Устройство регистрации структурных неоднородностей твердых веществ Советский патент 1975 года по МПК G01N21/28 

ложении минимального пропускания, фокусируется линзой на фотоприемник с АРУ. Оно содержит информацию о локальном значении концентрации свободных носителей в исследуемой точке. После фотоприемника усиленный сигнал подается на модулиру1ош,ий яркость луча электрод электроннолучевой трубки. Распределение яркости свечения экрана будет соответствовать координатному распределению носителей в образце при соответствующей синхронизации запуска строчной развертки луча электронной трубки с частотой дискретного иеремеш,ения образца относительно светового зонда, а также с моментом подачи импульсного магнитного поля.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы.

Устройство состоит из лазера 1, оптической системы 2 для формирования светового зонда, поляризаторов 3, 4, блока 5 для получения магнитных полей прямоугольной формы импульса фотоириемника с усилителем и системой 6 для исключения влияния поглощения лазерного излучения веществом, электроннолучевую систему 7 индикации на базе осциллографа С1-19 с дополнительным блоком 8 для вертикальной развертки, системы для строчного сканирования образца, состоящей из диска 9 с закрепленным в нем образцами, вращаемого синхронным двигателем с редуктором 10, дискретное перемещение которого обеспечивается блоком 11 с щаговым искателем, фотодатчика 12 заиускающих импульсов с подсветкой-лампочкой 13, блоком 14 дискретной задержки и синхронизатора 15, обеспечивающих синхронную работу блоков устройства.

Излучение оптического квантового генератора, поляризованное поляризатором 3, фокусируется оптической системой 2 в узкий световой зонд диаметром 25-50 мк. В световом зонде в зазоре импульсного электромагнита располагаются образцы полупроводников, закрепленные в диске 9 из органического стекла. Исследуемые образцы - пластины толщиной 0,05-00 и площадью до 25X25 мм закрепляют через каждые 30° на круглом диске диаметром 260 мм. Это позволяет проводить исследования двенадцати образцов при одной их установке.

После прохождения через образец излучение поступает на поляризатор 4, находящийся в скрещенном положении, и фокусируется оптической системой 2 на фотоприемник с усилителем с системой 6, исключающей влияние пропускания света в исследуемом образце. При наложеиии имиульсов магнитного поля прямоугольной формы поворот плоскости поляризации в образце, а следовательно, и интенсивность излучения, ироходящего через анализатор, будет пропорциональна локальным значениям постоянной Верде, которые, в свою очередь, пропорциональны концентрациям свободных носителей в рассматриваемых точках. При скоростном сканировании образца относительно светового зонда за время длительности импульса магнитного поля (100 мк/сек) на вход фотоириемника поступал сигнал, соответствующий координатному распределению легирующих примесей в исследуемой строке.

Для исключения влияния ноглощения лазерного излучения веществом предусмотрена

система АРУ в усилительном блоке, состоящая из фотоприемпика, на который подается часть лазерного излучения, ответвленного с иомощью плоскопараллельиой пластины, иомеиденной между образцом и анализатором и

источника опориого напряжения. При изменении коэффициента поглощения образца в процессе строчного сканирования, нанряжение рассогласования попадает в систему АРУ, которая регулирует коэффициент усиления усилителя так, чтобы сигнал на выходе усилителя имел фиксированную величину при отсутствии фарадеевского вращения.

Длительность горизонтальной развертки луча также равна 100 мксек и синхронизована

с моментом подачи магнитного поля и положением образца (см. фиг. 2). Используемая в электроннолучевой системе трубка с длительным послесвечением обеспечивает возможность наблюдения за картиной визуализации.

Следовательно, информация о локальном распределении легирующих примесей в исследуемой строке образца вложена в распределение яркости в строке на экране электроннолучевой системы.

