Способ измерения времени жизни неосновных носителей заряда в полупроводниковых р-п переходах Советский патент 1982 года по МПК G01R31/26 

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ ЖИЗНИ

НЕОСНОВНЫХ НОСИТаЛЕЙ ЗАРЯДА В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ р - П-ПЕРЕХОДАХ

1

Изобретение относится.к электронной технике и может быть реализовано для измерения параметров полупроводниковых приборов.

Известен способ 1 измерения времени жизни неосновных носителей заряда, основанный на определении отношения максимальной емкости диода соответствующей ей величине прямого тока IMOKC С - Nigxc

макс

Недостатками этого способа являются относительная сложность аппаратурного состава устройства, реализующего способ, обусловленная необходимостью измерения двух параметров емкости и прямого тока; относительная сложность процедуры измерений, связанная с необходимостью отыскания максимального значения емкости и соответствующего ей прямого тока} учет неконтролируемого параметра п-зависимости времени жизни неосновных носителей от уровня инжекции. Это снижает точность измерений и усложняет процесс измерений. Кроме того, указанный способ не позволяет проводить измерения времени жизни V неосновных ьгосителей заряда при вы- .

:г

соких уровнях инжекции, так как при больших активных токах погрешность измерения емкости известными способами становится очень велика.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ измерения времени жизни неосновных носителей заряда в полупроводниковых приборах, основанный на использовании зависимости -переходных характеристик от этого времени и заключающийся в том, что по осциллографу устанавливают нулевую длительность вершины импульса обратного тока и 15 измеряют сопротивление цепи в прямом или обратном направлениях, по которому определяют искомое время жизни С2Э.

Недостаткс1ми известного способа являются относительная сложность реализации, так как способ предполагает наряду с осциллографированием импульса обратного тока еще измерение сопротивления цепи в прямом или обратном направлениях, а также низкс1я точность особенно при высоких уровнях инжекции.

Цель изобретения - упрощение процесса измерений, при одновременном

повышении точности измерений при высоких уровнях инжекции.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения времени жизни неосновных носителей заряда в полупроводниковых р - п-переходах, основанном на подаче на исследуемый р - п-переход отпирающих импульсов и регистрации импульса тока открытого перехода, дополнительно измеряют прямой ток 1рпИ ток разряда (заряда) диффузионной емкости ijj р - п-перехода и определяют время жизни t неосновных носителей заряда по формуле ,. JLL .UV)-. la , („ Ч 5t / Jpn температура-, постоянная Больцмана; единичный заряд; крутизна фронтов нарастания (спада) импульсов. На фиг.1 представлены осциллограммы импульсов тока открытого р - п-перехода при различньох амплитудах импульсов напряженная, на фиг.2 - пример реализации рассматриваемого способа. Сущность способа заключается в следующем. Для измерения времени жизни t неосновных носителей заряда на исследуемый полупроводниковый р - п-переход от генератора прямоугольных импульсов подают пос довательность отпирающих импульсов напряжения с известной крутизной нарастания (спада) dV/dt. Импульс тока открытого полупроводниковога р - п-перехода регистрируют осциллографом в виде падения напряжения на образцовом резисторе, образующе последовательную цепь с исследуемы р - п-переходом. Осциллограмма импульса тока представляет собой сумму прямого тока открытого р - п рехода Ipr, , совпадающего по фазе с импульсом напряжения, и -всплесков .. ка заряда (разряда) емкости моменты нарастания (спада импул са напряжения. В зависимости от ве чины прямого тока (фиг.1) на осцил рамме могут Наблюдаться либо два всплеска емкостного тока: положительный 1 , соответствующий току заряда емкости р - п-перехода при нарастании фронта импульса напряже ния, и отрицательный i|j, соответствующий току разряда емкости р перехода при спаде фронта импульса напряжения, либо один отрицател ный, когда прямой ток превышает то ij). При отпирающих напряжениях, да через р - п-переход течет прямо

ток, емкость р - п-перехода определяется диффузионной емкостью С которая связана со временем жизни С неосновных носителей заряда соотношением

С«

C-Tpn-d)

С К-Т

Значение этой емкости может быть определено по току ее разряда (заряда ) в соответствии с выражением

(dv V-i

(5) ЛЖ)

Из выражений (2) и (.3)можно получить для величины Т выражение (1), из которого видно, что время жизни неосновных носителей заряда определяется отношед€ием токов ijj/Gpp и крутизной фронта импульса напряжения. Эти величины определяют из осциллограмм токов и напряжений, а затем вычисляют время жизни Т неосновных носителей заряда по формуле (1), где для комнатных условий 0,026. Отсутствие необходимости вычисления абсолютных значений токов существенно упрощает и ускоряет процесс измерэний. Способ может быть реализован устройством, содержащим генератор 1 прямоугольных импульсов, к которому подключен испытуемлй р - п-переход 2, образцовый резистор 3, осциллограф 4 и ключ 5,. Падение напряжения на образцовом резисторе 3 от тока через испытуемый р - п-переход 2 подается на вход осциллографа 4, с помощью которого осуществляется регистрация импульсов тока открытого р - п-перехода. Замер крутизны фронта импульса dV/d t, а также величин токов Зрп и ID осуществляется по осциллографу 4 при переключении ключа 5 в соответствующее положение. Время жизни f неосновных носителей заряда расчитывается по формуле (1) при подстановке в нее замеров, полученных с помощью осциллографа 4. По сравнению с применяемыми способами измерения времени жизни неосновных носителей заряда, основанными на регистрации тока фотопроводимости , предлагаемой способ прост в реализации и позволяет существенно повысить точность измерений при значительных активных токах, соответствующих высокому уровню инжекции. Формула изобретения Способ измерения времени жизни неосновных носителей заряда в полупроводниковых р - п-переходах.

основанный на подаче на исследуемый р - п-переход отпирающих импульсов и регистрации импульса тока открытого перехода, о т л и ч .а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощения процесса измерений при одновременном повышении точности, дополнительно измеряют прямой ток Dpn о разряда (заряда диффузионной емкости р р - п-переходакопределяют время жизни f неосновных носителей заряда по формуле

iil i v I 3

постоянная Больцмаиа) температура,

единичный зарядI

крутизна фронтов нарастания (.спада ) импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 347699, кл. G 01 R 31/2Б, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР № 154086, кл. G 01 R 31/26, 1962 (прототип).