Устройство для спектроскопии переходных процессов глубокого уровня Советский патент 1988 года по МПК G01R31/26 

Изобретение относится к способу определения состояния заряженной энергии полупроводниковых или изоляционных материалов при помощи спектроско- - ПИИ переходных процессов глубокого уровня,, широко известному как метод DLTS.

Цель изобретения - расширение диапазона спектроскопии переходных про- ю цессов.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства для спектроскопии переходных процессов глубокого уровня; на фиг. 2 - схема выполнения отдельных 15 блоков; на фиг. 3 - временная диаграмма сигналов и импульсов, используемых согласно изобретению.

Устройство (фиг. 1 и 2) содержит блок 1 для подключения исследуемой 20 структуры, вьтолненный в виде высокочастотного генератора 2, подключенного к первичной обмотке согласукщего трансформатора 3, вторичная обмотка которого одним выводом подключена 25 к клемме 4 для подключения исследуемой структуры, а другим выводом - к первому выводу переменного конденсатора 5, второй вывод которого и вторая клемма 6 для подключения ис- ЗО следуемой структуры подключена к выходу блока 1 для подключения иссле дуемой структуры, третий вывод вторичной обмотки согласующего транс™ форматора 3 подключен через переключатель 7 к управлякнщему входу блока 1 . для подключения исследуемой структу- ры, вентильную схему 8, выполненную в виде последовательно соединенного управляемого переключателя 9 и селективного усилителя 10, вход которого соединен с входом вентильной схемы 8, а выход селективного усилителя 10 соединен с выходом вент ильной схемы & и с входом регистрирующего блока 11, а управляющий вход переключателя вентильной схемы 8 подключен к выходу сигнала управления вентильной схемой блока 12 управления, выход регист- рирукяцего блока 11 через логический элемент 13 передачи подключен к входу 50 синхронного детектора 14, выход сигнала управления элементом 13 блока 12 управления подключен к управляющему входу логического элемента 13 передачи, вход блока 12 управления подсое- 55 динен к выходу тактового генератора 15, задающий выход сигнала управлегния блоком 16 возбуждения блока 12 управ35

40

45

5

0 5 О 0 5

5

0

5

ления через блок 16. возбуждения подключен к управляющему входу блока 1 для подключения исследуемой структуры, делитель 17 частоты, выход которого подключен к второму входу синхронного детектора 14, а вход делителя 17 частоты подключен к выходу сигнала управления синхронным детектором 14 блока 12 управления, блок 16 возбуждения выполнен в виде генератора 18 импульсов с частотой следования импульсов, равной половине управляющей частоты задающего сигнала управления блоком 16 возбуждения, а блок 12 управления имеет дополнительный выход сигнала управления блоком 16 возб5гждения, подключенный ij второму входу генератора 18 импульсов.

.Блок 16 возбуждения содержит второй генератор 19 импульсов, первый вход которого подключен к дополнительному выходу сигнала управления блоком 16 возбуждения блока 12 управления, а второй вход генератора 19 импульсов подключен k выходу задакяцего сигнала управления блоком 16 возбуждения блока 12 управления.

На фиг, 3 показана пара регионов I и II.

Импульсы, показанные между моментами to и t ДО.ПЖНЫ повторяться после момента t .

В момент t.,, который обозначает начало региона.II, генерируются те же импульсы, что и в момент t,, в регионе I. Таким образом, момент t;, соответствует моменту tp-. Соответственно в регионе II имеются следующие им- ,пульсы: управляющий импульс Р., возбуждающий импульс Р, запускаемый управляющим импульсом, изолируннций импульс Р| , импульсы Ру, управляющие логическим элементом 13 передачи. В ответ на эти импульсы срабатывание образца выдает сигнал Sg срабатывания, который управляет входом синхронного детектора 14. Возбуждающий импульс Р л оканчивается в момент t и его продолжительность равна Т . Вслед за ним идет мертвый период Т|,, который оканчивается в момент tg. Импульс Р длится в течение объединенных периодов Т управляющего импульса Р, и мертвого периода Тц, т.е. до момента tg. Синхронизирующий импульс Рц синхронного детектора 14 начинается в момент t g и имеет период 2Тр.

