Устройство для измерения времени жизни неосновных носителей тока в полупроводниках Советский патент 1982 года по МПК H01L21/66 

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ ЖИЗНИ НЕОСНОВНЫХ НОСИТЕЛЕЙ ТОКА В ПОЛУПРОВОДНИКАХ

1

Изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности к , измерению электро-физических параметров полупроводниковых монокристаллов.

Известно устройство для измерения времени жизни неосновных носителей тока в полупроводниках, содержащее источник света, коллекторный контакт, измеритель фото-ЭДС 1 .

Однако устройство имеет большую погрешность измерения жизни неосновных носителей тока из-за малой амплитуды сигнала, несущего в себе информацию в низкое быстродействие из-за необходимости дополнительной обработки полученной информации.

Наиболее близким техническим решением к преплагаемому является устройство для измерения времени жизни неосновных носителей тока полупроводниковых монокристаллов, содержащее испытуемый образец, датчик переходного сопротивления контакта инжекционного зонда, генератор спаренных импульсов, ограничитель импульсов и осциллограф 2.

Недостатками известного устройства являются невысокая достоверность результатов измерения и большие затраты времени на получение окончательного результата измерения времени жизни неосновных носителей.

Цель изобретения - повышение достоверности результатов измерения и увеличение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения времени жизни неосновных носителей тока в полупроводниках, содержащее последовательно соединенные генератор одиночных импульсов, элемент задержки и суммирующий блок, соединенный другим входом с выходом генератора одиночных импульсов, преобразователь напряжение-ток, датчик с измерительными зондами для подключения исследуемого образца и блок регистрации, иведены четыре ключа, второй и третий преобразователи напряжение-ток, дополнительный элемент задержки, элемент сравнения с блоком уставки, гене ратор импульсов, счетчик, конденсатор и резистор, причем выход суммирующего блока через первый преобразователь напряжение-ток соединен с входом датчика, первый выход которого подключен к входу первого и второго ключей, выходы которых соответственно через второй и третий преобразователи напряжение-ток соединены с первой обкладкой конденсатора и входом третьего ключа, управляющий вход которого через дополнительный элемент задержки соединен с управляющим входом второго и выходом генератора одиночных импульсов, выход элемента задержки соединен с управляющим входом первого ключа, выход третьего клю ма подключен к первому входу элемента сравнения и к первому выводу резистора, второй вывод которого соединен с второй обкладкой конденсатора, подключенной к второму выходу датчика, выход блока уставки соединен с вторым входом элемента сраснения, выход которого соединен с управляющим входом четвертого ключа, соединенного через счетчик с блоком регистрации, к входу чет вертого ключа подсоединен генератор импульсов. На чертеже представлена структурная схема поедлагаемого устройства. . Устройство содержит генератор 1 одиночных импульсов, суммирующий блок 2, элемент 3 задержки, преобразователи k-6 напряжение-ток, ключи 7-10, датчик 11, исследуемый образец 12, блок 13 уставки, дополнительный элемент I задержки, элемент 15 сравнения, конденсатор 16, резистор 17 генератор 18 импульсов, счетчик 19 блок 20 регистрации. Устройство работает следующим образом. Генератор t вырабатывает серию импульсов , период следования которых больше времени, рекомбинации неравновесных носителей инжектированных в образец. С выхода блока 2 через преобразователь Ц напряжение-ток и измерительные -зонды датчика 11 на образец 12 поступают два импульса тока, формируемых генератором 1 и элементом 3 задержки. Инжектируемые в образец неосновные носители первым импуль сом изменяют проводимость образца 12 9 4 в области контакта. По окончании первого импульса концентрация неосновных носителей заряда уменьшается за счет процесса рекомбинации. Этому соответствует увеличение сопротивления образца и возвращение его к исходной величине. Изменение сопротивления образца измеряется между зондами с помощью второго импульса в зависимости от времени задержки элемента 3На время действия первого импульса на выходе блока 2 открывается ключ 7 и преобразователь 5, формирующий