Способ измерения подвижности носителей тока в полупроводниках и устройство для его реализации Советский патент 1980 года по МПК G01R31/26 

тотой второго высокочастотного напряжения, детектируют его и измеряют напряжение, имеющее частоту коммутации. В устройство для осуществления способа введены генератор и усилитель частоты коммутации, синхронный детектор и переключатель, соед1шенный с выходами низкочастотного и высокочастотного фильтров, вькод переключателя подключен к полевому электроду образга, одна клемма которого соед1шена с одним из высокочастотных генераторов, а вторая через резистор заземлена и подключена к избирательному усилителю, а между ампяИ тудным детектором и регистрирующим прибором включены последовательно соединенные усилитель частоты коммутации и синхронный детектор, вход управления которого соединен с цепью управления переключателя и подключе к генератору частоты коммутации. Сущность способа определения частотных из менений эффективной подвижности в полупроводниках состоит в следующем. Из двух высокочастотных сигналов .DI Umicos(a311 и и) Uj UmjCOsCwjt vj) вьщеляют низкочастотные напряжения разностной и суммарной частот. 11астоты сц и w 2 исходных сигналов U и Uj регулируют так, что бы разностная частота была постоянной (со, - со 2 соо const), а суммарная, изменяющаяся в требуемом диапазоне частот. Поперечное напряжение для контролируемог полупроводника формируют из пакетов напряжений разностной и суммарной частот, следующих с низкой частотой коммутации. Частота коммутации выбирается многим меньше разно ной частоты ( i - 2 ) Поперечное напряжение усиливают до требу емого уровня и подают на управляющий (полевой) злектрод образца. В качестве тянущего напряжения используют одно из высокочастотных напряжений, например, Ui. Поперечное поле вызывает модуляцию пров димости полупроводника, которую при малых напряжениях можно считать гармонической. В момент воздействия на образец низкочастотного пакета поперечного напряжения его проводимость G изменяется с разностной и суммарной частотами. Совместное воздействие тянущего напряжения и поперечного поля вызывают в полупроводниковом образце одночастотные периодические составляющие,, ,,.2 грЮ-41- и; и 2 05(Ы214ф2+%) ,.2 ,и,СОбЦЬ« 2- Ф пропорциональные эффективным подвйжностям ц (cjg) и М (w) на разностной и суммаргой частотах. Амплитуды испытательного и опорного сигналов равны друг другу, определяются произведением Umj Um2 и в равной мере зависят от нестабильности напряжений питающих генераторов и непостоянства крутизны процесса смещивания S,. . Одночастотный ток (частота ) периодически изменяется во времени с низкой частотой коммутации SI от ii до -i- и представляется в виде одного модулированного сигнала. ijT yi -msignsmsitjco&lwgltPt si nsmiZt), где , „ 3rtie 3m6 oCS.k. 1Г. / ( 1 Э.„„.. fufw l+fulwlj- среднее значение модулнрова}шого тока; DU-3 , fu{w)-fu{a)o - коэффициент глубины амплитудной моуляции;Ф - среднее значение фазы модулированного тока; Д|р - индекс фазовой модуляции; signsmfi t - прямоугольная огибающая модулированного сигнала. Падение напряжения на низкоомном резне- . торе R, включенном последовательно с контролируемым полупроводниковым образцом, избирательно усиливают на частоте и детектируют по амплитуде. Переменное напряжение частоты коммутации П , выделенное при детектировании, пропорционально глубине амплитудной модуляции и 4.2.(Яъ п5т5г{. Г ( , ; - а з Ъ-2К{ 2..1 ,, .. , - uM-fii(a)o Jn|- - U, где К2 - коэффициент избирательного усиления; S2 - чувствительность детектирования. Переменное напряжение Uj частоты коммута.ции fi усиливают и детектируют синхронно с частотой коммутации, получая в результате постоянное напряжение, ,, aC5 S2K k2R„o ., г i i vt fu{cJl-fuiQo) SoUj, aC5,,, увствительность результирующего преобразования; (oo)-M (ojo) частотное изменение эффективной 1101ШИЖности.

Таким образом, пол ченное напряжение пропорционально частотному изменению эффективной подвижности контролируемого полупроводника.

На чертеже показано устройство для реализации способа.