Таким образом, в регионе II происходит меньше явлений, чем в регионе Существенная функциональная разница заключается .в том, что в момент начинается действие второго типа управляющего импульса Pj,T , когда с момента начала возбуждающего импульса Р„ проишо время,-приблизительно равное Тр, и второй управляющий импульс имеет продолжительность Т„. Генерирование второго управляющего импульса Pj. связано с генерированием соответствующего изолирующего импульса Pj, импульса РТГШ управления исследуемой структурой и второго воз- буждакяцего импульса Р т , отличающегося по продолжительности и/или интенсивности от первого возбуждающего импульса PQ.

Для точной синхронизации должны существовать следующие условия. Второй возбуждающий импульс Pnin оканчиТвается в момент t ,, импульс P-|-rw

должен закончиться в момейт t торый возникает за моментом t

11 11

ко- когда истечет мертвый период Тц, а мо мент t должен, совпасть со средним фронтом синхронизирующего импульса Pj, начинающегося в момент tg и имеющего период 2Тр, Продолжительность Т, им пульса РГГР определяется из уравне

ния Т.

тт

т +т

н

где Т

9т

- продолжительность возбуждающего импульса вто- ;. рого типа Начальный момент второго возбзгаоданпцего импульса должен быть установлен так, чтобы предшествовать моменту t , Который имеет фиксированную фазу, на сумму продолжительностей мертвого периода TH и импульса Т п.

В регионе II возбуждающие импульсы первого и второго типа Р и , генерируются периодически с соответствующими периодами ZTp так, что их относительная фаза остается постоянной.

- - . - f f

Boзб ждaющиe импульсы второго типа отличаются по Интенсивности и/или продолжительности от возбуждающих и пульсов первого типа Ре и на примере, проиллюстрированном на фиг.З, их интенсивность Im меньше, а их продолжительность короче, чем соответствующие параметры возбуждающих импульсов первого типа Ра., Отсюда следует, что второй сигнал Sj срабатывания меньше первого.

В регионе II сигналы Sp и Sp срабатывания попеременно повторяются. Синхронный детектор 14 работает так же, как и в регионе I. Следовательно, весовое усреднение происходит так, как описано в отношении региона I. Переходные процессы переключения вновь нейтрализуют друг друга, что дает уже описанные преимущества. Благодаря присутствию возбуждакнцих им

пульсов второго типа Р,

Sm

физическое

значение выхода синхронного детектора 14 теперь иное.

Обработка сигналов переходных процессов срабатьгаания получается за счет двух типов нагрузки, где эти сигналы интегрируются и умножаются на синхронизирукяций импульс Рц в ка- честве взвешенной функции, дает те же возможности измерений, что и широко известный способ DLTS с двойной корреляцией или DDLTS.

Устройство работает следующим об- разом.

Соответствующие сигналы срабаты- вания запускаются двумя типами возбуждающих импульсов и взвешиваются с противоположными знаками, что дает возможность определения пространственного распределения концентраций глубокого уровня, если продолжительность обоих типов возбуждающих импульсов Pq и установлена равной, а Jtx относительная интенсивность меняется.

Блок 16 возбуждения обеспечивает импульсное -возбуждение образца в блое 1 для подключения исследуемой структуры в соответствии с управляюими командами, вьщаваемыми блоком 12 управления, вьшолненным с возможностью управления и синхронизации работы различных блоков устройства. Тактовый генератор 15 используется для выдачи различных тактовых импульсов на блок 12.

; Вентильная схема 8 выполнена с возможностью изолирования выхода от 50 входа блока 1 на продолжение перио- : да Tfl возбзгасдения и на небольшой пе- риод задержки в несколько наносекунд вслед за возбуждением. Это может быть сделано, например, посредством за- 55 i земпения входа блока 1 и отсоединением выходной линии блока 1. Вентильг ная схема 8 имеет управляющий вход, соединенный с выходом блока 12 уп

равления для получения от него изолирующих импульсов Р, .

