Способ измерения характеристик мдп-структур и устройство для его реализации Советский патент 1980 года по МПК G01R31/26 

(54) СПОСОБИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИКМДП СТРУКТУР И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

i

Изобретение относится к области измерительной техники, к разделу измерений- параметров полупроводниковых приборов со структурой металл- диэлектрик-полупроводник (МДП).

Известны способы измерения характеристик МДП-структур, заключающиеся в подаче на МДП-структуру напряжения смещения и измерительного сигнала, а также регистрации/изменения во времени параметров измерительного сигнала,..

Способы осуществляются устройствами измерения характеристик ЛДПструктур, содержащие МДП-структуру, источник напряжения смешения, источник измерительного сигнала и анализатор,

Недостатком известных способов является отсутствие возможности од новременного измерения как реактивной (емкости), так и активной (проводимости) составляющих полного импеданса МДП-структуры и ограничен-, ное быстродействие. Это,- например, не позволяет использовать известные способы при измерении характеристик пробоя МДП-структур короткими СВЧ импульсами, длительностью 0,01-1 мкс

Прототипом предлагаемого способа является известный способ, заключаюйшйся Е подаете, на МДП-структуру напряжения смещения и иямерительного

5 сигнала, а также регистрации изменения во времени параметра измерительного сигнала. Устройство для реализации способа содержитВДП-структуру, пометенную в йолно вод, к кото«Орому подключен генератор импульбов СВЧ-частот, источник напряжения смещения, источник измерительного сигнала и анализатор.

Данные способы и устройство имеют

15 недостатки, которые заключаются в малом быстродействии, следствием чего является низкая точность измерения.

Цель изобретения - обеспечение возможности одновременного измерения емкости и проводимости МДП-структуры, а также повы аенне точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что одновременно с облучением МДП структуры СВЧ импульсным электромагнитным полем, на неё подают переменные напряжения двух различных частот и uUg, удовлетворяющих, условию 4tj,«UJg«a Q , где UDp - несущая частота ,30 СВЧ импульсов, а в качестве информаЦионных параметров используют амплитуды сигналов каждой частоты, выделенных из общего спектра результирующего сигнала на МДП-структуре.

В устройстве поставленная цель достигается тем, источник измерительного сигнала выполнен в виде генёратора тока двух разнесенных по частоте гармонических колебаний, анализатор выполнен в виде двух параллельных приемников однополосной амплитудной модуляции, причем между точкой соединения МДП-структуры с ИСТОЧНИКОМизмерительногй сигнала и входом анализатора введен полрсо; вой фильтр, соединенный псэслёДователыю с устройством автокомпенсации

-стационарных составляющих измерительндг-бсигнала, который связан с гене1затором измерительного сигнала.

- На фиг, 1 представлена структурная, схема устройства для осуществлен ия способа; на фиг. 2 - спектро-. граммы, поясняющие -его работу.

Устройство содержит ИДП-структуру 1,помещенную в волновод 2, к которому подключен генератор 3 импульсов СВЧ, источйик 4 напряжения смещения и источник 5 измерительного ;сигнала. .

V. Источник 5 измерительного сгггяала срде|5жит два параллельных генератора -6 и 7 токов двух разнесенных по .частоте; гармонических колебаний. Генеряторы б и 7 соединены с сумма-. тор:ом 8, йнход которого подключен к точке соёдинения источника 4 на йряжения смещения и МДП-структуры 1, :Другой электрод МДП-структуры 1 соед нен .С 1 :орпусом волновода 2,. К выходу -сумматора через полосовой фильтр 9 подкйючен компенсатор 10 стационар;ныхСрсзтавляющих нзмерительных сигналов. Компенсатор 10 выполнен, на-;прийер, в .виде двух параллельных . кансшрв, сЬдержаьшх сумматоры 11 и 12, охваченные цепями автоматичес-кой регулировки амплитуды и фазы

.: сигнала- компеНсацйй,; состоящими Ъз селективных усилителей разно.стных сигналов 13, J.4 и регулируемых аттенюаторой-фазовратяателей .15, 16, .К вйходам компенсатсуа 10 подключен -анализатор 17 измерительного сигнала, который выполнен в виде двух Параллельных приемников 18 и 19 однополосной амплитудной модуляции, связанцьзх с генераторами 6 и 7 соответственно, причем выходы 20, 21 приемников 18 и 19 являются выходами устройства / .

.Устройство работает следующим образом, в стационарном режиме, когда СВЧ-импульсов от генератора 3 не поступает (или в паузах между импульсаш) к МДП-структуре 1 приложены синусоидальные напряжения двух частот ш, :И ujg , поступающие с выхода сумматора 8, На фиг, 2 схематически

показаны огибающие 0(10) спектров сигналов (кривые а , а , бив) на входе фильтра 9 и частотные зависимости коэффициентов затухания р (ш) фильтра 9 {кривая г) , приемника 18 (кривая д) и приемника 19 (кривая е)

В стационарном режиме на входе фильтра 9 действуют только две спектральные компоненты с частотами JU и lUj, Амплитуды и фазы этих компонент определяются стационарными величинами импеданса МДП-структуры 1 на частотах, ш, и uj. В компенсаторе 10 с помощью инерционной автоматической подстройки амплитуд и фаз сигналов, подаваемых с соответствующих генераторов 6 и 7 на регулируемые аттенюаторы-фазовращатели 15 и 16, производится компенсация комйонент (х-, и UJg в спектре информационного сигнала (фиг, 2), Этим обеспечена независимость метрологических характеристик устройства от стационарных составляющих измеряемых компонентов импеданса МДП-структуры 1. ,.

