Устройство для измерения подпороговых сток-затворных вольтамперных характеристик МДП-транзистора Советский патент 1993 года по МПК H01L21/66 

инвентирующим входом дифференциального усилителя, выход которого предназначен для подключения к затвору МДП- транзистора и служит первым информационным выходом, а инвертирующий вход дифференциального усилителя соединен с первой шиной первого источника тока, вторая шина которого предназначена для под- ключения к источнику м подложке МДП-транзистора, согласно изобретению, в качестве одного из источников питания использован генератор линейного изменяющегося напряжения, выход которого подключен к эмиттеру одного и базе другого диода и к неинвертирующему входу второго дифференциального усилителя, база одного или эмиттер другого диода подключены к герконовому переключателю, инвертирующий вход второго дифференциального усилителя подключен к выходу электрометрического усилителя и инвертирующему входу первого дифференциального усилителя, а выход второго дифференциального усилителя слижут вторым информационным выходом.

На фиг. 1 представлено устройство-прототип; на фиг. 2 - предлагаемое устройство; на фиг, 3 - представлены подпороговые ВАХ МДП-транзистора измеренные на прототипе и предлагаемом устройствах; на фиг. 4 - спектры поверхностных состояний, полученные на основе этих характеристик.

Общим для этих устройств является следующее: вход электрометрического усилителя 1 и первая клемма герконового переключателя 2 соединены в общей точке, предназначенной для подключения к стоку МДП-транзистора, выход электрометрического усилителя 1 соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилителя 4, выход которого предназначен для подключения к затвору МДП-транзистора 3, инвертирующий вход дифференциального усилителя 4 соединен с первой шиной первого источника 5, вторая шина которого предназначена для подключения к истоку и .подложке МДП-транзистора 3. В прототип- ном устройстве вторые клеммы герконовых переключателей 2 соединены с первыми выводами резисторов 6, вторые выводы которых соединены вместе и подключены к шине питания второго источника 7, вторая шина которого соединена с второй шиной первого источника 5. В предлагаемом устройстве вторая клемма герконового переключателя 2 подключена к базе или эмиттеру другого диода в составе дополнительной пары встречно-параллельно включенных диодов 8, эмиттер одного и база другого диода соединены с неинвертирующим входом второго дифференциального усилителя 9 и подключены к выходу генератора линейного измеряющегося напряжения 10, инвертирующий вход второго

дифференциального усилителя 9 соединен с выходом электрометрического усилителя 1 и неинвертирующим входом первого дифференциального усилителя 4, выход второго дифференциального усилителя 9 служит

вторым информационным выходом,

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Сущность изобретения заключается в том, что ток стока измеряемого МДП-транзистора 3 задается с помощью

диода 8 изменением его напряжения прямого смещения. Цепь обратной связи сток транзистора 3-электрометрический усилитель 1-дифференциальный усилитель 4-за- твор транзистора 3 устанавливает на стоке

напряжение, близкое по величине к напряжению источника питания 5. Следовательно, генератор 10 изменяет напряжение смещения диода 8 Ug и соответственно ток через него. Электрометрический усилитель

) имеет большое входное сопротивление, и ток через диод 8 равен току стока транзистора 3 1С. Тогда: lc loexp(),

где 10 ток насыщения, . 9 заряд

электрона, R - константа Больцмана, Т - температура.

Цепь обратной связи автоматически ус- танавливает на затворе измеряемого МДП-транзистора напряжение Из, обеспечивающее протекание через транзистор задаваемого тока стока. Устройство имеет два информативных выхода: 1) напряжение затвора; 2) напряжение смещения диода. Экс- периментальную подпороговую ВАХ можно регистрировать в непрерывной форме на двухкоординатном самописце или на ЭВМ.. В последнем случае характеристика обрабатывается с целью оценки электрофизиче- ских параметров структуры полупроводник- диэлектрик: энергетического распределения плотности поверхностных состояний на границе раздела полупроводник-диэлектрик, заряда подзатворного диэлектрика и подвижности носителей заряда в приграничной области полупроводника. Время измерения подпороговой ВАХ определяется скоростью развёртки напряжения генератора, Пример реализации устройства.

С помощью предлагаемого устройства и его прототипа были измерены подпороговые ВАХ МДП-транзистора типа КП301Б (фиг. 5). Обнаружено, что в области малых напряжений затвора МДП-транзистора эти

характеристики практически совпадают друг с другом, Различие подпороговых ВАХ, по-лученных с помощью прототипно- го и предлагаемого устройств, наблюдалось в области больших напряжений затвора. При этом расходимость характеристик зависела от величины напряжения затвора. Дело в том, что в прототипном устройстве задаваемый с помощью резисторов ток

lc(En-Uo-U3/K)/Ri,(2) где Еп - напряжение источника питания 5, Uo - опорное напряжение, К - коэффициент усиления дифференциального усилителя. Ri - сопротивление резистора, Из выражения (2) следует, что точность подачи тока зависит от погрешности сопротивления (до 10%) и от величины напряжения затвора. Для В, В, В и последнее дает 10%. Тогда точность подачи тока в прототипном устройстве может быть от 10 до 20%.

В предлагаемом устройстве ток через диод контролируется изменением напряжения прямого смещения. Точность подачи тока определяется калибровкой диода и составляет 10%, т.е. меньше, чем в прототипе.

Кроме того, на основе измеренных ВАХ оценивались электрофизические параметры: спектр поверхностных состояний (фиг. 4) и заряда подзатворного диэлектрика. Точность определения положения максимума плотности поверхностных состояний для прототипа и предлагаемого устройства составляла соответственно 0,06 (16,5%) и 0,02 эВ (5,5%). Повышение точности обусловлено увеличением числа точек характеристики соответственно распределению плотности.

С помощью машинной обработки (апп- роксимация с последующей экстраполяцией) подпороговой ВАХ получены значения заряда диэлектрика: (10+3) и (8+1)10 Кл соответственно для прототипа и предлагаемого устройств. Последнее число более точно, поскольку обработка характеристик проводилась соответственно по 5 и

50 экспериментальным точкам. Таким образом, точность измерения и обработки под- пороговых ВАХ предлагаемого устройства выше, чем у прототипа.

Формула изобретения Устройство для измерения подпороговых сток-затворных вольтамперных характеристик МДП-транзистора, содержащее два источника питания, электрометрический и дифференциальный усилители, гер- коновый переключатель, причем вход электрометрического усилителя и общая клемма герконового переключателя соединены в общей точке, предназначенной для подключения к стоку исследуемого МДП- транзистора, выход электрометрического усилителя соединён с неинвертирующим входом дифференциального усилителя, выход которого предназначен для подключения к затвору МДП-транзистора и служит первым информационным выходом, а инвертирующий вход дифференциального усилителя соединен с первой шиной первого источника тока, вторая шина которого предназначена для подключения к источнику и подложке МДП-транзистора, отличающееся тем, что, с целью обработки подпороговых вольтамперных характеристик, оно дополнительно содержит два встречно-параллельно включенных диода и второй дифференциальный усилитель, а в качестве одного из источников питания использован генератор линейного изменяющегося напряжения, выход которого подключен к эмиттеру одного и базе другого диода и к неинвертирующему входу второго дифференциального усилителя, база одного или эмиттер другого диода подключены к герконовому переключателю, инвертирующий вход второго дифференциального усилителя подключен к выходу электрометрического усилителя и неинвертирующёму входу первого дифференциального усилителя, а выход второго дифференциального усилителя служит вторым информационным выходом.

Фиг.г

w

fy

-se

/iflC , ,& C

-з&

- &.,&

t/ .