(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ПРИМЕСЕЙ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ
1
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения профиля концентрации легирующих примесей в полупроводниковых структурах - приборах, пластинах, пленках и т.д.
Известно устройство для определения концентрации примесей в полупроводниках, содержащее первый и вто- рой генераторы высокой частоты, генератор низкой частоты, усилитель, детектор, фильтр задатчик смещения и усилитель ГП .
Недостатком известного устройства является низкая/точность измерения.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство для определения концентрации примесей в полупроводниках, содержащее первый и второй избирательные усилители, усилитель, резистор, первый и второй высокочастотные генераторы, линейные детекторы, фильтр, усилитель постоянного
тока, задатчик опорного напряжения, логарифмический усилитель, вычитатель, переменный конденсатор 21.
Недостатком известного устройства является низкая точность измерения, обусловленная тем, что необходимая для измерения разностная частота получается с использованием преобразования, в канале измерения при этом ее подавление во втором уси10лителе затруднено, а также тем, что из-за использования линейных детекторов величина отношения сигнал шум в канале измерения недостаточна.
15
Цель изобретения - повышение точности измерения концентрации примесей .
Поставленная цель достигается -д тем, что в устройство для измерения концентрации примесей в полупроводниках, содержащее первый избиратель ный усилитель, второй избирательный усилитель, первый усилитель, соединенныи первым входом через первый резистор с выходом первого генератора, выходом с входом второго усилителя, вторым входом через фильтр с выходом усилителя постоянного тока, соединенного первымвходом с выходом задатчика опорного напряжения, логарифмический усилитель, соединенный выходом и входом с первым и вторым выходами устройства,,первые выходы второго усилителя соединены с первыми выводами испытуемого полупроводника, переменного конденсатора соответственно и выходом задатчика смещения, вычитатель, соединенный первым и вторым входами с вторым и первым выходами первого и второго генераторов соответственно, введены переключатель, дешифратор, индикатор, блок конденсаторов, повторитель, второй резистор, блок деления первый, второй, третий и четвертый синхронные детекторы, соединенные первыми входами с третьим выходом первого генератора, первый выход повторителя соединен с входом первого избирательного усилителя, второй выход - с первым входом второго избирательного усилителя, вход - с вторыми выводами испытуемого полупроводника и переменного конденсатора и первым входом переключателя, соединенного выходом с входом блока конденсатора и входом дешифратора, первый выход которого соединен с входом индикатора, второй выход - с вторым входом второго избирательного усилителя, соединенного выходом с первым входом блока деления, второй вход которого соединен с вторым входом первого усилителя, выход - с первым входом третьего синхронного детектора, соединенного выходом с входом логарифмического усилителя, вторым входом .с выходом вычитателя , выходом первый синхронный детектор соединен со вторым входом усилителя постоянного тока, первым входом - с выходом первого избирател : ного усилителя и вторым входом - с вторым входом второго синхронного детектора, соединенного выходом с третьим выходом устройства, четвертый выход которого соединен с выходом четвертого синхронного детектора, соединенного вторым входом с вторым выходом второго усилителя, выход второго генератора через второй резистор соединен с первым входом первого усилител
На чертеже приведена блок-схема устройства.
Устройство содержит первый 1 и второй 2 генераторы высокой частоты первый 3 и второй усилители, задатчик 5 смещения испытуемый полупроводник 6, переменный конденсатор 7, повторитель 8, первый избирательный усилитель 9, первый синхронный детектор 10, усилитель 11 постоянного тока, фильтр 12, второй синхронный детектор 13, второй избирательный усилитель 1, блок 15 деления, третий синхронный детектор 16, логарифмический усилитель 17, четвертый ринхронный детектор 18, вычитатель 19, переключатель 20, дешифратор 21, индикатор 22, блок 23 конденсаторов, первый 2 и второй 25 резисторы, задатчик 2б опорного напряжения.
Устройство работает следующий образом.
