Устройство для регистрации параметров двухполюсников Советский патент 1982 года по МПК H01L21/66 

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ДВУХПОЛЮСНИКОВ

1

Изобретение относится к технике измерения параметров двухполюсников и может быть использовано для измерения параметров и восстановления характеристик неоднородных линейных маматериалов, например для измерения удельного сопротивления и восстановления функциональной зависимости удельного сопротивления полупроводникового монокристалла от его длины.

Известно устройство для компарирования неравнономинальных сопротивлений, содержащее преобразователь величины каждого из сопротивлений в аналоговый сигнал, первый выход которого соединенС первым входом масштабного преобразователя и первым входом компаратора аналоговых сигналов , второй вход которого соединен с выходом блока вычитания, первый вход которого соединен с вторым выходом преобразователя величины каждого из сопротивлений в аналоговь1Й.сигнй1Л, причем выход компаратора аналоговых сигналов через первый и второй ключи соединен соответственно с входом блока вычитания модуля сигнала с запоминанием и первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом блока вычитания модуля сигнала с запоминанием и управляющим входом масштабного преобразователя, выход которого через третий ключ соединен с вторым входом блока вычитания и выходом четвер-- того ключа, вход которого соединен с входом масштабного преобразователя fl .

Известно также устройство для измерения параметров двухполюсников, их отношения и относительного отклонения, от номинального и образцового значений, содержащее образцовый 20 двухполюсник, источник опорного напряжения и преобразователь параметра, при этом управляющий вход преобразователя соединен с блоком задания режима, сигнальный вход преобразователя подключен к первой входной клемме, а опорный вход преобразователя соединен с одним из выводов образцового двухполюсника, причем один из неподвижных контактов коммутатора соединен с второй входной клеммой, другой неподвижный контакт коммутатора соединен с вторым выводом образцового двухполюсника, а подвижный контакт коммутатора подключен к входу преобразователя параметра, выход которого через управляемый преобразователь соединен с.одним из входов компаратора, другой вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а выход компаратора подключен к входу блока управления, первый выход которого соединен через источник компенсирующего напряжения с управляющим входом управляемого пре образователя, второй выход блока управления подключен к входу блока задания режима, а третий выход блока управления соединен с управляющим входом коммутатора t lНедостатками известных устройств являются низкое быстродействие, объясняющееся необходимостью проведения большого числа измерений, а также невысокая точность, присущая всем анало говым устройствам. Цель изобретения - повышение быстродействия и точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для регистрации параметров двухполюсников, содержащее преобразователь параметра и источник опорных напряжений, подключенный выходом к первому входу компаратора, блок управления, в него введены блок памяти, блок вычисления координат, датчик линейных перемещений с измерительной головкой, три блока вычитания, блок анализа знака, триггер, два элемента задержки, четыре элемента ИЛИ, двенадцать элементов совпадения, блок регистрации, причем первый выход блока памяти подключен к одному входу первого блока вычитания, к другому входу которого подключен агорой выход блока памяти, а к . выходу - первый вход первого элемента совпадения, выход которого через первый /вход первого элемента ИЛИ подключен к первому блока памяти, инверсный третий выход блока памяти соединен с вторым входом первого элемента совпадения, а прямой третий выход блока памяти подключен к первому входу второго блока вычитания и первому входу второго элемента совпадения, четвертый выход блока памяти соединен с первым входом третьего элемента совпадения и вторым входом второго блока вычитания, выход которого подключен к первому входу четвертого элемента совпадения, выход которого через первый элемент

