Устройство контроля пробивного напряжения МДП-структур Советский патент 1982 года по МПК H01L21/66 G01R31/30 

Изобретение относится к электронной промышленности и может быть использовано в технике контроля параметров МДП-структур и пробивного напряткения р-п переходов.

Известно устройство контроля пробивного напряжения МДП-структур и р-п переходов, которое содержит генеpiaTOp линейно-изменяющегося напряжения, управляемый от блока управления, генератор высокой частоты, сумматор напряжений, входы которого подключены к выходам упомянутых генераторов, а его выход - к последовательно соединенным испытуемому р-п переходу и измерительному резистору, который через высокочастотный фильтр и усилитель-ограничитель подключен к одному из входов фазовог& детектора;: другим входом под люченного через фазовращатель к выходу генератора высокой частоты, а выходом - к входу блока управления Cl. .

Известное устройство позволяет измерять только пробивные напряжения р-п переходов полупроводниковйх приборов, так как в.основе его действия использован эффект изменения комплексной дифференциальной проводимости р-п перехода в предпробойиой

области обратных смещающих Напряжений. Кроме того, оно обладает невысоким быстродействием из-за охраниченчой скорости нарастания напряжения пилообразной формы.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для контроля пробивного.напряжения МДП-структур, содержащее бЛок управления, генера10тор пилообразного напряжения, входной ключ упомянутого генератора, первый источник постоянного напряжения, защитный резистор, регистрирующий прибор, элемент защиты и преоб15разователь ток - напряжение, причем два выхода блок.а управления подключены к управляющим входам генератора пилообразного напряжения и его входного ключа, выход которого соединен

20 с генератором пилообразного напряжения, а два его входа - с первым источником напряжения и общей шиной соответственно, выход.генератора пилообразного напрях ения через последовательно соединенные защитный резистор и испытуемую МДП-структуру подключен к входу преобразователя ток- напряжение 2.

В указанном устройстве элемент

30 защиты включен в цепь испытуемой

структуры последрвательно G защитным резистором и представляет собой электромагиитное поле. При такой схеме не обеспечивается быстродействующая защита испытуемой структуры от разрушения окисла в условиях пробоя. Установлено, что -в окисле МДП-структуры не происходит необратимых стру-ктурных изменений (разрушения) , если ток пробоя не превышает 100-5QO НА при длИт-ельности действия не более 0,5-1 мкс; в указан1ной уста нов;ке эти условия не реализуются и соответственно не обеспечивается неразрушающий контроль п)роверяемого ,на пробой 31лемёнта. Другим недостатком известного уйтройства является- его низкое быстродействие ограниченное невысокой скоростью нарастания пилообразного напр-яженияу которая не может быТь / . увеличена из-за наличия ёмкостндго тока через испытуемую структуру. Большая величина емкостного то«а при высокой: скорости нарастания пилообразного напряжения может привести к; ложному срабатыванию элемента защиты. . - .

. Цель йзо;бретения - повышение быстродействия устройства. . . -. ..

Поставленная цель достигается тем, что в устройство Контроля пробивного напряйсения ЩП-cтpyктyp, содержащее регистрирующий прибор и блок управления, два выхода которого подключены к управляющим входам генератора пилообразного напря кения и ключа, выход которого соединен с генератором пилообразного напряжения а два входа ключа - с первьау источником прстрянногО напряжения и общей шиной сортветственно, выход генератора: пилообразного Напряжения соединен, с одним выводом защитного резистора, вывод которого подключен к первой клемме для прдсоеди-нения исслёдуёмой МДП-структуры вторая клемма со-единена с входом преОбразова:тёля ток -Напряжение, элемент :за1циты,, введены .усилитель постоянного тока, Оснрвной .компаратор и коМпараТор коррекции, триггер, элемент совпадения, интегратор с дополнительным ключем, резистор коррекции , а также второй и третий истОчники постоянного напряжения, причем усилитель постоянного тока выпол-нен на операционном, усилителе и двух масштабирующих резисторах, первый из котррых включен между выходом преобразователя tOK - Напряжение и входом операционного усилителя, а другой .- -в цепь обратной связи операционного усилителя, выход которого-Соединен с первыми входами; основного компаратора и компаратора коррекции, а вход операционного усилителя через

-резистор -коррекции подключен к выходу интегратора, к которому через дополнительный ключ подключен второй источник постоянного напряжения, третий источник постоянного напряжения соединен с вторым входом основного компаратора, выход которого соединен с одним из входов элемента совпадения , другим своим входом подключенного к выходу триггера/ а выходом к первому входу блока управлений, второй вход компаратора коррекции. подключен JC общей шине, его выход .соединен с вторым йходом блока управления, и с первым входом триггера, другой вход которого подключен к третьему выходу блока управления, четвертый-выход которого соединен с управляющим входом дополнительного ключа, пятый выход - с управляющим входом интегратора, шестой выход - с управляющим входом элемента защиты, выход которого соединен с выходом .-генератора пилообразного напряжения седьмой выход - с управляющим входом регйстрирумщего прибора, выход которрго подключен к второму выводу заBUiTHoro резистора. .

