Устройство для измерения зависимости емкости конденсатора со структурой металл-диэлектрик-полупроводник от велечины поверхностного электростатического потенциала Советский патент 1979 года по МПК H01L21/66 G01R31/26 

вое дифференцирующее устройство, а выход :- с входом аналогового интегратора. Это устройство позволяет получать на выходе первого аналогового дифференцирующего устройства напряжение, изменяющееся в зависимости от напряжения генератора и пропорциональное емкости МДП-структуры, а на выходе интегратора - напряжение, пропорциональное текущему значению поверхностного электростатического потенциала, т. е. его зависимость от напряжения генератора 3.

Недостатком известного устройства является низкая чувствительность при -измерении зависимости поверхностной емкости от

текущего значения поверхностного электростатического потенциала, так как фактически измеряется с помощью этого устройства зависимость полной емкости и МДПструктуры, представляющей собой последовательное соединение изменяющейся под действием приложенного электрического поля поверхностной емкости полупроводника и постоянной емкости, диэлектрика. При уменьщении емкости слоя диэлектрика, например, при измерениях МДП-структур на толстом окисле вклад поверхностной емкости в общую емкость становится относительно мальш и выделить полезный сигнал от нее становится затруднительно.

Кроме того, для получения на выходе интегратора напряжения, величина которого соответствует истинному значению поверхностного электростатического потенциала, необходим прибор постоянных времени как второго аналогового дифференцирующего устройства, так и интегратора.

Целью настоящего изобретения является увеличение чувствительности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены конденсатор и преобразователь отрицательного сопротивления, соединенные последовательно и включенные между выходом генератора линейно-изменяющегося напряжения и клеммами для подключения испытуемого образца.

Такое устройство обладает более высокой чувствительностью и обеспечивает возможность непосредственного измерения зависимости поверхностной емкости, а не отнесенной к емкости диэлектрика, от текущего значения поверхностного электростатического потенциала, а также имеет меньще подборных элементов.

На чертеже представлена функциональная схема описываемого устройства.

Устройство содержит генератор 1 линейно-изменяющегося напряжения, клеммы для включения испытуемого образца 2 (конденсатора со структурой МДП) в цепь аналогового дифференцирующего устройства на основе операционного усилителя 3, охваченного цепью отрицательной обратной связи из резистора 4. Между выходом генератора 1 линейно изменяющегося напряжения

И.клеммами для включения испытуемого образца включены соединенные последовательно конденсатор 5 и преобразователь 6 отрицательного сопрбтивления. Выходами устройства являются клеммы 7, 8 и 9, подключенные соответственно к выходу операционного усилителя 3, к выходу генератора 1 и к точке соединения преобразователя 6 с клеммой для включения конденсатора со структурой МДП.

Устройство работает следующим образом.

Преобразователь 6 отрицательного сопротивления обеспечивает следующую величину емкости С цепи, включенной между выходом генератора 1 и входом усилителя 3:

тг ( j),(1)

где Су-емкость конденсатора 5;

К - коэффициент преобразования преобразователя 6;

Сд- емкость диэлектрического слоя исследуемого конденсатора со структурой МДП 2;

С(, - поверхностная емкость полупроводника исследуемого конденсатора, включающая емкость поверхностных состояний и емкость слоя пространственного заряда. Если емкость конденсатора 5 установить равной:,,

Cj -j (2) л

то элементы указанной цепи С$ к - взаимно компенсируются, чем обеспечивается режим короткого замыкания между выходом генератора 1 и поверхностью полупроводника исследуемой МДП-структуры. Выходное напряжение генератора 1 оказывается приложенным непосредственно к поверхности полупроводника и представляет собой не что иное как текущее значение поверхностного электростатического потенциала, т. е.

U,(t),{t), (3) глеи) (t) -выходное напряжение генератора 1;

k - постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура; е - заряд электрона;

Y (t) -безразмерный поверхностный электростатический потенциал.

В случае линейного закона изменения выходного напряжения генератора 1, когда

U.,(t) Uo ± cCt, нап-ряжение на выходной клемме 7 имеет вид:

U7(t)--R4C(t)(,(t) (4)

где R - сопротивление резистора 4.

Из выражений (3) и (4) следует, что устройство обеспечивает формирование напряжения Uf, пропорционального текущему значению поверхностной емкости, С конденсатора со структурой МДП, на выходной клемме 7, напряжения U, пропорционального текущему значению поверхностного электростатического потенциала YS , на выходной клемме 8, присеем это значение может изменяться по линейному закону во

времени, что удобно для работы регистрирующих устройств; наконец, на выходной клемме 9 обеспечивается формирование напряжения Uc смещения на структуре МДП. Благодаря этому устройство обеспечивает возможность непосредственного измерения зависимостей С, (Yy) и Ys(Uc) .

Сравнение данного устройства для измерения зависимости поверхностной емкости конденсатора со структурой МДП от величины поверхностного электростатического по. тенциала с известным показывает, что оно обладает более высокой чувствительностью благодаря тому, что выходное напряжение генератора прикладывается непосредственно к поверхности полупроводника и воздействует непосредственно на поверхностный заряд так как в данном устройстве скомпенсирована емкость С слоя диэлектрика МДПструктуры и тем самым исключено «е нежелательное влияние.

Использование данного устройства позволяет за счет увеличения чувствительности повысить точность измерения параметров поверхностных центров захвата в полупроводниках.

Формула изобретения

Устройство для измерения зависимости емкости конденсатора со структурой металл-диэлектрик-полупроводник от величины поверхностного электростатического потенциала, содержащее генератор линейноизменяющегося напряжения и клеммы для подключения испытуемого образца к аналоговому дифференцирующему устройству на основе операционного усилителя, отличающееся тем, что, с целью увеличения чувствительности, в него введены конденсатор и преобразователь отрицательного сопротивления, соединенные последовательно и включеннью между выходом генератора линейно-изменяющегося напряжения и клеммами для подключения испытуемого образца.,

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Павлов Л. П. Методы определения основных параметров полупроводниковых материалов. М., «Высщая щкола 1975 с. 188-191.

2.Колещко В. М.Даплан Г. Д.,С-V-методы измерения параметров МОП-структур. Обзоры по электронной технике. Серия 3 «Микроэлектроника, вып. 2(465) ЦНИИ «Электроника. М., 1977, с. 47-49.

3. Патент США № 3668523, кл. 324- 158, опублик. 1972 (прототип).

iZf « - 9

4

-1-0 7 --0