Устройство для измерения подпороговых сток-затворных вольтамперных характеристик мдп-транзистора

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 01 L 21/66

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4928705/25 (22) 17.04.91 (46) 07.03.93. Бюл. hb 9 (71) Московский институт стали и сплавов (72) Д.Г.Крылов, Н.H.Ãîðþíîâ и Е,А.ЛадыГин (56) Sabnls А.G. Characterization of annealing

fo Co ganna-ray damage at the Sl/Si0z

interface. YEEE Tr, Nucl, Sc. 1983, ч. 30, М 6, р. 4094-4099.

Исследование и контроль качества приборов микроэлектроники, под ред. Е.А,Ладыгина, М., МИСиС, 1987, с. 100. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОДПОРОГОВЫХ СТОК-ЗАТВОРНЫХ ВОЛЬТАМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МДПТРАНЗИСТОРОВ (57) Изобретение относится к измерению параметров полупроводниковых приборов и может быть использовано при экспрессконтроле технологических операций получения МДП-транзисторов и микросхем, а также для оценки электрофизических параметров структур полупроводник-диэлектрик. Сущность изобретения: устройство содержит источник питания постоянного тока, электрометрический и дифференциальИзобретение относится к измерению параметров полупроводниковых приборов и может быть использовано при экспрессконтроле технологических операций получения МДП-транзисторов и микросхем, а также для оценки электрофизических параметров структур полупроводник-диэлектрик, Цель изобретения — обработка пороговых ВАХ, .. Ж 1800503 А1 ный усилитель, причем сток измеряемого

МДП-транзистора подключен к входу электрометрического усилителя и первой клемме герконового переключателя, выход электрометрического усилителя — к неинвертирующему входу дифференциального усилителя, выход дифференциального усилителя — к затвору измеряемого транзистора, одна шина питания источника подключена к инвертирующему входу дифференциального усилителя, другая шина — к общей, исток и подложка измеряемого транзистора соединены вместе и подключены к общей шине, вторая клемма герконового переключателя подключена к первому выходу дополнительного диода, второй вывод диода подключен к дополнительному генератору З линейно изменяющегося напряжения и неинвертирующему входу дополнительного дифференциального усилителя, инвертирующий вход последнего подключен к выходу электрометрического усилителя и инвертирующему входу дифференциального усилителя, соединенным вместе, выход дополнительного дифференциального усилителя служит вторым информационным выходом устройства. 4 ил.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем два источника питания, электрометрический и дифференциальный усилители, герконовый переключатель, причем вход электрометрического усилителя и общая клемма герконового переключателя соединены в общей точке, предназначенной для подключения ко стоку исследуемого транзистора, выход электрометрического усилителя соединен с

1800503 инвентирующим входом дифференциального усилителя, выход которого предназначен для подключения к затвору МДПтранзистора и служит первым информационным выходом, а инвертирующий вход дифференциального усилителя соединен с первой шиной первого источника тока, вторая шина которого предназначена для подключения к источнику и подложке

МДП-транзистора, согласно изобретению, в качестве одного из источников питания использован генератор линейного изменяющегося напряжения, выход которого подключен к эмиттеру одного и базе другого диода и к неинвертирующему входу второго дифференциального усилителя, база одного или эмиттер другого диода подключены к герконовому переключателю, инвертирующий вход второго дифференциального усилителя подключен к выходу электрометрического усилителя и инвертирующему входу первого дифференциального усилителя, а выход второго дифференциального усилителя слижут вторым информационным выходом.

На фиг, 1 представлено устройство-прототип; на фиг. 2 — предлагаемое устройство; на фиг, 3 — представлены подпороговые BAX

МДП-транзистора измеренные на прототипе и предлагаемом устройствах; на фиг. 4— спектры поверхностных состояний, пол ученные на основе этих характеристик.

Общим для этих устройств является следующее: вход электрометрического усилителя 1 и первая клемма герконового переключателя 2 соединены в общей точке, предназначенной для подключения к стоку

МДП-транзистора, выход электрометрического усилителя 1 соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилителя 4, выход которого предназначен для подключения к затвору МДП-транзистора 3, инвертирующий вход дифференциального усилителя 4 соединен с первой шиной первого источника 5, вторая шина которого предназначена для подключения к истоку и .подложке МДП-транзистора 3. В прототипном устройстве вторые клеммы герконовых переключателей 2 соединены с первыми выводами резисторов 6, вторые выводы которых соединены вместе и подключены к шине питания второго источника 7, вторая шина которого соединена с второй шиной первого источника 5. В предлагаемом устройстве вторая клемма герконового переключателя 2 подключена к базе или эмиттеру другого диода в составе дополнительной пары встречно-параллельно включенных диодов 8, эмиттер одного и база другого диода соединены с неинвертируюния плотности поверхностных состояний на границе раздела полупроводник-диэлектрик, заряда подзатворного диэлектрика и

50 подвижности носителей заряда в приграничной области полупроводника. Время измерения подпороговой ВАХ определяется скоростью развертки напряжения генератора, Пример реализации устройства, С помощью предлагаемого устройства и его прототипа были измерены подпороговые BAX МДП-транзистора типа КП301Б . (фиг, о), Обнаружено, что в области малых напряжений затвора МДП-транзистора эти