задержки соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, пятый выход блока памяти через первый вход пятого элемента совпадения соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом блока памяти, шестой выход которого подключен к первому входу третьего блока вычитания, седьмой выход блока памяти через первый вход шестого элемента совпадения соединен с одним входом третьего элемента ИЛИ, другой вход которого подключен к выходу седьмого элемента совпадения, один вход которого подключен к входу пятого-элемента совпадения, выход третьего элемента ИЛИ подключен к второму входу третьего блока вычитания, выход которого соединен с первым входом компаратора, подключенного выходом к входу блока анализа знака, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента совпадения, инверсным входом восьмого элемента совпадения и первым входом источника опорных напряжений, через первый диод - с инверсными входами пятого и четвертого элементов совпадения, а через второй диод -, с входом триггера , первый выход которого подключен к второму входу шестого элемента совпадения, а второй - к другому входу седьмого элемента совпадения и к третьему входу третьего элемента совпадения, выход которого через первый вход четвертого элемента ИЛИ соединен с входом блока вычисления координат, подключенного выходом через вторую линию задержки -к третьему входу блока памяти к входу блока управления, выход которого соединен с одним входом преобразователя параметра, другой вход которого подключен к датчику линейных перемещений с измерительной головкой, выход преобразователя параметра подключен к четвертому входу блока памяти, через вход восьмого элемента совпадения - к входу блока регистрации, через первый вход девятого элемента совпадения к пятому входу блока памяти, а через первый вход десятого элемента совпадения г к второму входу второго элемента ИЛИ, выход датчика линейных перемещений соединен с первыми входами одиннадцатого и двенадцатого элементов совпадения, выходы которых подключены соответственно к шестому и седьмому входам блока памяти, первая и вторая входные клеммы соединены соответственно с подключенными па раллельно вторыми входами двенадцатого и десятого элементов совпадения и вторыми входами девятого и одиннадцатого элементов совпадения., а третья входная клемма подключена к второму входу источника опорных напряжений и через второй вход второго элемента совпадения - к второму входу четвертого элемента ИЛИ. На чертеже представлена функциональная схема устройства. Устройство содержит блок 1 памяти, блок 2 вычисления координат, блок 3 управления движением измерительной головки, преобразователь параметра, датчик 5, линейных перемещений с измерительной головкой, блоки 6-8 вычитания, компаратор 9 блок 10 анализа знака, триггер 11, источник 12 опорных напряжений, элементы 13 и 14 задержки, элементы ИЛИ 15-18 элементы совпадения, блок 31 регистрации, клемму записи и Fvnax 32, клемма 33 записи t р, и Риии клемма З Пуск. При восстановлении зависимости удельного сопротивления полупроводникового монокристалла от его длины с заданной точностью о работа устройства происходит следующим образо В исходном состоянии в блоке 1 памяти записаны нули, на первом выходе триггера 11 - положительный по тенциал, на втором - отрицательный. Измерительная головка вместе с датчиком 5 линейных перемещений находи ся в крайнем левом положении на пол проводниковом образце. На выходе пр образователя k - напряжение Up jj, соответствующее измеренному удельно му сопротивлению Руу, выходе датчика 5 напряжение U , соответствующее измеренному расстоянию ttaVb-OT начала отсчета. Напряжения йжчи ир поступают на входы элементов 19 и 21 совпадения, при нажа тии кнопки клеммы 32 записи, информация об измеренных значе 9 ниях tjriih и заносится в ячейки блока 1 памяти. Затем измерительная головка вместе с датчиком 5 линейных перемещений переводится в крайнее правое положение на полупроводниковом монокристалле. На выходе преобразователя k параметра и датчика 5 линейных перемещений формируются соответственно напряжения Uр и Ug , соответствующие измеренным знамениям удельного сопротивления PWIM расстоянию начала отсчета. Эти напряжения Up . и Ug поступают на входы эле ентов 20 и 22 совпадения. При нажатии кнопки клеммы 33 записи I ах FW-IM информация об измеренных значениях vrtcfn заносится в ячейки блока 1 , с выходов которого сигналы, соответствующие подаются на первый и второй входы блока 7 вычитания, на выходе которого образуется разностный сигнал, поступающий на первый вход элемента 26, на второй вход которого подается сигнал в обратном коде с инверсного выхода блока 1 памяти. Так как в исходном состоянии в ячейке блока 1 памяти записан нуль, разностный сигнал проходит через элемент 2б совпадения и через первый вход элемента ИЛИ 17 заносится в ячейку блока 1 памяти. Таким образом, на.второй вход элемента 2б совпадения синверсного выхода блока 1 памяти поступает запрет на прохождение разностного сигнала -U . К e.fnin С прямого третьего выхода блока 1 памяти сигнал Ug подается на первый вход блока 8 вычитания и первый вход элемента 28 совпадения. На второй вход блока 8 с четвертого выхода блока 1 памяти подается нулевой сигнал, а разностный сигнал через элемент 27 не проходит, так как на второй его вход не поступает разрешающий сигнал. Сигнал выхода блока 1 памяти проходит через элемент 23, так как на него поступает разрешающий потенциал с первого выхода триггера 11, и через первый вход элемента ИЛИ 16 подается на первый вход блока 6, на второй вход которого проходит сигнал . С выхода блока 6 разностнь1й сигнал иду иу д fW-wi подается на второй вход компаратора 9. Таким образом, устройство rotOBO к работе в автоматичес- ком режиме.

