Устройство для исследования процессов релаксации емкости полупроводниковых диодов Советский патент 1985 года по МПК G01R31/26 H01L21/66 

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано на производстве для технологического контроля выпускаемых полупроводниковых приборов р-п-переходов, диодов Шоттки, МДП-структур и т.п., в науке - в полупроводниковом материаловедении, в исследовательских лабораториях и особенно эффективно в составе DLTS -спектрометров .

Цель изобретения - повышение быстродействия измерений емкостей полупроводниковых диодов путем уменьшения времени затухания собственных колебаний в измерительном контуре, возникающих после подачи импульса инжекции на исследуемый полупроводниковый диод, за счет отключения этого диода от измерительного контура на время подачи импульса инжекции и последующего шунтирования контура сопротивлением после повторного подключения диода к контуру после окончания импульса инжекции, для обеспечения минимального времени.затухания собственных колебаний в контуре.

На фиг. 1 представлена блок-схема поясняющая работу устройства для исследования процессов релаксации емкости полупроводниковых диодов; на фиг. 2 - временная диаграмма, по.ясняющая работу устройства; на фиг. 3 - пример выполнения блока упоавления

Предлагаемое устройство содержит измеритель 1 емкости, источник 2 отрицательного постоянного напряжения, две клеммы 3 .и 4 для подключения исследуемого полупроводникового диода, первая клемма 3 для подключения которого соединена с первым вхо. дом блока 5 коммутации, второй вход которого подключен к источнику 6 положительного постоянного напряжения, а третий и четвертый входы блока 5 коммутации соединены соответ ственно с первым и вторым выходами блока 7 управления. Блок 5 коммутации выполнен в виде трех электронных ключей8-10 и резистора 11. Причем первый вход блока 5 коммутации соединен с первь1ми выводами первого 8 и второго 9 электронных ключей, в торой вывод первого электронного ключа В соединен с выходом блока 5 коммутации и через последовательно соединенные резистор 11 и третий электронный ключ 10 подключен к общей шине. Второй вывод второго электронного- ключа 9 соединен с вторым входом блока 5 коммутации, третий вход которого соединен с управляющими входами соответственно первого 8, второго 9 и третьего 10 электронного ключей. Выход блока 5 коммутации соединен с первым входом измерителя 1 емкости,

второй вход которого подключен к выходу источника 2 отрицательного постоянного напряжения.

Измеритель 1 емкости выполнен в виде измерительного контура 12 и 2Тмоста 13, вход которого соединен с выходом измерительного контура 12, первый вход которого соединен с первым входом измерителя 1 емкости, а второй вход измерительного контура

12 соединен с вторым входом измерителя 1 емкости. При этом измерительный контур 12 выполнен в виде переменного измерительного конденсатора 14, параллельно которому подключены

последовательно соединенные индуктивность 15 и конденсатор 16, точка соединения которых подключена к второму входу измерительного контура 1, а точка соединения конденсаторов 14

и 16 контура подключена к общей шине, с которой также соединена вторая клемма 4 для подключения исследуе- мого диода.

Блок 7 управления (фиг.З) выполнен

в виде трех 17-19 генераторов. Первый выход первого генератора 17 соединен с входами второго 18 и третьего 19 генераторов. Выхрды первого 17, второго 18 и третьего 19 генера-.

торов соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами блока 7 управления. Три одинаковых генератора импульсных сигналов, например, типа Г5-72, засинхронизированы между

собой. Импульсы синхронизации первого генератора, который работает в автоматическом режиме, управляют работой второго и третьего генераторов. Так как в каждом из генераторов

имеются встроенные блоки регулируемой задержки, то это позволяет реализовать последовательность импульсов Управления ключами 8-10 блока коммутации.

Устройство работает следующим образом.

