Способ определения концентрации свободных носителей заряда в каналах инверсии МДП-транзисторов Советский патент 1993 года по МПК H01L21/66 

сл

С

Сущность изобретения: измеряют низкочастотную вольтфарадную характеристику в цепи между затвором и истоком-стоком при потенциале подложки, равном потенциалу истока-стока. Измеряют низкочастотную вольтфарадную характеристику в цепи между затвором и подложкой при тех же условиях. Изменяют высокочастотные вольт- фарадные характеристики в цепи исток-сток и в цепи подложки. По измеренным характеристиках рассчитывают концентрацию свободных носителей заряда. 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для определения электронных характеристик границ раздела полупроводник-диэлектрик, например, определения подвижности носителей заряда в инверсионных каналах, для контроля качества изготовления полупроводниковых приборов на основе структур металл-диэлектрик-полупроводник (МДП-приборов).

Цель изобретения - расширение диапазона определяемых концентраций.

Для осуществления способа используют схему, изображенную на чертеже, на которой 1 - затвор транзистора; 2,3 - исток и сток, 4 - контакт к подложке; 5,6 - измерители назикочастотных емкостных токов; 7,8 - измерители высокочастотных емкостных токов; 9 - источник постоянного смещения; 10 - источник тестирующих сигналов.

Способ осуществляют следующим образом.

Измеряют низкочастотные емкости Стнч и С2нч при помощи приборов 5,6 при ряде напряжений на затворе UN 0 i K, таких, что С1нч (Uo) О, UK определяется верхней границей интересующего нас диапазона изменения напряжений на затворе. Подают на затвор периодические сигналы (Гвч) с фронтом нарастания т, удовлетворяющим условию;

Ткан « Г Тпс .

где Гпс - время перезарядки состояний, локализованных на границе раздела полупроводник-диэлектрик;

кан - время релаксации свободного заряда в инверсионном канале.

Измеряют высокочастотные емкости С1вч. С2вч при помощи приборов 7,8 при тех же значениях Ui.

Рассчитывают концентрацию свободных носителей заряда по формуле

со сл

01

о XJ

п Ы |ci.4 (u.) (U- u,-D.

Где Снч С1нч + С2нч, Свч CIBM + С2вч. Со

емкость диэлектрика;

S-площадь диэлектрика;

q - элементный заряд.

Пример реализации. Объектом является n-канальный МОП-транзистор с пло- щадью затвора 3 21,9 см2. Величины С1нч, С2нч определялись по емкостному току при подаче на затвор медленно меняющегося напряжения, представляющего собой синусоидальный сигнал с частотой 1 Гц. Для определения С1вч, С2вч на затвор транзистора подавалось на фоне постоянного смещения быстро меняющееся напряжение, представляющее собой периодические импульсы с фронтами около 2 не, амплитудой 0,025 В и длительностью 100 не. Возникающий после их окончания переходной ток имел явно выделенную быструю часть длительностью около 3 не. Этот ток, усиленный широкополосным усилителем УЗ-33, регист- рировался при помощи цифрового стробоскопического осциллографа, и при помощи интегрирования его быстрой части определялись емкости С1вч, С2вч.

Результаты измерений и расчетов све- дены в таблице.

В качестве Со взято значение Свч 9,20 пФ при напряжении на затворе U 8 В.

Формул а изобретения Способ определения концентрации свободных носителей Наряда в каналах инверсии МДП-транзисторов, включающий измерение зависимостей низкочастотной

5

Q g 0 5

о

5

емкости CIHM в цепи между затвором и истоком-стоком и низкочастотной емкости С2нч в цепи между затвором и подложкой от напряжения на затворе при условии равенства потенциала подложки и потенциала истока- стока, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона определяемых концентраций, дополнительно подают на затвор периодические сигналы с фронтом нарастания г/удовлетворяющим условию:

Ткан « Т « Тпс ,

где Тпс время перезарядки состояний, локализованных на границе раздела полупроводник-диэлектрик;

Ткан время релаксации свободного заряда в инверсионном канале, .измеряют зависимости высокочастотной емкости Ствч в цепи между затвором и истоком-стоком и высокочастотной емкости С2вч в цепи между затвором и подложкой от напряжения на затворе, а концентрацию сво- бодных носителей заряда в канале инверсии рассчитывают по формуле;

nW I BMCuOSl g CU-U.-l).

где Снч Стнч + Санч,1 Свч С IBM + С2вч;

Со - геометрическая емкость диэлектрика МДП-структуры;

S - площадь диэлектрика;

q - заряд электрона;

Ui - напряжение на затворе, изменяющееся в диапазоне Uo Ui UK, где С1нч(и0) 0, a UK определяется верхней границей рабочего диапазона напряжений,