При нажатии кнопки клеммы Пуск сигнал поступает на вход источника 12, на выходе которого формруется сигнал и,соотаетствующий требуемой точности (Г восстановления функциональной зависимости. Этот сигнал подается на первый вход компратора 9. в котором он сравнивается с сигналом , поступающим на второй вход. Разностный сигнал (идл-и.г) подается на вход блока 10 анализа знака. В зависимости от знака сигнала возможны различные режимы дальнейшей работы устройства.

Если (Uup-U)0, сигнал проходит через диод Д2 и поступает на вход триггера 11, который переходит в пртивоположное состояние, запирая элемент 23 и открывая элемент 2k. При. нажатии кнопки Пуск на второй вход элемента 28 также подается разрешающий сигнал, тогда напряжение Ug через этот элемент и элемент ИЛИ 18 поступает на блок 2 вычисления координат, который, действуя, например, по принципу дихотомии, вырабатывает сигнал Ug/2, соответствующий новому положению измерительной головки. Этот сигнал, пройдя элемент 13 задержки, запоминается в ячейке блока 1 памяти, а также подается на блок 3 управления, который и приводит измерительную го- . ловку в новое положение. На выходе преобразователя k формируется напряжение Up , соответствующее измеренному значению удельного сопротивления р . Это значение запоминается в ячейке блока 1 памяти, с выхода которого сигнал Up через открытый элемент 2 и элемент ИЛИ 16 поступает на вход блока 6.

Разностный сигнал ftn-i сравнивается затем в компараторе 9 с напряжением Off, задающим точность восстановления функции. Если (U jpUjf)0, сигнал, пройдя диод Д2, оставляет триггер 11 в прежнем состоянии. Сигнал с выхода триггера 11 поступает на вход элемента и вхо элемента 29, на другой вход которого подается сигнал Ug с выхода блока 1, а на третий вход - положительный сигнал с выхода блока 10. Тогда сигнал Ug , пройдя элемент 29 совпадения и элемент ИЛИ 18, поступает на блок 2. Вычисляется новая координата, и сигнал Ug, соответствующий ее значению, через элеX

мент 17 задержки поступает на вход блока 3 управления, а также запоминается в ячейке блока 1 памяти. Блок 3 управления переводит измерительную 5 головку в новое положение на полупроводниковом монокристалле. С выхода преобразователя k параметра сигнал ир , соответствующий измеренному значению удельного сопротивления fy , поступает на вход блока 1 памяти, с выхода которого, пройдя через элемент 2 совпадения и элемент ИЛИ 16, поступает на вход блока 6 вычитания. Разностный сигнал

15 сравнивается с сигналом Ujt в компараторе 9- Знак сформированного компаратором 9 сигнала анализируется в блоке 10 анализа знака.