Испытуемый диод подключают к соответствую1цим клеммам 3 и 4 для под3ключения исследуемого полупроводникового диода. Работа моста в динамическом режиме осуществляется коммутацией ключей в соответствии с временными диаграммами (фиг. 2) к происходит следующим образом. Размы канием ключа 8 исследуемый полупроводниковый прибор отключается от 2Т-моста 13. При этом конденсаторы 14 и 16 остаются под тем же постоян ным потенциалом U , но по высокой чатоте баланс моста нарушается. Через время Т замыкается ключ 8 и на исследуемый полупроводниковый прибор в течение времени подается постоянное положительное напряжение U2 t т.е. импульс инжекции, который заполняют соответствующие глубокие уровни электронами или дырками. Это приводит к изменению зарядового сос тояния этих уровней и, как следстви к изменению величины емкости исследуемого образца. Затем ключ 9 размы кается и через время Т опять замыкается ключ 8. Наличие ключей В и 9 позволяет обойтись без запирания (на время подачи импульса инжекции) усилителя, стоящего на выходе 2Тмоста (не показано). Одновременно с замыканием ключа 8 замыкается клю 10, подключающий на время Т резистор 11 соответствующей величины к контуру LC (15,14). В результате до ротность контура резко падает и амплитуда собственных колебаний, возникших в нем вследствие перепада напряжений на емкостях исследуемого диода и конденсатора 14 после окончания импульса инжекции, успевает настолько уменьшиться за время Tj, что становится возможньм наблюдени релаксации исследуемой емкости. Теоретический расчет показывает, что при работе предлагаемого измерителя на частоте 28 МГц (как и у известного устройства) и при наличии высокодобротной катушки индуктивности L i 0,1 мкГн можно было бы исследовать полупроводниковые приборы С 100 пФ с минимальной длительность процесса релаксации емкости 3,6,10 с уже через время Тз 3,6. с приблизительно такой же точностью, как и у известного устройства. Однако практическая реализация электронных ключей, способных обеспечить такое быстродействие 84 4 представляет собой очень сложную техническую задачу. Тем не менее, используя принципы, изложенные при описании предлагаемого устройства, можно исследовать более.быстрые, чем у известного устройства, процессы релаксации емкости полупроводниковых приборов и через значительно более короткие промежутки времени после окончания импульса инжекции. Для проверки работы измерителя в динамическом режиме в качестве ключей 8-10 использовались герконовые реле типа РЭС 55Б, РС4, 569.630. На выходе 2Т-моста 13 применялся специально разработанный высокочастотный усилитель, собранный на полевых транзисторах КП-350Б чувствительт ностью 420 нВ (4,21СГ В), ширина полосы которого на частоте 1ОМГц была ЮОкГц. Импульсы управления ключами 8-10 подавались, с частотой 40 Гц от трех синхронизированных импульсных генераторов типа Г5-48 или же специально разработанного счетчика на триггерах. При зтом были получены следующие результаты: минимальная длительность импульсов инжекции, которую удалось получить посредством герконовьпс реле, была порядка 60 МКС (б-ЮЛ:), а минимальный фронт сигнала релаксации емкости оказался равным 10 МКС. Здесь следует отметить два обстоятельства: 1-быстродействие Измерителя, в случае применения системы ключей 8-10 и предложенного способа их коммутации, определяется лишь параметрами элементов, входящих в схему 2Т-моста и не зависит, от параметров исследуемого полупроводникового прибора; 2 - возможно, что даже герконовые реле мо- , гут обеспечить более быстрый, чем 10 МКС, спад сигнала релаксации емкости, так как полученное значение времени релаксации определяется не столько параметрами реле, сколько шириной полосы пропускания ВЧ-усилителя (100 кГц), стоящего на выходе измерителя емкости. Однако формирование ключами на основе герконовых реле импульсов инжекции с длительностями порядка 1 МКС и ниже не представляется реальным. Здесь необходимо использовать только быстродействукщие электронные ключи.

«

«м

N

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ РЕЛАКСАЦИИ ЕМКОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ, содержащее измеритель емкости, источник отрицательного постоянного напряжения, две клеммы для подключения исследуемого диода, первая клемма для подключения которого соединена с первым входом блока коммутации, второй вход которого подключен к выходу источника положительного постоянного напряжения, а третий и четвертый входы блока коммутации соединены соответственно с первым и вторым выходами блока управления, отлич ающе е с я тем, что, с целью повьшения быстродействия измерений, блок коммутации вьтолиен в виде трех электронных ключей и резистора, причем первый вход блока коммутации соединен с первыми выводами первого и второго электронных ключей, второй вывод первого электронного ключа соединен соответствен- но с выходом блока коммутации и через последовательно соединенные резистор и третий электронный ключ подключен к общей шине, второй вывод второго электронного ключа соединен с вторым входом блока коммутации, пятый вход которого подключен к третьему выходу блока управления, а третий, четвертыйи пятый входы блока коммутации соединены соответственно с управляющими входами первого, второго и третьего ключей, выход блока коммутации соединен с первым входом измерителя емкости, второй вход котоV) рого подключен к выходу источника отрицательного постоянного напряжения, при этом измеритель емкости выполнен в виде измерительного контура § и 2Т-моста, вход которого соединен с выходом измерительного контура, первый вход которого соединен с первьм CD О) входом измерителя емкости, а второй вход измерительного контура соединен с вторым входом измерителя емкости, при этом измерительный кон00 4 тур выполнен в виде переменного конденсатора, параллельно которому подключены последовательно соединеншле нидуктивность и конденсатор точка соединения которых подключена к второму входу измерительного контура, а точка соединения конденсаторов контура подключена к общей шине, с которой также соединена вторая клемма для подключения исследуемого диода.

4

г

431 t

N

и