Устройство измерения электрофизических характеристик полупроводников Советский патент 1981 года по МПК H01L21/66 G01R31/26 

1. , V,

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для исследования электро(1 1зических характеристик полупроводниковых материалов в процессе их технологической обработки.

Известно устройство для измерения электрофизических характеристик полупроводииков, имеющее клеммы для крепления исследуемого пблупроводникойого образца, источник постоянного магнйт;.ного ПОЛЯ, источник света, и выходное устройство, регистрирующее ток короткого замыкания фотомагнитного эффек та 1.

Недостатком устройства является невозможность измерения электрофизических характеристик полупроводника непосредственно в процессе ионного распыления из-за шумов ионного потока.

Известно устройство для измерения электрофизических характеристик полупроводника, содержащее две клеммы для подключения исследуемого образца, одна из которых заземлена, источник постоянного тока, подключенный к незаземленной клемме, источник переменного магнитного поля,источни1 потока

ионов, узкополосовый фильтр и регистрирующий прибор 2 .

Недостатком устройства является то, что оно не обеспечивает возможности непосредственного измерения величины эффективного времени жизни носителей, тока, неработоспособно в процессе ионного распыления, так как -при распылении ионами высоких

10 энергий уровень шумовой помехи потока ионов сильно возрастает, случайная погрешность измерения значительно увеличивается.

Цель изобретения - повышение точ15ности и обеспечение возможности измерения величины эффективного времени жизни носителей тока в исследуемом образце непосредственно в процессе ионного распыления.

20

Поставленная цел1 достигается тем, что устройство измерения электрофизических характеристик полупроводников, содержащее две, клеммд для соединения с исследуемым образцом,