20 Если же (идр-и)0, на вход триггера 11 не поступает никакого сигнала , и он возвращается в исходное состояние. Таким образом, на вход элемента 23 совпадения подается разрешающий сигнал, а на вход элемента 2k совпадения поступает сигнал, запирающий ее. Тогда напряжение Upj с выхода блока 1 памяти через элемент ; совпадения и элемент .

30 ИЛИ 16 поступает на первый вход блока 6 вычитания.

Отрицательный сигнал ( подается также на вход элемента 29 совпадения, запирая ее, на вход Останов источника 12 опорных напряжений и инверсный вход элемента 30 совпадения. При этом на второй вход компаратора 9 перестает поступать напряжение U, а сигнал U,, ,

дд соответствующий измеренному удельному сопротивлению Pj , с выхода преобразователя k параметра через элемент 30 совпадения поступает на вход блока 31 регистрации. Отрицательный сигнал (идр-и) через первый диод Д1 поступает одновременно на инверсные входы элементов 25 и 27. I В этом случае содержимое ячейки Up, блока 1 памяти через вхбд элемента 25 совпадения и вход элемента ИЛИ 15 записывается в ячейку блока 1 памяти. Таким образом, теперь си1- нал Up . Up поступает на второй вход первого блока 6 вычитания, на выходе которого формируется напряжение . . Это напряжение поступает на второй вход компаратора 9 но сравнения с напряжением Of не происходит, так как источник

12 опорного напряжения заблокирован отрицательным сигналом идр-и с) , сформированным на предыдущей итерации. Устройство, таким образом, подготовлено к дальнейшей работе.

На первый вход элемента 27 совпадения подается разностный сигнал поступающий с выхода блока 8 вычитания, на первый вход которого с выхода блока 1 памяти подается сигнал Ug, соответствующий длине образца, а на второй вход сигнал Ug , соответствующий значению координаты точки на полупроводниковом монокристалле, в которой ,

Сигнал J4g Ug-Ug

где U.t,Uc --и

Проходит через элемент 27. элемент И задержки и поступает на второй вход элемента ИЛИ 17 с выхода которого он подается на вход блока 1 памяти и запоминается в ячейке. Напряжение Up соответствует длине той части полупроводникового монокристалла, на которой требуется продолжение измерений с целью восстановления характеристики. Таким образом, с помощью ряда измерений в заранее вычисленной, например методом дихотомии, последовательности точек на полупроводниковом монокристалле на первой итерации, определяется точка, находящаяся на расстоянии от торца монокристалла, такая, что разность удельных сопротивлений в этой, точке и на торце {Я2 -рп11и) меньше заданной погрешности сГ восстановления зависимости удельного сопротивления р от длины полупроводникового образца 1. Следующая итерация опять начинается нажатием кнопки Пуск. При этом напряжение Ug , соответствующее длине той части монокристалла, на которой необходимо продолжать измерения, через элемент 28 совпадения и элемент ИЛИ 18 поступает на вход блока 2 вычисления координат, который вычт сляет значение координаты нового положения измерительной головки. Далее эта координата запоминается в ячейке блока 1 памяти, а блок 3 управления движением из-мерительной головки 3 переводит измерительную головку преобразователя k параметра в новое положение. Измеренное удельное сопротивление р запоминается в ячейке 2 блока 1 памяти. При нажатии кнопки Пуск (клемма 3) разблокируется источник 12 опорных напряжений, который формирует

на своем выходе напряжение О а, соответствующее требуемой точности восстановления характеристики. Напряжение Ujj, которое может меняться по заранее заданной программе, подается на вход компаратора 9i который сравнивает сигналы и др и }ff. Знак разности (иду-и) анализируется в блоке 10 анализа знака. В зависимости от знака этой разности возможны различчые варианты дальнейшей работы устройства, аналогичные описанным. Таким образом, на каждой итерации устройство определяет отрезок а, bj на образующей полупроводникового монокристалла разность удельных сопротивлений на концах которого (f-p) меньше заданной погрешности {f, т.е. в процессе функционирования предлагаемого устройства восстанавливается полностью функциональная зависимость удельного сопротивления р полупроводникового монокристалла от его длины практически с любой заданной точностью.

