Способ определения концентрации свободных носителей заряда в каналах инверсии мдп-транзисторов

 

Сущность изобретения: измеряют низкочастотную вольтфарадную характеристику в цепи между затвором и истоком-стоком при потенциале подложки, равном потенциалу истока-стока. Измеряют низкочастотную вольтфарадную характеристику в цепи между затвором и подложкой при тех же условиях. Изменяют высокочастотные вольтфарадные характеристики в цепи исток-сток и в цепи подложки. По измеренным характеристиках рассчитывают концентрацию свободных носителей заряда. 1 табл., 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (I9) (II) (sI)s Н 01 1 21 66

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ ткан «Т« Тпс ° зом. (21) 4846317/25 (22) 03.07.90 (46) 23.08,93. Бюл. N. 31 (71) Институт радиотехники и электроники

АН СССР (72) А.С. Веденеев, А.Г. Ждан, В.В. Рыльков и А.Г. Шафран (56) P.O. Hahn, М. Henzier. Experimental

comparison of atomic roughness and Hall

mobility in р — Sl inversion layers. J. Appt.

Phys., 1984, v.54, N 11, р.6492-6496.

С.G, Sodini. et all, Change accumulation

-and mobility in thin dielectric MOS

transistors. Sol.-St. Electron, 1982.

v.25, N l— - 3, рр.422 — 455, Изобретение относится к полупровод- никовой технике и может быть использовано для определения электронных характеристик границ раздела полупроводник-диэлектрик, например, определения подвижности носителей заряда в инверсионных каналах, для контроля качества изготовления полупроводниковых приборов на основе структур металл-диэлектрик-полупроводник (МДП-приборов).

Цель изобретения — расширение диапазона определяемых концентраций.

Для осуществления способа используют схему, изображенную на чертеже, на которой 1 — затвор транзистора; 2,3 — исток и сток, 4 — контакт к подложке; 5,6 — измерители назикочастотных емкостных токов; 7,8 — измерители высокочастотных емкостных токов; 9 — источник постоянного смещения;

10 — источник тестирующих сигналов.

Способ осущест вляют следующим обра(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ СВОБОДНЫХ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В КАНАЛАХ ИН В Е РСИИ

МДП-ТРАНЗИСТОРОВ (57) Сущность изобретения; измеряют низкочастотную вольтфарадную характеристику в цепи между затвором и истоком-стоком при потенциале подложки, равном потенциалу истока-стока. Измеряют низкочастотную вольтфарадную характеристику в цепи между затвором и подложкой при тех же условиях. Изменяют высокочастотные вольтфарадные характеристики в цепи исток-сток и в цепи подложки. По измеренным характеристиках рассчитывают концентрацию свободных носителей заряда. 1 табл., 1 ил.

Измеряют низкочастотные емкости С1н и Сгнч при помощи приборов 5,6 при ряде напряжений на затворе Ц, 0 i <-К, таких. что С1нч (Uo) = О, 0к определяется верхней границей интересующего нас диапазона изменения напряжений на затворе. Подают на затвор периодические сигналы (та ) с фронтом нарастания т, удовлетворяющим условию: где l>c — время перезарядки состояний, локализованных на границе раздела полупроводник-диэлектрик; ткан — время релаксации свободного заряда в инверсионном канале.

Измеряют высокочастотные емкости

С1ач. С2ач при помощи приборов 7,8 при тех же значениях В.

Рассчитывают концентрацию свободных носителей заряда по формуле

1835567 и (uK) = 7, с1вч (ui) (U, ui — 1), 1 С вЂ” c„ui

q Ь вЂ” свч u( где Снч - С1нч + С2нч, Свч = С1вч + С2вч. Ср 5 емкость диэлектрика;

S — площадь диэлектрика; р — элементный заряд.

Пример реализации. Объектом является и-канальный МОП-транзистор с площадью затвора S -21,9 10 з смг. Величины

С1нч, С2нч определялись по емкостному току при подаче на затвор медленно меняющегося напряжения, представляющего собой синусоидальный сигнал с частотой 1 Гц. Для

ОПРЕДЕЛЕНИЯ С1вч, Сгвч На ЗатВОР тРаНЗИСтОра подавалось на фоне постоянного смещения быстро меняющееся напряжение, представляющее собой периодические импульсы с фронтами около 2 нс, амплитудой

0,025 В и длительностью 100 нс. Возникающий после их окончания переходной ток имел явно выделенную быструю часть длительностью около 3 нс. Этот ток, усиленный широкополосным усилителем УЗ-ЗЗ, регист- 25 рировался при помощи цифрового стробоскопического осциллографа, и при помощи интегрирования его быстрой части опредеЛяЛИСЬ ЕМКОСТИ С1вч, Сгвч.

Результаты измерений и расчетов све- 30 дены в таблице.

В качестве Со взято значение Свч = 9,20 пФ при напряжении на затворе U = 8 В.

Формула изобретения

Способ определения концентрации свободных носителей заряда в каналах инверсии МДП-транзисторов, включающий измерение зависимостей низкочастотной

ЕМКОСТИ С1нч В ЦЕПИ МЕЖДУ ЗатВОРОМ И ИСТОком-стоком и низкочастотной емкости Сгнч в цепи между затвором и подложкой от напряжения на затворе при условии равенства потенциала подложки и потенциала истокастока, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона определяемых концентраций, дополнительно подают на затвор периодические сигналы с фронтом нарастания т, удовлетворяющим условию:

Ткан + + Т + + тпс где тпс- время перезарядки состояний, локализованных на границе раздела полупроводник-диэлектрик; т„н — время релаксации свободного заряда в инверсионном канале, измеряют зависимости высокочастотной

ЕМКОСТИ С1вч В ЦЕПИ МЕжду ЗатВОрОМ И ИСТОком-стоком и высокочастотной емкости Сгвч в цепи между затвором и подложкой от напряжения на затворе, а концентрацию свободных носителей заряда в канале инверсии рассчитывают по формуле;

Гдв Снч = С1нч + С2нч, Свч = С1вч + С2вч;

Cp — геометрическая емкость диэлектрика МДП-структуры;

S — площадь диэлектрика;

q — заряд электрона;

Ui — напряжение на затворе, изменяющЕЕСя В дИаПаЗОНЕ Up Ц 0к, ГдЕ С1нч (0р) =

=О, à Ук определяется верхней границей рабочего диапазона напряжений.

1835567

Составитель А.Шафран

Техред М.Моргентал Корректор И.Шмакова

Редактор

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

Заказ 2983 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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