса происходит рекомбинация н.н.з.приводящая к увеличению сопротивления полупроводника. Увеличе ние сопротивления структуры в проце се рекомбинации происходит в первом приближении по экспоненциальному закону. Сопротивление полупроводниг ковой структуры RcTplt R,4Rjttb где R - неизменяющаяся во времени часть сопротивления (сойро тивление толщи образца, контактное переходное сопротивление) ; j( изменяющаяся по экспоиенциальному закону с постоян ной времени часть сопротивленйя структуры. Постоянная перехбднсяо процесса в измерительной цепи (процесса рекомбинации) характеризует время жизни н.н.з. в полупроводнике Сопротивление полупроводниковой структуры в операторной форме имеет вид., RI 4 Варсрг - -- ; . После окончания действия инжекЯР рующего импульса блок 6 формирования опорного напряжения через второй резистор 7 сопротивлением RQ подает на вход операционного усилителя 10 опорное напряжение Uo, а через масшта1бирующий преобразователь 9 с коэффициентом передачи к и конденсатор 8 емкостью Ср - напряжение кЦ.в результате суммирования этих напряжений изображение по Лапласу выхсдногб напряжения операционного усилителя 10 имеет вид (фиг. 2е) Ч UoRa 4 4-4-PCoR, U.Р(Р4) Р Rot UoR UpRz .. RO P KUoCflRZ y-7-tKUoCoR4- Переходя к оригиналам, получаем U,a)..f(.u,c.R.8(t).. ,c.я,Бtt).u,. Первый и второй блоки 11 и 12 выборки и хранения, управляемые импульсами с второго и третьего выходов генератора 1 импульсов (фиг.2 б, в), осуществляют измерение и запоминание мгновенных значений выходного напряжения операционного усилителя 10 в разные мсяиенты времени на определенных этапах рекомбинационного процесса. Блок 13 сравнения осуществляет сравнение выходных напряжений блоков 11 и 12 выборки и хранения (фиг. 2 ж,з), В случае неравенства этих напряжений выходной сигнал блока 13 сравнения (фиг,.- 2 и) , поступающий на управляющий вход масштабирующего преобразователя 9, изменяет коэффициент передачи К до тех пор, пока не сравняются выходные напряжения блоков 11 и 12 выборки и хранения, т.е. пока не будет скомпенсирована изменяющаяся по экспоненциальному закону (фиг. 2г) часть выходного напряжения операционного усилителя 10. Это происходит при XCpRi R, С t «; RoCo Измеряя любым известным способом амплитуду выходного напряжения масштабирующего преобразователя 9 «„ttbxu,. можно судить о значении С , т.е. |Време11и жизни н.н.з. в полупроводниках. При .наличии нескомпенсированной изменяющейся по экспоненциальному закону составляющей выходного напряжения операционного усилителя 10 выходные напряжения первого и второго блоков 11 и 12 выборки и хранения не равны между собой и напряжение на выходе блока 13 сравнения отлично от нуля. Выходное напряжение блока 13 сравнения, воздействуя на масштабирующий преобразователь 9, изменяет его коэффициент передачи до тех пор, пока не будет скомпенсирог вана изменякядаяся по экспоненциальному закону составлякяцая выходного напряжения операционного усилителя 10. Таким образом, пред(лагаемое устройство позволяет автоматизировать операцию контроля времени жизни н.н.з. и тем самым существенно повысить производительность труда при выполнении этой операции. При этом также повышается достоверность контроля в результате устранения смнибок субъективного характера, допуск &шх оператором при ос иллографических измерениях.

УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ВРЕМЕНИ ЖИЗНИ НЕОСНОВНЫХ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДОВ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ, содержащее генератор импульсов, резистор и клеммы для подключения исследуемой структуры, о т лич а ю щ еес я тем, что, с целью повьвоения точности контроля, оно снабжено блоком формирования инжектирующих импульсов, блоком формирования опорного напряжения, вторым резисторе, конденсаторсм, масштабирующим преобразователем, операционным усилителем, двумя блоками выборки и хранения и блоком сравнения, при этом первый выход генератора импульсов соединен с входом блока формирования инжектирующих импульсов и входом блока формирования опорного напряжения, выход которого соединен с первой клеммой для подключения исследуемой структуры через второй резистор и с первым входом операционного усилителя,второй вход которого соединен с общей шиной, а выход - с второй клеммой для подключения исследуемой структуры и первыми входами блоков выборки и хранения, вторые входы которых соединены соответственно с вторым и третьим выходами генератора импульсов, а выходы - с соответствующими входами блока сравнения, выход которого соединен с первым входом масштабирующего преобразователя, второй вход которого соединен с выходом блока формирования опорного напряжения, а выход через конденсатор - с первым входом операционного усилителя, соединенным через первый OD резистор с выходом блока формирова4; tc ния инжектирующих импульсов. 42