Высокочастотный сигнал f от генератора 1 через развязывающий резистор 2k поступает на вход усилите ля 3, куда поступает также высокочастотный сигнал частотой fq от генератора 2. С выхода усилителя 3 усиленный суммарный «сигнал поступает на вход усилителя Ц, который подавляет комбинационную частоту f -f, возникающую в усилителе 3, и разделяет частоты f и f,, что на конденсатор 7 и на вход синхронного детектора 18 поступает сигнал с частотой f, а на испытуемый полупроводник 6 - суммарный сигнал частотой . Конденсатор 7 компенсирует ток утечки, текущий через паразитную емкость испытуемого полупроводника 6 для того, чтобы сигнал на входе повторителя 8 был пропорционален только емкости (с) объединенного слоя полупроводника 6. Сигналы с частотой f -1 и frj, проходя через полупроводник 6, выделяются на малом реактивном сопротивлении блока 23 конденсаторов, переключаемых переключателем 20 в зависимости от измеряемой емкости полупроводника 6. Сигналы f и f г поступают на вход повторителя 8, с выхода которого сигнал через измерительный усилитель 9 выделяющий частоту f, поступает на входы синхронных детекторов 10 и 13. Опорный сигнал поступает на них от генератора 2 с частотой f. Детектор 13 настроен на сигнал проводимости, т.е. на вы ходе его регистрируют сигнал, пропорциональный проводимости G испытуемого полупроводника 6. Сигнал, пропорциональный емкости С полупроподника 6, поступает с детектора 10 на вход усилителя 11 постоянного тока, на второй вход которого поступает опорный сигнал с задатчика 26. Разностный сигнал усиливает усилитель 11 и через RC-фильтр 12 подает его на вход усилителя 3Обозначим амплитудные значения напряжения сигнала на выходе усилителя k через V, на выходе синхронного детектора 10 - V, на выходе 13 - V, синхронного детектора Д-ао Vc V-Cdi.(1) VG V-Q-d ,(2) где d, - некоторый коэффициент пропорциональности . Отрицательная обратная связь с в хода, детектора 10 через блоки 10 и 12поддерживает напряжение /ц с точ ностью % при изменении емкостиполу проводника не более, чем в 10 р из (1) (V А - const) . Тогда V-I V т.е. напряжение на выходе усилителя 4, поступающее на полупроводник 6, обратно пропорционально емкости и, следовательно, прямо пропорционально расстоянию X (глубине) Это напряжение поступает на синхронный детектор 18, детектируется, подается на стрелочный прибор и на горизонтальную развертку (Х) двухкоординатного самописца. На выходе синхронного детектора 13из формул (3) и (2) напряжение с ц т.е. обратно пропорционально доброт ности исследуемого полупроводника, и выводится на измерительный прибор и вертикальный вход самописца, что позволяет снять зависимость Q (Х). При прохождений сигналов с частотами f ., и f п через полупроводник они смешиваются на нелинейной емкос ти образца и на малом реактивном со противлении блока 23 выделяется наX, (5 пряжение V с -N где f J f Я - концентрация примесей. 6 Через повторитель 8 сигнал fj поступает на вход избирательного усилителя l через фильтр на его входе, подавляющий частоты f -;и fti, поступает на блок 15 деления. Блок 15 вырабатывает на выходе сигнал, пропорциональный отношению сигналов на его входах. На один его вход поступает сигнал с выхода фильтра 12, величина которого определяется по формуле (1), а на другой вход - сигнал определенный из формулы (5) и на его выходе будет напряжение Т.е. на выходе блока 15 деления си|- нал пропорционален концентрации примесей в полупроводнике. Сигнал с выхода блока 15 поступает на синхронный детектор 16, на который поступает опорный сигнал от вычитателя 19- На выходе вычитателя 19 выделяет сигнал разностной частоты f j f -, - f Q. Сигнал с выхода детектора 16 поступает на логарифмический усили- . тель 17. Сигналы с выходов усилите-, ля 17 и синхронного детектора 16 поступают на стрелочный прибор (или Цифровой) и на вертикальный вход Y двухкоординатного самописца. Переключатель 20 диапазона выдает управляющий сигнал, который поступает на шкалу индикатора 22 через дешифратор 21, сигнал с которого управляет шкалой индикатора 22, показывающей степень измеряемой концентрации (10 - 10®), соответствующую полному отклонению стрелки прибора. Дешифратор 21 вырабатывает управляющий сигнал, который поступает на избирательный усилитель 1, изменяя усиление его в 10 раз при изменении диапазона (шкалы) измерений. Таким образом, соединение выхода генератора 2 с входом усилителя 3 позволяет без преобразований в кана ле измерения концентрации получить частоту f 3 1 оптимально удобную для дальнейших преобразова- НИИ, упрощает схему подавления частоты f в выходном устройстве и г.