25 одна из которых заземлена, а другая соединена с источником постоянного тока, две полевые пластины, источник постоянного магнитного поля, источник потока ионов, узкополосный фильтр 30 и цифровой регистрирующий прибор. снабжено опорным генератором гармони ческого напряжения, управляемым генератором гармонического напряжения, перввлй и вторым смесителями, полосовйм фильтром, усилителем с дифференциальным выходом, фазовЕлм дискриминатором, преобразователем период цифра, фазосдвигателем, блоком упра ления, блоком поиска и ключом, приче опорный генератор через первый вход первого смесителя, полосовой фильтр и усилитель с дифференциальным выходом соединен с полевыми пластинами, источник постоянного тока через второй смеситель, узкополосный фильтр, фазовый дискриминатор, ключ и блок управления соединен с управляюцим входом управляемого Генератора, выхо которого соединен со вторыми входами первого и второго смесителей, выход фазового дискриминатора соединен с входом блока поиска, один из выходов которого соединен с управляющим входом управляемого генератора, а второй - с управляющим входом ключа, выход полосового фильтра через преобразователь период-цифра соединен со входом цифрового регистрирующего прибора, выход опорного генератора через фазосдвигатёль подсоединен ко второму входу фазового дискриминатор На чертеже представлена функциональная схема устройства измерения электрофизических характеристик полу проводников , Устройство содержит две клеммы 1 исследуемый образец 2, две полевые пластины 3, источник 4 постоянного магнитного поля, источник 5 постоянного тока, источник 6 потока ионов, узкополосный фильтр 7, цифровой регистрирующий прибор 8, опорный генератор 9 гарманического напряжения, управляемый генератор 10 гарманичес кого напряжения, первый и второй сме сители 11 и 12, полосовой фильтр 13 усилитель 14 с дифференциальным выходом, фазовый, дискриминатор 15,преобразователь 16 период-цифра, фазо сдвигатёль 17, блок 18 управления, блок 10 поиска и ключ 20. Устройство работает следующим образом. При отсутствии потока ионов и при воздействии на испытуемый образец 2 через клеммы 1 источника питания постоянного тока 5, и взаимно ортог нальных постоянного магнитного поля от источника 6 и переменного электр ческого поля через полевые пластины 3, на незаземленной клемме 1 формируется переменное напряжение с частотой изменения переменного электри ческого поля полевых пластин 3. Амп туда этого напряжения выражается kl|-Bg-f (и.|4). где k - коэффициент, зависящий от объемных и ге метрических параметров исследуемого образца, 1 - ток источника 5 постоянного тока, Bg - индукция магнитного поля создаваемого источником 6 постоянного магнитного поля, f() функция амплитуды напряжения приоженного к полевым пластинам 3,описывающая полевой гальваномагниторекомбинационный эффект. На полевые пластины 3 через фильтр 13 подаются переменные напряжения в противофазе с выхода усилителя 14. Частота выходного напряжения полосового фильтра 13 в результате преобразования частоты с помощью смесителя 11 определяется ,,(t) ) - гле 0(tJ - частота управляемого генератора 10, f9 - частота опорного reHepafopa 9, f - граничная частота полевого гальваномагниторекомбинационного эффекта. При этом поверхностные электростатические потенциалы и скорость поверхностной рекомбинации на гранях исследуемого образца 2 под полевыми пластинами 3 изменяются по синусоидальному закону противофазно и обеспечивается линейность функции f ( Ц) const и... Частота f связана с измеряемой величиной эффективного времени жизни г фф носителей тока в образце 2 формулойtT 1/2 Ttf t/Z где TO - период. Причем частота тд определяется как частота выходного переменного напряжения исследуемого образца 2, при котором фаза этого напряжения отстает на относи- тельно фазы переменного напряжения с частотой fjj на полевых пластинах 3. Частота выходного напряжения исследуемого образца 2 преобразуется с помощью смесителя 12 S - о) 9 т.е. при изменении частоты tf0(t) генератора 10 и изменении частоты сигнала на полевых пластинах 3, частота f-j выходного сигнала узкополосного фильтра 7 постоянна. Разница фаз сигнала на выходе узкополосного фильтра 7 и выходного сигнала опорного генератора 9 определяется как Л A%+u4 4 + AV2f где йЧ;(- сдвиг фазы сигнала в полосовом фильтре 13,.- сдвиг фазы сигнала в усилителе 14, fik f 2. - сдвиг фазы в исследуемом образце 2. Фазовый сдвиг вносимый фазосдвигателем 17 выбран из условия 45° При этом сигнал ошибки Оу, на выходе фазового дискриминатора 15 появляется при разности выходного сигнала исследуемого образца 2 и сигнала на полевых пластинах 3 отличной от , т.е. Г/4При распылении потоком ионов одной грани образца 2, перпендикулярной потоку ионов, на выходе образца генерируется интенсивный шумовой сигнал. При этом устройство работает в два режима - в режиме поиска и ре жиме слежения. В режиме поиска, когда|(Уц / 0, т.е. ,(t) fp, выходным сигналом первого выхода блока 19 поиска час|тота управляемого генератора 10 изменяется по пилообразному закону. При этом ключ 20 разомкнут. В момен когда ) -xfo, т.е./сГ,/ «.О, выходным сигналом второго выхода блок 19 поиска ключ 20 замыкается и подключает выход фазового дискриминато 15 к входу блока 18 управления. Этим осуществляется автоматический переход устройства в режим слеж ния. При этом выходной сигнал блока 18 управления автоматически поддерживает частоту f, управляемого гене ратора 10 в таких пределах, чтобы . Р этом выходной сигнал полосового фильтра 13 с частотой . ,(t) fo(t) поступает на вход пре образователя период-цифра 16, с выхода которого цифровое значение периода f( t), равное Т( t) ,(t) поступает на регистриру щий прибор 8. В процессе ионного распыления ве личина в исследуемом образце 2 изменяется во времени из-за кинетических процессов дефектообразования и на выходе регистрирующего устройс ва 8 непосредственно в процессе рас гоапения регистрируется измеряемай временная заэисимость 9фф( t) . Таким образом, устройство обеспе чивает возможность прямого измерени величины эффективного времени жизни носителей тока без привлечения допо нительных теоретических расчетов непосредственно в процессе ионного распыления, а также автоматизацию измерения временной зависимости величины эффективного времени жизни но сителей тока от характеристик ионного потока. При распылении ионами высоких энергий на полезный сигнал на клемкю 1 накладывается интесивная шумовая помеха потока ионов. Использование автослежения по фазе и измерение величины эффективного времени жизни носителей тока путем преобразования Эфф (t ),( t } позволяет снизить случайную погретиность измерения до потенциально достижимого в измерительной технике №1нимума, так как автоследящий фазовый фильтр, который реализован в предлагаемом устройстве имеет минимально достижимую шумовую полосу пропускания. Использование устройства особенно эффективно при технологическом контроле поверхностей полупроводников подвергаемых ионному распылению, а также при научных исследованиях поверхностных явлений в полупроводниках. Устройство может быть использовано также при электронном и фотонном расшАлении. Формула изобретения Устройство измерения электрофизических характеристик полупроводников, содержащее две клеммы для соединения с исследуелвдм образцом, одна из которых заземлена, а другая соединена с источником постоянного тока,две полевые пластины, источник постоянного магнитного поля, источник потока ионов, узкополосный фильтр и цифровой -регистрирующий прибор, о т л и-чГ а ю щ е е с я тем, что, с цёлью повышения -точности и o6ecne ieния возможности измерения величины эффективного времени жизни носителей тока в исследуемом образце непосредственно в процессе ионного распыления, оно снабжено опорным генератором гармонического напряжения, управляемым генератором гармонического напряжения, первым и вторым смесителями, полосовым фильтром, усилителем с дифференциальным выходом, фазовым дискриминатором, преобразователем период-ци фа, фазосдвигателем,блоком управления, блоком поиска и ключом, причем опорный генератор через первый вход первого смесителя, полосовой фильтр и усилитель с дифференциальным выходом соединен с полевыми пластинами, источник постоянного тока через второй смеситель,узкополосный фильтр, фазовый дискриминатор, ключ и блок управления с управляющим . входом управляемого генератора, выход которого соединен со вторыми входами первого и второго смесителей, выход фазового дискриминатора соединен с входом блока поиска, один из выходов которого соединен с управляющим входом управляемого генератора, а второй - с управляющим входом ключа, выход полосового фильтра через преобразователь период-цифра, соединен со входом цифрового регистрирующего прибора,, выход опорного генератора через фазосдвигатель подсоединен ко второму входу фазового дискриминатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Зуев В.А., Саченко А.В., Толпыго К.Б. Неравновесные приповерхностные процессы в полупроводниках полупроводниковых приборах. Советское радио, 1977, с. 148. 2.Авторакое свидетельство СССР о заявке 2678528/18-25, от 3.10.78.