Устройство содержттт генераторы высокочастотных напряжений 1 и 2, балансный смеситель 3, н.чзкочастотиый и вьгсокочастотный флльтры 4 и 5, автоматический переключатель 6, генератор частоты комму1нции 7, ипфокополосный усилитель 8, контролируемый пол тгроводник 9, низкоомный резистор 0, избирательный усилитель 1, аштлитудный детйктор.12, низкочастотный усилитель 13, синхронный детектор 14, выходной прибор 15, переключатель 16.

Устройство работает следующим образом.

Высокочастотные напряжения генераторов 1 и 2 смешивают в балансном смесителе 3. Низкочастотным фильтром 4 выделяют напряжение разностной частоты, а высокочастотное напряжение суммар1 ой частоты - высокочастотным фильтром 5.

Автоматический переключатель 6. управляемый низкочастотным коммутащшнным генератором 7, подл лючает через шрфокополосный усилитель 8 полевой электрод контролируемого полупроводника 9 к выходам фильтров 4 .и 5 . поочередно. Сформированное дв хчастотное поперечное напряжение воздействует на гфоводимость контрош руемого полупроводника, на торцовые электроды которого поступает напряже 1ке генератора 1. Модулированный сигнал, сни. .аемый с резистора 10, поступает на избирательный усилитель 11, настроенный на частоту Амп: кт 71иым детектором 12 производитск амплитудное детектирование модулированного напряжения. Прямоугольное напряжение частоты коммутации, пропоршюнальное значению частотного изменения эффективной подвижности контролируемого полупроводника, усиливается низкочастотным усшштелем 13, выпрямляется синхронным детектором 14 и измеряется выходным прибором 15.

Для исключения погрешности т неравенства коэффициентов передач фильтров 4 и 5 и неравномерности частотной характеристики широкополосного усилителя 8 выходное напряжение усилителя 8 непосредственно поступает при калибровке на детектор 12 (переключатель 16 Е положение а).

При неравенстве коэффициентов передач фильтров 4 и 5 (переключатель в положении б) на детектора 12 вьщеляется напряжение частоты коммутации, амплитуда которого пропордаональна неравенству коэффициента передач этих фильтров. Это напряженке усиливается, выпрямляется и индуцируется выходным прибором 15.

Регулировкой коэффициента передач фильтра 4 нижних частот добиваются нулевого показания выходного прибора 15. После этого переключатель 16 устанавливается в положение б и производится измерение частотного изменег1ия эффективной подвижности.

Формула н 3. о б р с т е н к я

10

1.Способ измерения подвижности носителей тока в полупроводниках, заключающийся в модуляции проводимости образца переменным электрическим нолем и вьщелении составляs ющей тока пропорциональной эффекту поля, отличающийся тем, что, с цельта повышения чувствительности п точности измере-.гий, смешивают два высокочастотЕ1Ых ciirHaла, вьщеляют низкочастотные напряжения раз0 ностной и сум.марной частот, модулируют указа ные напряжения и с низкой частотой коммутации поочередно возбуждают поперечное электрическое поле в образце, на которьн подают первое высокочастотное напряжение, вы5 деляют модулированное напряжение на образце, изменяющееся с частотой второго высокочастотного напряжения, детектируют его и измеряют напряйсение, имеющее частоту коммутации.

2.Устройство для осуществления способа 0 по п. 1, содержаи ее высокочастотные генераторы, смеситель, соединенный с генераторами, низкочастотный si вькокочастотный фильтры, подключсннь с к смесителя, резистор, клеммы и полевой электрод образца, последо, вательно соединсигсые избирательный усилитель амплитудный детектор и регистрирующий прибор, отличающееся тем, что в него введены генератор и уси.питель частоты ком,мутации, синхронный детектор, переключатель,

р соединенный с выходами низкочастотного и высокочастот1юго фильтров, выход переключателя подкл очен к полевому электроду образца, одна клемма которого соеди}{ена с одним из высокочастотных генераторов, а вторая через ре зистор заземлена и подключена к избирательному усилителю, а между амплитудным детектором и регистрирующим прибором включены последовательно соединеьшые ус)1литель частоты коммутации и си1{хронный детектор, вход управления которого соедине с цепью управления переключателя и подключен к генератору частоты коммутащш,

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское сюадетельство СССР № 588517,

5 кл. G 01 R 31/26, 15.01.78.

2.Бонч-Бруевич В. Л., Калащников С. Г. Физика полупроводников. М., , 1977,

с. 330, рис. 10.13 (прототип).