д., позволяет ввести переключатель 20 пределов диапазонов на измеряемой глубине (емкости) обедненного слон полупроводникового образца. Включе-, ние переключателя диапазонов по глу бине X с положением Калибровка в цепь обратной связи позволяет изменить ток, текущий через образец, т.е. ртутным зондом одноф диаметра вести измерения всего динамического диапазона по измеряемой концентраци и глубине, исключить ошибку, возникающую при измерении образцов с емкостью, меньшей ЗПФ. Введение детектора 16 и 18 в цепи измерения концентрации и глубины позволяет увеличить линейность детекторов, увеличить соотношение сиг нал - шум, т.е. повыси,ть точность измерений. Введение детектора 10 в цепи обратной связи с опорным сигналом от высокочастотного генератора 1 исклю чает ошибку, возникающую на выходе линейного детектора известного устройства, который реагирует на комплексную составляющую тока через образец. Это позволяет измерять кон центрацию примесей в полупроводниках с низкой добротностью без допол нительных погрешностей. Введение блоков 21 и 22 и связи с блока 21 на избирательный усилитель И позволяет получать истинное значение концентрации N независимо от положения переключателя 20 диапазонов по глубине и изменения усиления в измерительном тракте концентрации, а это исключает работу с эталонным образцом по градуировке снятой зависимости концентрации от глубины N(X), что упрощает работу с устройством. Формула изобретения Устройство для измерения концент рации примесей в полупроводниках, , содержаи4ее первый избирательный Уси литель , второй избирательный усилитель, первый усилитель, соединенный первым входом через первый резистор ;С выходом первого генератора, выхо1ДОМ с входом второго усилителя, вто рым входом через фильтр с выходом усилителя постоянного тока, соедине ного первым входом с выходом задатч ка опорного напряжения, логарифмиче кий усилитель, соединенный выходом и входом с первым и вторым выходами устройства, первые выходы второго усилителя соединены соответственно с первыми выводами испытуемого полу проводника, переменного конденсатора соответственно и выходом задатчика смещения, вычитатель, соединенный первым и вторым входами с вторым и первым выходами первого и второго генераторов соответственно, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в устройство введены переключатель, дешифратор, индикатор, блок конденсаторов, повторитель, второй резистор, блок деления, первый, второй, третий и четвертый синхронные детекторы, соединенные первыми входами с третьим выходом первого генератора, первый выход повторителя соединен с входом первого избирательного усилителя , второй выход - с первым входом второго избирательного усилителя, вход - с вторыми выводами испытуемого полупроводника и переменного конденсатора и первым входом переключателя, соединенного выходом с входом блока конденсатора и входом дешифратора, первый выход которого соединен с входом индикатора, второй выход - с вторым входом второго избирательного усилителя, соединенного выходом с первым входом блока деления, второй вход которого соединен с вторым входом первого усилителя, выход - с первым входом третьего синхронного детектора, соединенного выходом с входом логарифмического усилителя, вторым входом с выходом вычитателя, выходом первый синхронный детектор соединен с вторым входом усилителя постоянного тока, первым входом - с выходом первого избирательного усилителя и вто- . рым входом - с вторым входом второго синхронного детектора, соединенного выходом с третьим выходом устройства, четвертый выход которого соединен с выходом четвертого синхронного детектора, соединенного вторым входом с вторым выходом второго усилителя, выход второго генератора через второй резистор соединен с первым входом первого усилителя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 658507, кл. G 01 R 31/26, 1979. 2.Приборы и техника эксперимента. 1979, W, с. 258-261 (прототип).
