Устройство для измерения параметров МДП-структур Советский патент 1985 года по МПК H01L21/66 G01R31/26 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть гфименено в электронной технике для измерения параметров МДП-структур и приборов на их основе.

Известно устройство для измерения параметров МДП-структур, содержащее измерительный генератор, питающий трансформаторный мостик, вторичная обмотка которого через калиброванную проводимость подключена к входу операционного усилителя, содержащего в петле обратной отрицательной связи селективный фильтр, а выход операционного усилителя через детектор соединен с индикаторным устройством lj .

Устройство позволяет проводить измерения полных проводимостей и емкостей НЦП-структуры, состоящих из компонент для различных ее областей: области пространственного заряда, границы полупроводник - диэлектрик,

окисла.

Недостатком такого устройства является ограниченная область его применения, так как оно не позволяет определять важные параметры областей МДП-структуры и, в частности, эффективное время жизни носителей заряда ((п в полупроводнике, скорость поверхностной генерации (рекомбинации) SQ и распределение плотности поверхностных состояний N (((,,) по ширине запрещенной зоны полупроводника.

Наиболее близким к предлагаемому по техническому решению является устройство для измерения параметров . МДП-структур, содержащее генератор высокой частоты, соединенный с затвором МДП-структуры, другой вывод которой подключен к измерительному резистору делителя, генератор пилообразного напряжения, выход которого подключен к затвору МДП-структуры и к первому входу регистратора, электронные блоки линейного широкополосного усиления, линейного детектирования и электронного дифференцирования, соединенные последовательно и включенные между выходом делителя и другим входом регистратора 2j.

Устройство позволяет проводить измерения некоторых параметров МДПструктуры, в частности профиля распределения концентрации носителей заряда в полупроводнике, а потом

методом сравнения полученных экспериментальных кривых, с зависимостями полученными на этом устройстве на МДП-структурах с известными параметрами, используемых в качестве эталонных, провести количественные определения. С помощью этого устройства возможно определение и других параметров МДП-структур, у которых существует зависимость между определяемым параметром и производной dC/dV.

Недостатком данного устройства для измерения параметров МДП-структур, у которых существует линейная зависимость между определяемым параметром и производной dC/dV (например профиль распределения примеси в полупроводнике), является необходимость иметь МДП-структуры с известными параметрами, определенными какими-либо другими методами. Погрешность определения параметров измеряемой МДП-структуры складывается из погрешности выбранного метода измерения параметров известной МДП-структуры и погрешнбсти сравнения экспериментальной кривой измеряемой МДП-структуры с кривой, полученной на структуре с известными параметрами.