Использование изобретения повышает быстродействие за счет сокращения числа измерений и точность измерений, так как измерения производятся не в произвольных точках, а в заранее вычисленной последовательности точеИ позволяет ликвидировать субъективизм связанный с принятием решений человеком-оператором, а также уменьшить потери годной продукции за счет повышения точности измерений.

Формула изобретения

Устройство для регистра1 ии параметров двухполюсников, содержащее преобразователь параметра и источник опорных напряжений, подкт)ченный выходом к первому входу компаратора, блок управления, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности измерения, в него введены блок памяти, блок вычисления координат, датчик линейных перемещений с измерительной головкой, три блока вычитания, блок анализа знака, триггер, два .элемента задержки, четыре элемента ИЛИ, двенадцать элементов совпадения, блок регистрации, причем первый выход блока памяти подключен к первому входу первого блока вычитания, к другому входу которого подключен второй выход блока памяти, а к выходу первый вход элемента совпадения, выход которого через первый вход пер вого элемента ИЛИ подключен к первому входу блока памяти, инверсный третий выход блока памяти соединен с вторым входом первого элемента совпадения, а прямой третий выход блока памяти подключен к первому входу второго блока вычитания и первому входу второго, элемента совпадения, четвертый выход блока памяти соединен с первым входом третьего элемента совпадения и вторым входом второго блока вычитания, выход которого подключен к первому входу четвертого , элемента совпадения, выход которого через первый элемент задержки соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, пятый выход блока памяти через первый вход пятого элемента совпадения соединен с, первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом блока памяти, шестой выход которого подключен к первому входу третьего блока вычитания, седьмой выход блока памяти через первый вход шестого элемента совпадения соединен с одним входом третьего элемента ИЛИ, другой вход которого подключен к выходу седьмого элемента совпадения, один вход которого подключен к входу пятого элемента совпадения, выход третьего элемента ИЛИ подключен к второму входу третьего блока вычитания, выход которого сое;цинен с первым входом компаратора, подключенного выходом к входу блока анализа знака, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента совпадения, инверсным входом восьмого элемента совпадения и первым входом источника опорных напряжений, через первый диод - с инверсными входами пятого и четвертого элементов совпадения, а через второй диодс входом триггера, первый выход которого подключен к второму входу

шестого элемента совпадения, а второй - к другому входу седьмого элемента совпадения и третьему входу третьего элемента совпадения, выход которого через первый вход четвертого элемента ИЛИ соединен с входом блока вычисления координат подключенного выходом через вторую линию задержки к третьему входу блока памяти и входу блока управления, выход которого соединен с одним входом преобразователя параметра, другой вход которого подключен к датчику линейных перемещений с измерительной головкой, выход преобразователя параметра подключен к четвертому входу блока памяти, через вход восьмого элемента совпадения - к входу блока регистрации, через первый вход девятого элемента совпадения - к пятому входу блока памяти, а через первый вход десятого элемента совпадения - к второму входу второго элемента ИЛИ, выход датчика линейных перемещений соединен с первыми входами одиннадцатого и двенадцатого элеiментов совпадения, выходы которых подключены соответственно к шестому и седьмому входам блока памяти, rtep вая и вторая входные клеммы соединен с подключенными параллельно вторыми входами двенадцатого и десятого элементов совпадения и вторыми входами девятого и одиннадцатого элементов совпадения, а третья входная клемма подключена к второму входу источника опорных напряжений и через второй вход второго элемента совпадения к второму входу четвертого элемента ИЛИ.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство CCt/ ff , кл. G 01 R 27/00, 1977.