Устройство для измерения параметров дефектов в полупроводниковых приборах Советский патент 1980 года по МПК G01R31/26 

ндяыюго рйгистратора, а вхо ыключевы устройств соединены с выходом детекто причем ключевые устройства соединены с программиым блоком, соединенным с импульсными генераторами тока и нёпря жения, а датчик температуры исспейуемого прибора в криостате соединен с одним из-входов регистратора. На чертеже представлена, структурна схема предложенного устройства. , Оно содержит генератор 1 высокой частоты, исследуемый полупроводниковы прибор 2, криостат 3, датчик 4 температуры исследуемого полупроводникового прибора, генератор 5 импульсного тока генератор 6 импульсного напряжения, на грузочный резистор 7, линейный селективный усилитель 8, амплитудный детек тор 9, блоки 10 преобразования, содержащие ключевые устройства 11, аналоговые ячейки 12 памяти, вычитающие устройства 13, многоканальный регистратор 14, программный блок 15. Устройство работает следующим образом. Напряжение генератора 1 высокой частоты поступает на р - п -переход исследуемого полупроводникового прибора 2, помещенного в криостат 3 и имеющего тепловой контакт с датчиком 4 температуры. Электрический режим р - перехода задается генераторами 5 и б импульсного тока и импульсного напряжения. В результате на нагрузочном резисторе 7 выделяется аМплитудно-модулированное напряжение, которое поступает на вход линейного селективного уси лителя. 8, где усиливается и детостируется амплитудным детектором 9. Блоки 10 преобразования, подключен ные на выход детектора 9, работают еле дующим образом. Напряжение с выхода детектора 9 поступает через ключевые устройства 11, вьтолненные, например, на- интегральных прерывателях, на аналоговые ячейки 12 памяти, которые заПрминают мгновенные амплитуды этого напряжения в заданные моменты времеВеличина момента времени -1 выбир ется исходя из требований по времевь ному разрешению наблюдаемых емкостных переходньк процессов. Если ставит.ся задача рег11страции переходных процебсов с минимальной величиной постоянных времени , то величина i;i дол на выбираться из соотношения tj 0,1 Дпя увфяичеви бьютройвйотвия работы предлагаемого устройства величину промежутка времени ,-ti необходимо выбирать минимальной, однако i с точки зрения минимизации аппаратурной погрешности п|Ж регистрации величины АС С ( it ) - Ci ( t ) соотношение tx/ti практически должно быть порядка (). Напряжения с выходов аналоговых ячеек 12 памяти, выполненных, например, на конденсаторах с истоковыми повторителями, поступают на вход вычитающего устройства 13, вьшолненного, например, на операционном усилителе. Снимаемое с выхода вычитающего устройства 13 разностное напряжение AU величина которого прямо пропорциональна величине ДС C(t)-C(tДt :ocтyпaeт на один из входов многоканального регистратора 14, вьтолненного, например, на основе многолучевого шлейфого осциллографа или многоканального аналого-цифрового преобразователя. На другие входы регистратора 14 поступает напряжение с выходов других блоков преобразователя 10, а также напряжение с датчика 4 температуры. Синхронизация работы i-устройства осуществляется программным блоком 15, выполненным,например, на задающем стабильном генераторе высокой частоты, формирователе импульсов и делителях частоты. Зная положения моментов времени к -tj относительно момента переключения напряжения на р- TL - переходе с прямого (или равного нулю) на обратное находят величину постоянной времени емкостного переходного процесса Тмдкс максимальном значении величины дЦ в функции от температуры. . Выражение дляГмдцс легко получается из вЬ1ражеш1Я нормированного выходного сиг нала S(T) LCHi-htHi)J/AC(0), KOTOptfe имеет следующий вид для экспоненциального переходного процесса: SCr) (-ti/i;)l-exp(-utAp)} 1) где tj) постоянная времени емкостноГо переходного процесса; Л С (о) - начальное изменение емкости,после переключения напряжения с прямого (или равгного нулю) на обратное. Ai-iг-i, . Соотношение между i:jy4A t. 51 |М ii находится на условия равенства нулю первой вронаводной (1) Э5(Т1 „ п ,40- отсюда получаем i:wAKc--(trtO(ta-t,/t)- (2) Параметры цеф«стов определяют из гра4йческого анализа зарегистрированных при различных температурах кривых по известным соотношениям: а)концентрация дефектов м -м гаССО) ./о Г д -Мл€Г- f I(3) б)энергетическое положение урбвня дефектов Л Е д и сечение захвата носителей 2)д ел(г:дТ1).-.(Ъд. const). (4) Nfter известная концентрация ле гирующей примеси вр -Ипереходе;С - значение емкости p-tu-neрехода;ЛС(о)- начальное изменение емкост после переключения напряжения с прямого (или равного нулю) на об- 25 тектор, ратное; - постоянная времени емкостноГо переходного процесса, .- температура исследуемого 30 образца/ К - постоянная Болыцмана. Энергетическое положение уровня дефектов Д Р д и сечение захвата носителей Ъд определяется по формуле (4) путем замены величин Тд и Т на м.АКС соответственно Зависимость (4) есть прямая пкпкя, для построения которой необходимо знать координаты минимум двух точек, т.е. i; T rtAkt -/ и/ГмАкс2.;ТмАкс2-|,которые могут быть получены с помощью минимум двух блоков 10 преобразования, причем ключе вые устройства 11 в одном блоке преобразования открываются в моменты аремени t, и 12.7 в другом блоке - в моменты времени t., и t . Для упро щения расчетов удобно выбирать t.| tj. Использование в данном устройстве по крайней мере двух блоков преобразования, включенных между выходом ам77 пгоггудного детокторй и входами многоканального регистратора, а также программного блока, синхронизирующего работу эсего устройства, позволяет сни-« зить затраты на получение результатов измерений за счет исключения операции обработки на ЭВМ числовьпг значений параметров аналоговой кривой емкостного переходного процесса в случае представления ее суммой двух или более экспонент, а также повысить точность измерения за счет исключения ручного преобразования параметров аналоговой кривой в цифровые значения. Формула изобретения Устройство для измерения параметров дефектов в полупроводниковых приборах с р- к- переходом, содержащее генератор высокой частоты, источник импульсного тока, источник импульсного напряжения, нагрузочный резистор, линейный селективный усилитель, амплитудный дерегистратор, криостат и датчик температуры, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, устройство снабжено, по крайней мере, двумя блоками преобразования каждый из которых состоит из двух параллёйьнО включенных аналоговых ячеек памяти с подключенными к их входам ключевыми устройствами и подключенным к выходам обеих ячеек вычитающим устройством, выход которого подключен к одному из входов многоканального регистратора, а входы ключевых устройств соединены с выходом детектора, причем, ключевые устройства соединены с программным блоком соединенным с импульсными генрераторами тока и напряжения, а датчик температуры исследуемого прибора в криостате соединен с одним из входов регистратора. Источники информации, принятые. во внимание при экспертизе 1.Берман А. С. Емкостные методы исследования полупроводников. Л., Наука 1972. 2.Берман Л. С. и др. Физика и техника полупроводников. Т. 6, вып. 2. ,1972,0. 294 (прототип).

w

I г-n I И

gasaSb WsMftiSii ijJv;