В нестационарном режиме, при поступлении СВЧ-импульсов от генератора, в результате разогрева носителей заряда в полупроводнике и диэлектрике, последовательные емкость и проводимость МДП-структуры 1 изменяются ВПЛОТЬ .до пробоя диэлектрика или подложки, При этом на входе фильтра 9 появляется весь спектр СВЧ-импульсов (кривая а, фиг, 2) и спектр видеосигнала (кривая а, фиг. 2) в результате нелинейной зависимости импеданса МДП-структуры 1 от мощности СВЧ-импульсов. В предложенном устройстве установленоuOg ; a), , При этом на частоте получается информация о последовательной динамической,ем7 кости, а на частоте tUg - о последовательной проводимости МДП-структуры, Частота il, установлена выше граничной частоты спектра видеосигнала, а частота uUg - ниже граничной частоты спектра СВЧ-имп5/:льсов (фиг, 2) . Реально несущая частота СВЧ-импульсов устанавливается выше 10 МГц. Пробой МДП-структуры наступает при . воздействии СВЧ-импульсом, длительностью .порядка 1 МКС, При этом эффек тинная ширина спектра видеосигнала имеетпорядок 10 МГц, а ширина спектра СВЧ импульса - порядка 1 МГц Следовательно, в реальных условиях . неравенство выполняется строго.

Полосовой фильтр 9 обеспечивает , частичное подавление мешающих сигналов (фиг,2р г). Полезные сигналы, несущие информацию об изменении во времени последовательной емкости МДП-структуры 1 (огибающая спектра этого сигнала т- кривая б на фиг, 2) и его последовательной проводимости (огибающая спектра - кривая в на фиг. 2) при воздействии СВЧ-импульсом, вылеляются соответственно приемниками 18 и 19, детектируются синхронными детекторами и поступают на выходные зажимы 20 и 21 устройства. При использовании однополосных приемников 18 и 19 в устройстве для осушествления способа обеспечена максимально достигаемая ширинадиапазонов передаваемых частот двух независимых каналов измерения, обеспечивающих возможность раздельной регистрации быстропротекающих процессов, вызывающих изменение емкости и последовательной проводимости Mfln-CTpyKTsrpH. Например, при использовании приемников 18 и 19 с полосой 40 МГц по промежуточной Частоте, длительность собственного переходного процесса устройства по обоим каналам имеет порядок 10 не, что существенно превышает быстродействие известных устройств, Следовательно обеспечено -уменьшение динамической погрешности измерений и увеличена точност-.

Применение способ.а измерения характеристик МДП-структур и устройства для его осушествления,вследствие обеспеченной возможности одновременного измерения емкости и проводимосГи МДП-структуры, а также увеличения быстродействия, позволяет получить новую информацию о быстропротекающих электрофизических процессах вМДП-структурах, позволяет проводить их динамическое исследование в ранее недостижимом диапазоне длительностей переходных процессов, обеспечивает повышение точности измерений .

Использование изобретения позволи построить быстродействующие контрольно-измерительные установки измерения нестационарныххарактеристик МДП- структур, предназначенные для научных исследований и технологического контроля.

Формула изобретения

: 1. Способ измерения характеристик МДП-структур, заключающийся в подаче на МДП-структуру напряжения смещения и измерительного сигнала, а также

5 регистрации изменения во времени па- , раметров йэмерйтёльного сигнала, о тJ л и ч а. ю и и и Ъ я тем, что, с целью одновременного измерения емкости и проводимости МДП-структур, а также

0 повышенияточности измерений, одновременно с облучением МДП-структуры СВЧ-импульсным электромагнитным полем, на нее подают переменные напряжения двух различных частот ш, и uUg , удовлетворяющих условию u,i uJ2«tUo , где Юц- несущая частота СВЧ-импульсов, а в качестве инфррмациойных параметров используют амплитуду,сигнала каждой частоты,выделенных из общего спектра результирующего сигнала

0 {наМДП-структуре.2. Устройство для реализадии соба по П.1, содержащее МДП-струк5 туру, помещенную в волновод, к котореалу подключен генератор импульсрв СВЧ, источник напряжения смещения, источник измёри-гельного сигнала и анализатор, от л и ч а ю m е ее я тем, что источник измерительного сиг0нала выполнен в виде генератора toка двух разнесенных по частоте гармонических колебаний , анализатор выполнен в ви1хе двух параллельных приемников однойолосной амплитудной

5 модуляции, причем Между точкой соединения МДП-структуры с источником измерительного сигнала и входом анализатора введён полосовой фильтр , соединенньй последовательно с

0 устройством автокомпенсации ста дионарных составляющих измери-тельного сигнала,которой связан с reHepSTOpbivr измерительного сигнала.