Блок 16 возбуждения содержит первый и второй генераторы 18 и 19 импульсов. Первый генератор 18 импульсов имеет первый вход соединенный с выходом блока 12/управления для получения управляющих импульсов Pj, показанных на фиг. 3. Первый генератор 18 имеет второй запрещающий вход соединенный с выходом блока 12 управления Для получения блокирукяцих импульсов . Во время наличия блокирующих импульсов Рц первый генера- тор импульсов не может генерировать импульсы.

Второй генератор 19 импульсов выполнен с возможностью водавать воз буяздающие импульсы второго типа Pd в режиме работы, соответствующем региону II. Второй генератор 19 импульсов имеет управлякиций вход, соединенный с выходом блока 12 управ ления для получения управляющих импульсов второго типа V ,

Задающее средство (не показано) обеспечивает соответствующую установку параметров блока управления, т.е. работу в I и II режимах (регион I или II) включая установку частоты тактирования и продолжительность возбуждающих импульсов.

Если сравнить предлагаемое устройство, показанное на фйг.1, с известным, используемым для осуществления метода DDLTS, его простота очевидна. Многократная обработка сигналов и многократно повторяемые аналоговые опера1щи,. используемые в таких известных устройствах, снижают отношение сигнал/шум, а также чувствительность, чт о не имеет место в предлагаемом устройстве. Предлагаемое устройство способно определять измене- тя переходных процессов ейкости всего в 10 пФ.

Формула изобретения

1. Устройство для спектроскопии переходных процессов глубокого уровня, содержащее блок для подключения исследуемой структуры, выполненный в виде высокочастотного генератора, подключенного к первичной обмртке согласукнцего трансформатора, вторичная обмотка Лоторого .одним выводо1 подключена к клемме для подключения

5

-,

исследуемой структуры, а другим выводом - к первому выводу переменного конденсатора, второй вывод которого и вторая клемма для подключения исследуемой структуры, подключены к выходу блока для подключения исследуемой структуры, третий вьшод вторичной обмотки согласующего трансQ форматора подключен через переключатель к управляющему входу блока для подключения исследуемой структуры, вентильную схему, вьшолненную в виде последовательно соединенного управляемого переключателя и селективного усилителя, вход которого соединен с входом вентильной схемы, а выход селективного усилителя соединен с выходом вентильной схемы и с

п входом, регистрирующего блока, а управляющий вход переключателя вентильной схемы подключен к выходу сигнала управления вентильной схемой блока управления, вьжод регистрирующего блока через логический злемент передачи подключен к входу синхронного детектора, выход сигнала управления логическим элементом блока управления подключен к управляющему входу логического зле- мента передачи, вход блока управления подсоединен к выходу тактового гене- ратора, задающий выход сигнала управления блоком возбуждения блока управления через блок возбуждения подключен к управлякщему входу блока для

5 подключения исследуемой структуры, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона спектроскопии переходных процессов, оно снабжено делителем частоты, блок воз0 буждения выпрлнен в виде генератора импульсов с частотой следования импульсов, равной половине управлянлцей частоты задакнцего сигнала управления блоком возбу7кяеч я, а блок уцравле- ния снабжен дополнительным выходом сигнала управления блоком возбуждения, подключенным к второму входу «генератора импульсов, выход делителя частоты подключен к второму входу

0 синхронного детектора, а вход делителя частоты подключен к выходу сигнала управления синхронным детектором блока управления.

0

5

55 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок возбуждения содержит второй генератор импульсов, первый вход которого подключей к дополнительному выходу сиг- генератора импульсов подключен к вы- нала управления блоком возбуждения ходу задающего сигнала управления ,блокя управления, а второй вход блоком возбуждения блока управления.

Изобрвтение относится к электронной- технике. Устройство для спектроскопии переходных процессов глубокого уровня содержит блок для подключения исследуемой структуры, выполненный в виде высокочастотного генератора 2, согласующий трансформатор 3, переменньй конденсатор 5, переключатель 7, вентильную схему, включающую управляемый переключатель 9 и селективный усилитель 10, регистрирующий блок, блок управления, логический элемент передачи, синхронный детектор 14, тактовый генератор, блок возбуждения, делитель частоты. В описании изобретения приведены электрические схемы различного выполнения блока возбуждения. Устройство имеет расширенный диапазон спектроскопии переходных процессов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. ш 4 Од СП