Устройство для измерения удельногоСОпРОТиВлЕНия ВыСОКООМНыХ пОлупРО-ВОдНиКОВыХ МАТЕРиАлОВ и ВРЕМЕНижизНи СВОбОдНыХ НОСиТЕлЕй TOKA Советский патент 1981 года по МПК G01N22/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНОГО

СОПРОТИВЛЕНИЯ ВЫСОКООМНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ

МАТЕРИАЛОВ И ВРЕМЕНИ ЖИЗНИ СВОБОДНЫХ НОСИТЕЛЕЙ

ТОКА Устройство содержит СВЧ генератор 1, свипируемый -по частоте генератором 2 пилообразных импульсов и подключенный через вентиль 3 и аттенюатор 4 к измерительному резонатору 5, исследуемый полупро,,одник 6,укрепленный в механизме 7 перемещения, светодиод 8 с генератором 9 прямоугольных импульсов, СВЧ детектор 10, к выходу которого подключены осциллограф 11, импульсный Детектор 12 и индикатор, которым является анализатор 13 импульсов, соединенные выходами с входом Y самописца 14, а также последовательно соединенные датчик 15 скорости перемещения полупроводника 6, подключенный к механизму 7 перемещения, и управляемый генератор 16 синхроимпульсов, выходы которого соединены соответственно с входами генераторов пилообразных 2 и прямоугольных 9 импульсов, выполненных с возможностью запуска их генерации внещним сигналом. Осциллограф 11, подсоединенный к выходу СВЧ детектора 10, предназначен для контроля режимов работы устройства. Устройство работает следующим образом. СВЧ мощность от генератора 1, работающего в режиме свипирования частоты, через развязывающий вентиль 3 и регулируемый аттенюатор 4 поступает на измерительный резонатор 5, включенный «на проход. В качестве измерительного резонатора используется резонатор квазистатического типа с высоким пространственным разрешением (с высокой степенью локализации СВЧ электрического поля). Полупроводнике закрепляется в механизме 7 перемещения и сканируется через область локализации электрического поля резонатора 5 в целях последовательного включения каждого локального объекта полпроуодника 6 в электрическое поле резонатора. Потери, вносимые локальным (зондируемы) участком полупроводника 6 в резонатор 5, связаны с его удельным сопротивлением, т. е. уровень прошедщей через резонатора 5 СВЧ мощности связан с удельным сопротивлением исследуемого (зондируемого) участка полупроводника 6, После детектирования СВЧ колебаний детектором 10 сигнал лоренцевой формы с амплитудой, пропорциональнойр, поступает на входы импульсного детектора 12 (канал построения геометрического распределения) и анализатора 13 импульсов (канал построения статистического распределения) . С выхода импульсного детектора 12 выпрямленное напряжение, пропорциональное амплитуде входного импульса, поступает на вход Y самописца 14, на вход X которого подается напряжение, пропорциональное координате зондируемого участка полупроводника 6 с механизма 7 перемещения. Так происходит построение геометрического распределения удельного сопротивления. Измерение статистического закона распределения р осуществляется анализатором 13 импульсов в режиме амплитудного анализа, который производит построение зависимости числа импульсов с данной амплитудой А (с данным удельным сопротивлением) от величины амплитуды, т. е. построение амплитудной плотности распределения входных импульсов. Однако измеренная анализатором 13 импульсов плотность распределения импульсовФ(А) является искомой плотностью вероятности ) удельного сопротивления, т. е. Д- Л p(). только в том случае, если на каждый лока.льиый обтаем полупроводника 6 приходится одинаковое число зондируемых импульсов СВЧ мощности. Здесь N - суммарное число импульсов, получающееся после зондирования всех локальных частей полупровод ика 6. Требование постоянства числа импульсов на каждый зондируемый участок полупроводника 6 достигается посредством сипхро1 Н() }-:зменения частоты следования {„.(1) зоднирующих импульсов с изменением относите.ПзНой скорости перемещения исследуемого участка полупроводника 6 и области локализаЦии СВЧ поля. Это требование реализуется введением в устройство последовательно соединенных датчика 15 скорости перемещения полупроводника 6, подключенного к механизму 7 перемещения, и управляемого генератора 16 синхроимпульсов, подключенного выходами к генераторам пилообразных 2 и прямоугольных 9 импульсов. При этом датчик 15 скорости перемещения вырабатывает сигнал, величина которого пропорциональна относительной скорости зонзируемого участка полупроводника 6, а управляе.мый генератор 16 синхронимпульсов - синхроимпульсы запуска, частота следования которых попорциональна величине входного сигнала, поступающего с датчика 15 скорости перемещения. Синхронимпульсы запуска с выхода генератора 16 поступают на входы генераторов 2, 9 и запускают их в режим генерации. В итоге частота следования зондирующих импульсов оказывается синхронизированной с относительной скоростью перемещения зондируемого участка полупроводника 6; поэтому выполняется требуемое условие постоянства числа зондирующих импульсов. Итак, измеренная анализатором 13 импульсов амплитудная плотность распределения импульсов является искомой плотностью вероятности удельного сопротивления материала полупроводника 6. Измеренная плотность вероятности отображается в графическом виде самописцем 14 и может служить паспортом при опенке качества полупроводникового материала по удельному сопротивлению. Измерение статистического закона, распределения вре.мени жизни неравновесных

носителей осуществляе1;ся следующим образом.

СВЧ 1 генератор 1 работает на фиксированной частоте, соответствующей резонансной частоте резонатора с полупроводником. При этом импульсы фотопроводимости с длительностью, пропорциональной времени жизни носителей, образуются при освещении частей полупроводника 6 светодиодом 8, запитываемым генератором 9 прямоугольных импульсов, и подаются на анализатор 13 импульсов, находящийся в режиме временного анализа (в этом режиме анализатор осуществляет построение зависимости числа импульсов с данной длительностью от величины длительности). Работа механизма) 7 перемещения, датчика 15 скорости перемещения и управляемого генератора 16 синхрои.млульсов аналогична случаю измерения удельного сопротивления, поэтому плотность распределения импульсов по длительности, измеренная анализатором 13, является искомой плотностью вероятности времени жизни носителей ПП материала.

Таким образом, введение в устройство новых элементов приводит к возможности измерения статистических закономерностей распределения времени жизни неравновесных носителей и удельного сопротивления материала полупроводника. Положительный эффект проявляется в увеличении процентра выхода годных приборов и более эффективном (экономичном) использовании дорогостоящего ПП материала.

Формула изобретения

Устройство для измерения удельного сопротивления высокоомных полупроводниковых материалов и времени жизни свободных носителей тока по авт. св. № 347691, отличающееся тем, что, с целью расщирения функциональных возможностей путем одновременного измерения геометрических и статистических закономерностей распределения электрофизических параметров, в него введены последовательно соединенные датчик скорости перемещения и управляемый генератор синхроимпульсов, выходы которого соединены соответственно с входами генераторов пилообразных и прямоугольных импульсов, а датчик скорости перемещения подключен к механизму перемещения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 347691, кл. G 01 R 27/28, 1970 (прототип).