В устройстве используются периодические импульсные магнитные поля (f/s) с частотой 50 ГЦ. С такой же частотой дискретно перемещается образец (t/e) с иомощью блока 11 с шаговым двигателем и подаются на электроннолучевую систему запускающие импульсы строчной развертки (t/a); при этом импульсы с строчной развертки имеют длительность 100 мксек (U). При кадровой развертке (Ьз) луча по вертикали на экране электроннолучевой трубки получается полная картина распределения яркости, соответствующая неоднородности распределения легирующих примесей по площади образца. Синхронизирующие импульсы с частотой

50 ГЦ вырабатывает фотодатчик 12 при попадании света от лампочки 13 через отверстия в ведущей щестерне редуктора, насаженной на вал синхронного двигателя, который вращается со скоростью 25000 об/мин. Это позволяет сканировать образец относительно светового зонда за время, равное длительности импульса магнитного поля. С фотодатчика импульсы синхронизации поступают на блок 14 дискретной задержки, обеспечивающей задержку на 200, ..., 2400 мксек с периодом 200 мксек. Это необходимо для автоматического последовательного исследования всех двенадцати образцов. При этом предусмотрена возможность многократного повторения

исследования любого образца. Возможна также остановка исследования на любом из двенадцати образцов, а также выключение устройства после исследования заранее заданного количества образцов. Задержка меняется автоматически ири каждом включении шагового искателя от конечного включателя (блок 11), который своими контактами нереключает времязадающие элементы блока задержки. В этом случае задержка на 200-2400 мксек соответствует положению 1, 2 и т. д. образцов в световом зонде, т. е. запускающие импульсы жестко связаны с моментом нрохождепия исследуемого образца относительно светового зонда. (Для простоты, условно, разные импульсы на временной диаграмме и блок-схеме совпадающие во времени обозначены одним индексом (t/s). Синхронизатор 15 обеспечивает необходимые временные задержки между импульсами запуска строчной развертки электроннолучевой системы (2), электромагнита (fJz) - блока управления шаговым двигателем (Ue). Они жестко связаны с задержанным импульсом, поступающим с блока дискретной задержки (Uz). Это позволит паблюдать на экране электроннолучевой системы картину визуализации неоднородностей, соответствующую заданному образцу. Запускающие импульсы на блок 8 кадровой развертки попадают при срабатывании первого конечного включателя, когда диск с образцами возвращается шаговым двигателем в первоначальное положение, обеспечивающее также реверс шагового двигателя и подачу запускающего импульса на электромагнит. Система дискретного перемещения с шаговым двигателем позволяет осуществлять подачу образца с шагом 50, 100, 150, 250 мк; при этом на исследование одного образца размером 25X25 мм затрачивается время соответственно 10, 5, 3,3 и 2 сек. Наиболее полно преимущества предлагаемого устройства могут быть реализованы при использовании в качестве регистрирующего стройства видекон с регулируемой памятью, например ЛИ-414, с электрической записью сигнала без промежуточного светового изображения. Число градаций при этом на перезаписанном изобран ении составляет 6-7, разрешающая способность до 500 линий. Считывание осуществляется в нормальном режиме. Использование телевизионных систем позволяет получить увеличенное изображение, которое дает возможность оператору контролировать визуально, а также может быть сфотографировано и микрофотометрировано для точных количественных измерений. Предлагаемое устройство без конструктивных изменений может быть использовано в качестве устройства для контроля оптической однородности полупроводниковых материалов по пропусканию. Для этого анализатор выводят из скрещенного положения, отключают систему АРУ в блоке усилителя и отключают блок импульсных магнитных полей; в остальном устройстве работает идентично. Это существенно расширяет пределы применения предлагаемого устройства для исследованпя полупроводниковых материалов и их контроля с точки зрения однородности. Предмет изобретения Устройство регистрации структурных неоднородностей твердых веществ, основанное на эффекте Фарадея, содержащее источник излучения, оптпческую систему, формирующую световой зонд, сканирующую систему, блок магнитных полей с блоком питания электромагнита, отличающийся тем, что, с целью визуализации результатов обследования и повышения точности регистрации сканирующая система выполнена в виде вращающегося диска с установленными в нем исследуемыми образцами, помещенными в зазор электромагнита, причем блок пптапия электромагнита выполнен в виде накопителей линии, формирующей импульсы магнитного поля прямоугольной формы.