ток положительного знака, пропорциональный уровню напряжения на его входе, обеспечивает заряд конденсатора 16 до значения напряжения, пропорционального падению напряжения на переходе от первого импульса. Установившееся напряжение на конденсаторе 16 хранится до момента появления на выходе блока 2 второго импульса, который , помимо воздействия на контакт зонд-образец, открывает ключ 8 и формирует на выходе преобразователя 6 . ток отрицательной, величины, пропорциональной изменившемуся значению падения напряжения на переходе. За время второго импульса происходит разряд конденсатора 16. Напряжение U на обкладках конденсатора 16 после воздействия первого импульса, равно U.. I-i-t-i а после воздействия второго импульса где и и и напряжение на обкладках конденсатора после воздействия соответствующих импульсов;t. и t - длительность первого и второго импульсов соответственно; 1 и I - значения токов с выхода преобразователей 5 и 6, которые пропорциональны значениям падения напряжения на контакте зонд-образец после воздействия первого и второго импульсов соответственно. После окончания второго импульса открывается ключ 9, создающий цепь для разряда конденсатора через резис тор 17 с постоянной времени RC. Напр жение Uj. на конденсаторе 16, изменяю щееся по закону i;/r и и - I , поступает на вход элемента 15 сравне ния, на второй вход которого поступа ет сигнал Uycr блока 13. При выполнении условия U, элемент 15 сравнения обеспечивает открывание ключа 10, подключающего генератор 18 ко входу счетчика 19Счетчик 19 осуществляет счет импуль сов до тех пор, пока на входе элемента 15 сравнения не наступает усло вие и 5 U,jj.-p, при выполнении которого элемент 15 производит запира ние ключа 10. Число N, получившееся в счетчике к этому моменту, пропорционально вы ражению N t -c( ,,). С учетом того, что величина Ey,Uci пропорциональна времени жизни U, и с учетом постоянной поправки tp tv.UvCT N t + Таким образом, если счетчик 19 начи нает счет с числа,то в конце цикла измерения результат показаний счетчи ка пропорционален времени жизни. Ре зультат фиксируется в регистрирующем блоке 20 и может быть передан для дальнейшей обработки. Путем подбора постоянной времени можно легко добиться равенства числа полученного в счетчике, и времени жизни. Предлагаемое устройство позволяе существенно повысить достоверность результата измерения и увеличить бы стродействие более чем в 2 раза. Формула изобретения Устройство для измерения времени жизни неосновных носителей тока в полупроводниках, содержащее последовательно соединенные генератор одиночных импульсов, элемент задержки и суммирующий блок, соединенный другим входом с выходом генератора одиночных импульсов, преобразователь напряжение-ток, датчик с измерительными зондами для подключения исследуемого образца и блок регистрации, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности результатов измерения и увеличения быстродействия, в него введены четыре ключа, второй и третий преобразователи напряжение-ток, дополнительный элемент задержки, элемент сравнения с блоком уставки,генератор импульсов, счетчик, конденсатор и резистор, причем выход суммирующего блока через первый преобразователь напряжениеток соединен с входом датчика, первый выход которого подключен к входу первого и второго ключей, выходы которых соответственно через второй и третий преобразователи напряжениеток соединены с первой обкладкой конденсатора и входом третьего ключа, управляющий вход которого через дополнительный элемент задержки соединен с управляющим входом второго ключа и выходом генератора одиночных импульсов, выход элемента задержки соединен с управляющим входом первого ключа, выход третьего ключа подключен к первому входу элемента сравнения и к первому выводу резистора, второй вывод которого соединен с второй обкладкой конденсатора, подключенной к второму выходу датчика, выход блока уставки соединен с вторым входом элемента сравнения, выход которого соединен с управляющим входом четвертого ключа, соединенного через счетчик с блоком регистрации, к входу четвертого ключа подсоединен генератор импульсов. I Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Наупег J. R., Phys. Rev. 1951, 81, fP 5, p. 835. 2.Ковтонюк Н. Ф. и др. Измерения параметров полупроводниковых материалов. Изд. Металлургия, 1970, с. 206-209 (прототип).