На чертеже показана схема предлагаемого устройства.

Схема включает блрк 1 управления, содержащий, например, пульрТ. 2 опера-тора, линию 3 задержки, регистр 4 два элемента 5 и б совпадения, ключ генератора пи юобразного напряжения, генератор 8 пилообразного напряжения выполненный, например, в виде электронного йнт.егратора, з:ащитный резистор 9, испы туемую МДП-структуру 10, преобразователь 11. ток- Напрякение, содержащ1;1й,апрймер, операцирнный усилитель 12 и масштабный резистрр 13, усилитель 14 постоянного тока, выполненный на операционном .усилителе 15 и масштабирующих резисторах 16 и 17, основной компаратор 18г компаратор 19 коррекции, триггер 20, элемент 21 совпадения, дополнительный ключ 22 интегратора, интегратор 23, резистор 24 цепи коррекции, элемент -.2 5 з.ащиты, например элёктррнный ключ, цифровой вольтме.тр 26, исТОЧНИКИ 27, 28 и 29 постоянного напряжения, : : . . ., . ::--;

в устройстве контроля мДП-структур выходы блока 1 управления соединены с входами генератора8 пилообразного напряжения, ключа 7 гейератора и цифрового вольтметра 26 соответственно. Цифровой вольтметр 26 подключен к выходу генератрра, 8, 3; элемент. 2.5 защиты .- к испытуемой структуре 10. Второй вход ключа 7 генератора 8 прдключён к выходу первого источника 27 постоянного на. пряжения защитный р;езистор 9 включе между выходом генерато ра 8 и испытуемой структурой 10, выход .Операционного усилителя 12 преобразователя 11

соединен с первым масштабирующим

резистором 16, который подключен к . входу операционного усилителя 15 а второй масштабирующий резистор .17 включен в цепь обратной связи усили теля 15, к входу которого подключен также резистор 24 цепи коррекции, другой вывод которого соединён с выходоМ интегратора 23, выход усилителя постоянного тока подключен к первыг входам ociioBHoro коШара:тора 18 и KoiMhapaTopa 19 коррекции , второй

вход компаратора 19 соединен с шиной нулевого потенциала, его вьаход -с входами триггера 20 и блока 1 управления, второй вход которого соединен сВЫХОДОМ элемента 21 совпадения, . первый, вход которой соединён с вкахо.дом основного компаратора 18, второй вход - с выхбдо | триггера 20, второй

ВХОД которого соединен с четвертым выходом блока- 1 управления, пятый, ; шестой и седьмой выходы которого соединены соответственно с вторыми входами интегратора 23, элемента 25 защиты и Дополнительного ключа 22 интегратора, второй вход которого .соединён с вторым источником 2§ постоянного напряжения, выход - о первый входсял интегратора 23.

запуск устройства. 1 :онтрояя Яроизводится с пульта.2 оператора. По ригналу .onepatopa устанавливаемся .Л; в исходное состояние регистр 4, при этом производится сброс генератора И пилообразного напряжения, интёгра| рра. 23 и переключается триггер 20; который .через элемент И совпадет ни.я блокирует йрСгхождение сигналов ot Компаратора 18 в блок 1 управления Устанавливаются исходные ypoiS.HH напряжений Регулируемых источников 27 и 28 .постоянного Напряжения:. .Величина напряжения источника 27 харакТё. ризуёт крутизну пиЛсэобра зного напря- ; жения на вызсоде генератора .8, напряжение источника 28 - крутизну .пило- . образного напряжения н.а выходе интегратора 23, Напряжение источника 29 .величину тока пробоя через ,: Мую структуру 10.. .

по сигналам из блока 1 управления ключ 7 подключает йапряясение источ-: ника 27 к генератора 8 пилообр азного напр яжения, генератор 8 вырабатывает пиВбобразное. испытаТельНоё напряжение которое через защитный . резистор 9 поступает на испытуемую структуру 10, Ключ 22 интегратора подключает напряжейие источника 28 к входу интегратора 23, который вырабатывает пилообразное напряжение, поступающее через резистор 24 цепи крррёкции на вход операционного усили

теля 15. ;. .. . . ,..:. . При отсутствии пробоя через струетуруЮ протекает емкостной ток, который преобразуется преобразовате;лем 11.в напряжение, поступающее через усилитель 14 постоянного тока на первые входы компараторов 18 и 19. Для компенсации емкостного тока в предлагаемом устройстве используется цепь коррекции, состоящая из ключа 22 интегратора, источника 28 постоянного, напряжения, интегратора 23, резистоЙ1а 24 цеди коррекций. Интегратор 23 вырабатывает компенси0рующее пилообразное напряжение, противоположное по знаку напряж.ени10г вызванному на выходе преобразователя 11 eMKocTHfcJM током. Напряжение с выхода интегратора; 23 через резистор 24 цепи коррейцйи подается на вход

