Устройство для измерения емкости МДП-структур Советский патент 1983 года по МПК H01L21/66 

(5k). УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЕМКОСТИ Изобретение относится к измерению и контролю электрофизических параметров полупроводников- и может быть использовано для оценки качества технологического процесса при производстве твердотельных микросхем на основе МДП-структур. По основному авт. ев N° 635 из вестно устройство для измерения емкости МДП-структур, содержащее источник напряжения смещения и .дифференциальный усилитель, соединенные с компаратором, причем источник напряжения смещения, схема формирования выходного сигнала и устройство индикации соединены параллельно, выход дифференциального усилителя соединен с управляющим, а выход генератора им пульсов - с аналоговым входами схемы формирования выходного-сигнала. Образец испытуемой МДП-структуры включен в плечо емкостного моста, образующего компаратор l. МДП-СТРУКТУР . Недостатком устройства являетсЙ необходимость фиксирования состояния МДП-сТруктуры по ее высокочастотной емкости, а так как емкость измеряется на больших тестовых сигналах, то ее знамение нельзя применять в общеизвестных моделях для генерационно-рекомбинационных процессов в обедненном слое полупроводника для определения времени жизни носителей заряда. Целью изобретения является расши рение функциональных возможностей. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения емкости МДП-структур введены регулируемый источник постоянного эталонного напряжения и дифференцирующий вольтметр, причем регулируемый источник постоянного эталонного напряжения включен между выходом компаратора и одним из входов дифференциального усилителя, а дифференцирующий 99 вольтметр подключен параллельно исто чнику напряжения смещения. На чертеже показана структурная схеме устройства. Устройство содержит компаратор 1 (мостовая схема), источник 2 напряжения смещения, генератор 3 импульсов, схему k формирования выходного сигнала (аналоговый ключ), дифференциальный усилитель 5 дифференцирующий вольтметр 6, регулируемый источник 7 постоянного напряжения, импульсный вольтметр 8. На компаратор 1 от источника 2 напряжения смещения подается постоян ное напряжение. Компаратор (мостовая схема) 1 содержит образец . компенсирующую емкость С. С- и две И Сц. Ha одну емкости нагрузки С диагональ мостовой схемы 1 с генератора 3 импульсов через схему А фор мирования подается импульсное напряжение. Схема k управляется сигналом с выхода дифференциального усилителя 5 входы которого через регулируемый источник 7 постоянного эталонного напряжения соединены с Второй диагональю моста, причем скорость изменения напряжения на выходе схем k автоматически устанавливается такой, чтобы величина,неравновесной ЭДС Aipg оставалась на неизменном уровне и равнялась установленному значению напряжения на источнике U Применение в предлагаемом устройс ве источника 7 постоянного эталонного напряжения, включенного встречно по отношению к напряжению неравновесной ЭДС вырабатываемой в по лупроводнике, позволяет устанавливать уровень неравновесного состояния МДП-структуры, задавая источни- ком 7 определенные значения Ugy Автоматическая система устройства обратной связи, отрабатывая сигнал ошибки через схему 4 формирования вы ходного сигнала, подает на МДП-струк туру импульсное напряжение,- которое соответствует определенному значению и скорость изменения которого регистрируется дифференцирующим вольтметром 6. Таким образом, предлагаемое устро ство позволяет на время действия возмущающего импульса поддерживать МДП-структуру на заданном уровне неравновесного состояния, который задается величиной ДЧв UT , и опреде лять скорость изменения oL dv/dt возмущающего структуру напряжения. Определив величины с и дVe по известным значениям Нд, h и С МДПструктуры можно определить объемное время жизни неосновных носителей заряда в полупроводнике из выраженийT---ML --iniH l ° Lf ) 41 где q - заряд электрона; диэлектрическая проницаемость полупроводника. Генерационное время жизни неосновных носителей заряда с в полупроводнике МДП-структуры можно определить из выражения . .-±LJMnHVr/ H,tAS, - ЧМд V 500 собственная концентрация ногде п сителей заряда в полупроводнике;концентрация доноров в полупроводнике;постоянная Больцмана; температура; инверсионный изгиб зон в полупроводнике. Преимущество предлагаемого устройства заключается в том, что оно пс зволяет непосредстве нно регистрировать и поддерживать на заданном уровне неравновесную величину разности изгибов зон в полупроводнике МДПструктуры, на которую действует импульсное напряжение. Регистрация неравновесного состояния структуры по величине ДЧд з не по высокочастотной емкости структуры, значительно расширяет частотный диапазон измерения состояния МДП-структур. В предлагаемом устройстве к МДПструктуре прикладывается меньшее импульсное напряжение, чем для случая приложения напряжения к структуре при свободной ее релаксации к установившемуся неравновесному состоянию. Это происходит в результате того, что предлагаемое устройство практически скачком выводит МДП-структуру на выбранный уровень ЛЧз , а время поддержания структуры в этом неравновесном состоянии всегда может быть сделано на порядок величины меньше времени свободной релаксации МДП-структуры к своему установившемуся неравновесному состоянию. Таким образом, предлагаемое устройство значительно увеличивает частотный диапазон измерений (на 2-3 по рядка) и повышает точность измерений ( 10), так как в нем не используется малосигнальный высокочастотный тестовый сигнал для регистрации состояния МДП-структуры. Предлагаемое устройство позволит повысить точность и экспрессность контроля качества изготовления МДПструктур. 8 .6 формула изобретения Устройство дхця измерения емкости НДП-структур по авт. св. № . отличающееся тем, что, с цёдью-расширения функциональных возможностей, в него введены регулируемый источник постоянного эталонного напряжения и, дифференцирующий вольтг метр, причем регулируемый источник постоянного эталонного напряжения включен между выходом компаратора и одним -из входов дифференциального усилителя, а дифференцирующий вольтметр подключен параллельно источнику напряжения смещения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № , кл. G 01 R 31/26, 1377 (прототипX

xVj

- 5

S