Целью изобретения является повышение быстродействия и точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения параметров МДП-структур, содержащее генератор высокой частоты, выход которого подключен к шине для подключения затвора адп-структуры, выходу генератора пилообразного напряжения и nepiBOMy входу регистратора, исток МДП-структуры подключен к входу усилителя и первому выводу делителя, второй вывод которого соединен с общей шиной, выход усилителя подключен к входу детектора, дифференциатор, выход которого соединен с вторым входом регистратора, введены задатчик эталонных сигналов, коммутатор и дополнительный регистратор причем, выход детектора соединен с первым входом коммутатора, второй вход которого подключен к задатчику эталонных сигналов, первый выход коммутатора соединен с входом дифференциатора, а второй выход - с первым входом дополнительного регистратора, второй вход которого подклю чен к выходу генератора пилообразного напряжения. На чертеже изображена структурна схема устройства для измерения параметров МДП-структур. Устройство содержит генератор 1 пилообразного напряжения, генератор 2 высокой частоты измеряемую МДПструктуру 3, делитель 4, линейный ш рокополосный усилитель 5, линейный детектор 6, дополнительный регистра тор 7, задатчик 8 эталонных сигнало дифференциатор 9, регистратор 10, коммутатор 11. Устройство работает следующим об разом. В режиме работы коммутатора 11 Измерение генератор 1 задает на входы МДП-структуры 3, регистраторо 7 и 10 медленно меняю1цееся (пилообразное) напряжение. Регистраторы 7и 10, в качестве которых могут бы использованы, например, двухкоордин ные самописцы, используют это напря жение для создания развертки по соответствующей оси. Тестовьй сигнал с генератора 2 высокой частоты подается на затвор МДП-структуры. С делителя 4 напряжение усиливается широкополосным усилителем 5, детектируется линейным детектором 6. С выхода линейного детектора 6 напряжение, пропорциональное текущему значению емкости ВДП-структуры 3, поступает через коммутатор 11 на вход дифференциатора 9 и первого регистратора 7, вызывая развертку по соответствующей оси, регистратор 7 строит вольт-фарадную харак теристику МДП-структуры 3. С выхода дифференщ1атора 9 напряжение,, пропорциональное производной вольт-фарадной характеристики, поступает на вход второго регистратора 10 и фиксируется им по соответствующей оси. После записи вольт-фарадной кривой и ее производной коммутатор 11 переключают в режим Калибровка. 8этом режиме коммутатор 11 отключает выход линейного детектора 6 и подключает выход задатчика 8 эталон ных сигналов к входу первого регист ратора 7 и через дифференциатор 9 к входу второго регистратора 10. Задатчик 8 задает на входы регистратора 7 и дифференциатора 9 калиброванные сигналы в виде импульсного напряжения треугольной формы, длительность и амплитуда которых могут быть точно заданы. Дифференциатор 9 формирует на выходе по сигналу с задатчика 8 напряжение прямоугольной формы, которое поступает на регистратор 10. При этом амплитуда этого напряжения равна производной треугольного импульса, зарегистрированного ре гистратором 7. Амплитуда треугольного импульса пропорциональна значению емкости. Измеренное абсолютное значение производной dC/dV используют для расчета абсолютных значений распределения .плотности поверхностных состояний Ngg(() в выражении .-a{fT b) -поверхностный потенциал;-скорость диэлектрика в МДП-структуре, измеренная с помощью ре-о гистратора 7 С5 - теоретическая дифференциальная емкость области пространственного заряда С - измеренная дифференциальная емкость ДМПстрзт туры при приложении напряжения V} dCg/d g-,теоретически рассчи танная производная; dC /dV - измеренная производная. Измеренное абсолютное значение роизводной dC/dV позволяет дополни- ельно определить и другие параметы МДП-структуры; скорость поверхно- тной генерации 5 и эффективное ремя жизни из выражения l -|- -h t,) .f C4vi а основе зависимости в координатах oM77-t wr ( рассчитанная как ё°-- C,ooCoxNjj-t 6t гдеЯ dV/dt - скорость развертки ге нератора медленно меняющегося напряжения NJJ, щ - концентрация примеси собственных носителей заряда в полупроводни ке соответственно , В ,fо - диэлектрические пост янные полупроводника и вакуума соответственно}- измеренная с помощью регистратора 7 равновесная емкость МДП- структуры в области инверсии, а - абсолютное значение отрезка, отсекаемого на оси ординат при построении зависимости (3); ос - угол наклона зависимости (3) к оси абсцисс. Таким образом, введение задатчика эталонных сигналов, коммутатора, дополнительного регистратора позволяет количественно определять параметры МДП-структуры, у которых существует сложная зависимость от производной dC/dV (например, ), S и др.), а также другие параметры, у которых связь с dC/dV линейна, более точно и быстро вследствие отсутствия необходимости проведения дополнительных измерений на эталонных структурах, что существенно повышает точность и быстродействие устройства.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МДП-СТРУКТУР, содержащее генератор высокой частоты, выход которого подключен к шине для подключения затвора МДП-структуры, выходу генератора пилообразного напряжения и первому входу регистратора. исток ВДП-структуры подключен к входу усилителя и первому выводу делителя, второй вьшод которого соединен с общей шиной, выход усилителя подключен к входу детектора, дифференциатор, выход которого соединен с вторым входом регистратора, отличающее с-я тем, что, с целью повьш1ения быстродействия и точности измерения, в него введены задатчик эталонных сигналов, коммутатор и дополнительный регистратор, причем выход детектора соединен с первым входом коммутатора, второй вход которого подключен к задатчику эталонных сигналов, первый выход коммутатора соединен с входом дифференциатора, а второй выход - с первым входом дополнительного регистратора, второй вход которого подключен к выходу генератора пилообразного напряжения.