5 операционногр. усилителя 15, на- ;. : выхоДе которого ..вырабатывается н-апрягхсёние, пропорциональное суммеЛразнополярных на.пряжений пвеобразовате:ля 11 и интегратора 23, которое пода0ется на первые входы компараторов la и 19. В момент кЬмпенсадйи ем- ; костнрго тока изменяется знак напряжения на выходе усилителя 14 постоянного тока, при этом .срабатывает ком5паратор 19.коррекции, что- приводит к тому,, что элемент 5 совпадений : Через регистр 4 переключает ключ 22 интегратора к шине нулевого потенциала, а интегратор 23 переводится в

0 режим хранения вьЁходного Напряжениям. nepeKjno4aeTCH Триггер 20 и подает, йа вход элемейта 21 совпадений уро вень напряжения, разрешающий прохождение сигналов от основного компара-г

5 тора 18; в 6|1Ок il управления т.е. установка подготавливается для конт

. ррля пробивного напряжения .:

В момент пробоя увеличение тока через испытуеглуго .структуру 10. приводит к срабатыванию компаратора 18,

0 который через элементы 21 и 6 срвпадений,:рёгисТр 4 включает элемент 25. защитцу который коммутирует вход испытуемой структуры 10 к шине нуле-, врго пртенцигша, т.е. испытательное

5 напряжение откликается от струКТу- ; 1Еэы 10. Одновременно КЛЮЧ 7 переключает вход генератора 8 к шине нулево-: го потёнцйа.па, при этом генератор 8 . переводится в режим хранения выход0ного напряжения.; Блок 1 управления включает цифровой вольтметр 26, коТорай измеряет величину испыТательного Напряжения в момент пробоя испытуемой, структуры 10. ,. .

5 Использование цепи коррекции для предварительной компенсации емкостного тока позволяет увеличить крутизну вы соднрго напряжения генератора 8 .и Тем самьом повысить быстро0действие всего устройства контроля пробивного нагтряженйя МДП-структур. : Эффективность ,н еразруша1ощёго контроли предлагаемого устройства опредв :ЛйеТся быстродействием измеритель5

ного тракта -преобразователя 11

ток-напряжение, усилителя 14, основного компаратора 18, элемента 25 защиты. Из перечисленных узлов измерительного тракта наибольшие трудности в получении высокого быстродействия вызывает преобразователь 11 токнапряжение. Включение масштабного резистора 13. мезкДУ входом и выходом широкополосного операционного усилителя 12 позволяет существенно снизить влияние паразитной емкости на входе преобразователя 11 и добиться повышения, быстродействия, измерительного тракта, а также обеспечить неразрушающий контроль структур благодаря -быстродействию элемента защиты.

Формула изобретения

Устройство .кЬН.троля пробивного напряжения МДП-структур, содержащее р егистрирующий прибор и блок Управления, два ;выхода которого подключены соответственно к управляющим входам генератора пилоо(5разного напряже11ия и ключа, выход ключа соединен с генератором пилообразного, напря хения, а два входа ключа - с первым источникам постоянного напряжения и общей пмаой соответственно, выход генератора пилообразного напряжения соединен с одним выводом защитного резистора, второй вывод которого подключен к первой клемме для подсоединения исследуемой МЯПструктуры, а вторая клемма соединена с входом преобразователя ток-напряжение, и элемент защиты,о т л и чающееся, тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены усилитель постоянного тока, .основной компаратор и компаратор коррекции, триггер, элемент совпадения, интегратор с дополнительным ключом, резистор коррекции., а также второй и третий .источники постоянного напряжения, причем усилитель постоянного

тока выполнен на операционном усилителе и двух масштабирующих резисторах, первый из которых включенмежду выходом преобразователя ток-напряжег ние и входом операционного усилителя, а второй включен в цепь обратной связи операционного усилителя, выход которого соединен с первыми входами основного компаратора и компаратора коррекции, а вход операционного уси0 1лителя через резистор коррекции подключен к выходу интегратора, к которому через дополнительный, ключ подключен второй источник достоянного напряжения, третий источник постоянного напряжения соединен с вторым входом основного компаратора, выход которого соединен с одним из входов элемента совпадения, другим своим входом подключенного к выходу тригQ. гера, а выходом - к первому входу блока управления, второй вход компаратора коррекции подключен к общей шине, его- ЁЫХОД соединен с вторым входом блока управления и с первым

5 входом триггера, другой вхОд которого подключен к третьему выходу блока управления, четвертый выход которого соединен с управляющим входом дополнительного ключа, пятый выход - с

п управляющим входом интегратора, шёсТой выход - с управляющим входом эле-. мента звцитыу выход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, седьмой выход - с «.управляющим входом регистрирующего

прибора, выход которого подключен ко второму выводу защитного резистора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Борисов Н.А. Устройство для

0 измерения пробивного напряжения р-п переходов Электронная техника, сер. 8,. вып. 3, 1.977, с. 80-83. 2. Крстычев Г.И. Явление.пробоя в тонких слоях МОП-структур. Элек.т5 ронная промышленность, 1971, 1, с. 80-81 (прототип).