Устройство для исследования параметров локализованных состояний в полупроводниковых структурах Советский патент 1993 года по МПК G01R31/26 

Изобретение относится к электронной технике, предназначено для измерения и контроля электрофизических параметров полупроводниковых структур (р-п-перехо- дов, барьеров Шоттки, МДП-структур и т.п.). Оно может быть использовано для контроля качества полупроводниковых структур в производстве интегральных схем.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

На чертеже приведена структурная схема заявляемого устройства.

Оно содержит клеммы 1 для подключения исследуемой структуры, разделительный конденсатор 2, включенный между клеммами 1 через управляемый выключатель 3 и разделительный конденсатор 5 в колебательный контур автогенератора 4, с выхода которого заведена обратная связь через блоки первого ФДЧ 7 и первого УВХ9 на варикап 6 и обратная связь через блоки

второго ФДЧ8 и второго УВХ 10 на исследуемую структуру. Напряжение смещения на структуре измеряется вольтметром 11. Блоки УВХ 9, 10, а также управляемый ключ 3 коммутируются устройством управления 12. Устройство работает следующим образом. Управляющее устройство 12 обеспечивает два режима работы заявляемому устройству: режим стабилизации частоты собственных колебаний автогенератора и режим стабилизации емкости образца. В режиме стабилизации частоты сигналы управляющего устройства таковы, что УВХ 9 находится в состоянии выборки, УВХ 10 - в состоянии хранения, выключатель 3 разомкнут. Частота автогенератора f подстраивается блоком 7 к частоте fort опорного генератора блока 7, УВХ 9 передает выходной сигнал блока 7 на взрикап 6 и f

. fori, где LO - индуктивность контура,

VLOWO

(Л

С

00

ю ел

Сл

О

Co-Co+Ce,+Cn. CS-емкбсть контура, Св- емкость варикапа, Сп - паразитные емкости (емкости кабелей, монтажа, входная емкость автогенератора и т.д.).

В режиме стабилизации емкости образца сигналы с устройства управления переводят УВХ9 в состояние хранения, УВХ10 - в состояние выборки, выключатель 3 - в замкнутое состояние. Частоты автогенератора f подстраивается блоком 10 к частоте опорного генератора for2 блока 8, т.е. f f0r2

f- v,r

1

VU (C0 + C.4)

(D

где С4 - емкость образца, устанавливаемая блоком 8 на таком уровне, чтобы выполнялось равенство (1). Напряжение на выходе УВХ 9 постоянно и не зависит от выходного сигнала блока 7.

Пусть в режиме стабилизации емкости образца произошел дрейф частоты Af, вызванный температурно-временным дрейфом паразитной емкости Сп:

f + Af

1

VL0 (Co + C4j + Д Сп

Тогда напряжение на выходе блока 7 изменится на такую величину Ли, которая обеспечит изменение емкости образца на ЛС4 АСп, таким образом, чтобы частоты for2 и f снова сравнялись.. В результате вольтметр фиксирует напряжение U.. U4 1 +AU, где U4- напряжение, необходимое для стабилизации емкости образца на уровне Oi, Ли - ошибка в измеряемом напряжении, связанная с температурно-временны- ми изменениями паразитной емкости Сп.

После переключения системы в режим стабилизации частоты частота автогенератора f путем изменения блоком 7 емкости варикапа изменяется и становится равной

forf

f VL0(Co +ДСП -AClj Or1 VUCo. АСб АСп

т.е. изменение емкости варикапа полностью компенсирует дрейфовое изменение емкости АСп.

При переходе в режим стабилизации емкости образца напряжение на варикапе запоминается УВХ, следовательно, и в этом режиме А Са АСп, тогда

f. , „, . А J А«.«. 1 VLo(Co + С4) + Д Сп --,АСв .

1

VLo(Co + С4)

-fort.

Таким образом, напряжение, фиксируе- мое вольтметром, вновь возвращается к первоначальному значению . а составляющая AU в измеряемом напряжении, необходимая для компенсации температур- но-временных изменений паразитной емко- сти А Сп, становится равной нулю.

В течение периода режима стабилизации частоты напряжение на образце постоянно и не, зависит от колебаний емкости

образца, однако путем соответствующего расчета блока 8 это время может быть сделано много меньше характерного времени изменений этой емкости под влиянием заданных температурных или полевых воздействий, поэтому ошибка в измерениях, которая возникает из-за наличия промежутка времени, когда емкость не Стабилизируется, может быть сделана достаточно малой. Итак, ошибка в определении напряжения стабилизирующего емкость образца, по которому в дальнейшем рассчитываются параметры границы раздела полупроводниковых структур, посредством применения описанного устройства ограничивается

только величиной, связанной с дрейфом собственной частоты автогенератора за короткое время режима стабилизации емкости образца, что ведет к повышению точности определения параметров локализеванных состояний.

Формула изобретения Устройство для исследования параметров локализованных состояний в полупроводниковых структурах, содержащее

клеммы для подключения исследуемой структуры, подключенные соответственно к общей шине и первой обкладке разделительного конденсатора, которая соединена с входом вольтметра, и параллельный колебательный контур, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено вторым разделительным конденсатором, варикапом, ключом, автогенератором, двумя фазовыми детекторами частоты, двумя блоками выборки-хранения и блоком уп- равления, при этом вторая обкладка первого разделительного конденсатора соединена с первым выводом ключа, второй вывод которого соединен с выходом первого блока выборки-хранения, первым выводом варикапа и первой обкладкой второго разделительного конденсатора, вторая обкладка которого подключена к первому выводу параллельного резонансного контура, включенного в задающую цепь автогенератора, выход которого соединен с входами фазовых детекторов частоты, выходы которых соединены с входами блоков выборки- хранения, управляющие входы которых подключены к первому и второму выходам блока управления, второй выход которого

соединен также с управляющим входом ключа, причем второй вывод варикапа и второй вывод параллельного резонансного контура соединены с общей шиной, выход второго блока выборки-хранения подключен к входу вольтметра.

Сущность изобретения: в устройстве обеспечивается компенсация температур- ных и временных изменений емкости элементов колебательного контура и паразитных емкостей путем периодической стабилизации собственной частоты автогенератора. Устройство включает разделительный конденсатор, два блока фазового дискриминатора частоты, два блока выборки-хранения, ключ и блок управления. 1 ил.