45 щим входом второго дифференциального усилителя 9 и подключены к выходу генератора линейного измеряющегося напряжения 10, инвертирующий вход второго дифференциального усилителя 9 соединен с выходом электрометрического усилителя 1 и неинвертирующим входом первого дифференциального усилителя 4, выход второго дифференциального усилителя 9 служит вторым информационным выходом, Предлагаемое устройство работает следующим образом, Сущность изобретения заключается в том, что ток стока измеряемого МДП-транзистора 3 задается с помощью диода 8 изменением его напряжения прямого смещения. Цепь обратной связи сток транзистора 3-электрометрический усилитель 1-дифференциальный усилитель 4-затвор транзистора 3 устанавливает на стоке напряжение, близкое по величине к напряжению источника питания 5. Следовательно, генератор 10 изменяет напряжение смещения диода 8 Ug и соответственно ток через него. Электрометрический усилитель

1 имеет большое входное сопротивление, и ток через диод 8 равен току стока транзистора 3 lp. Тогда:

I p= l pex p(/У 0ц), где 4 — ток насыщения, P — q, g — заряд

RT электрона, R — константа Больцмана,.Т— температура.

Цепь обратной связи автоматически устанавливает на затворе измеряемого

МДП-транзистора напряжение U>, обеспечивающее протекание через транзистор задаваемого тока стока, Устройство имеет два информативных выхода:-1) напряжение затвора; 2) напряжение смещения диода, Экспериментальную подпороговую BAX можно регистрировать в непрерывной форме на двухкоординатном самописце или на ЭВМ..

В последнем случае характеристика обрабатывается с целью оценки электрофизических параметров структуры полупроводникдиэлектрик: энергетического расп ределе1800503 характеристики практически совпадают друг с другом, Различие подпороговых

ВАХ, по-лученных с помощью прототипного и предлагаемого устройств, наблюдалось в области больших напряжений затвора. 5

При этом расходимость характеристик зависела от величины напряжения затвора, Дело в том, что в прототипном устройстве задаваемый с помощью резисторов ток ! с=(Еп-Uo-0з! К)/R(, (2) 10 где Ел — напряжение источника питания 5, Uo — опорное напряжение, К вЂ” коэффициент усиления дифференциального усилителя.

R! — сопротивление резистора. Из выражения (2) следует, что точность подачи тока 15 зависит от погрешности сопротивления (до

10%) и от величины напряжения затвора, Для Eo=11 В, Оо=1 В, 0Э=ЗО В и К=30 последнее дает 10%. Тогда точность подачи тока в прототипном устройстве может быть от 10 20 до 20%.

В предлагаемом устройстве ток через диод контролируется изменением напряжения прямого смещения, Точность подачи тока определяется калибровкой диода и 25 составляет 10%, т,е, меньше, чем в прототипе.

Кроме того, на основе измеренных BAX оценивались электрофизические параметры: спектр поверхностных состояний (фиг. 30

4) и заряда подзатворного диэлектрика. Точность определения положения максимума плотности поверхностных состояний для прототипа и предлагаемого устройства составляла соответственно 0,06 (16,5%) и 35

0,02 эВ (5,5%). Повышение точности обусловлено увеличением числа точек характеристики соответственно распределению плотности.

С помощью машинной обработки (апп- 40 роксимация с последующей экстраполяцией) подпороговой BAX получены значения заряда диэлектрика: (10+3)10 и (8+1)10 Кл соответственно для прототипа и

-8 предлагаемого устройств. Последнее число 45 более точно, поскольку обработка характеристик проводилась соответственно по 5 и

50 экспериментальным точкам. Таким образом, точность измерения и обработки подпороговых BAX предлагаемого устройства выше, чем у прототипа.

Формула изобретения

Устройство для измерения подпороговых сток-затворных вольтамперных характеристик МДП-транзистора, содержащее два источника питания, электрометрический и дифференциальный усилители, герконовый переключатель, причем вход электрометрического усилителя и общая клемма герконового переключателя соединены в общей точке, предназначенной для подключения к стоку исследуемого МДПтранзистора, выход электрометрического усилителя соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилителя, выход которого предназначен для подключения к затвору МДП-транзистора и служит первым информационным выходом, а инвертирующий вход дифференциального усилителя соединен с первой шиной первого источника тока, вторая шина которого предназначена для подключения к источнику и подложке МДП-транзистора, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью обработки подпороговых вольтамперных характеристик, оно дополнительно содержит два встречно-параллельно включенных диода и второй дифференциальный усилитель, а в качестве одного из источников питания использован генератор линейного изменяющегося напряжения, выход которого подключен к эмиттеру одного и базе другого диода и к неинвертирующему входу второго дифференциального усилителя, база одного или эмиттер другого диода подключены к герконовому переключателю, инвертирующий вход второго дифференциального усилителя подключен к выходу электрометрического усилителя и неинвертирующему входу первого дифференциального усилителя, а выход второго дифференциального усилителя служит вторым информационным выходом, 1800503

1800503

Ф ð 4

Составитель Д. Крылов

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор l М, Керецман

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1168 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5