Патент ссср 343231
Взал.ен ранее изданного
34323!
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВМДЕТЕЛЬСТВУ
Соки С сеетскив
Соцналистнческив
Республик
Зависимое от авт. свидетельства №
Заявлено 14,1 1969 (№ 1296994/26-25) с присоединением заявки ¹ 1297689/26-25
Приоритет
Опубликовано 22Х1.1972. Бюллетень № 20
Дата опубликования описания 6.III.197;3
М. Кл, G 91r 31/ÎÎ
Н 01l 7/00
Комитет по делам маобретениЯ м открытмЯ при Совете Министров
СССР
УДК 621.317.759.11:621..,382 (088,8) Авторы изобретения Г. Б, Абдуллаев, 3. А. Искендер-Заде, Э, А. Джафарова, М. Р. Ахундов, Ш. А. Алиханова и Д. H. Воротникова
Заявитель Институт физики АН Азербайджанской CCP
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ, .. . :.....-..: -, ",:.:>;,;.,:. ;
ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ДИОДА у :„ . ;д, 11 1-у „, ., Изобретение относится к области измерения характеристических параметров полупроводниковых устройств, например д иодов, и может применяться для определения таких параметров, как температура р — n перехода, диффузионная разность потенциалов и ее изменения с температурой, концентрация основных носителей в базовой области.
Известен способ определения температуры р — п переходов путем измерения постоянной времени RdCd р — n перехода, смещен ного в обратном направлениями, с последующим расчетом температуры.
Цель изобретения — упрощение способа определения параметров и повышение точноспи определения.
Дл|я этого измеряют напряжение инверсии реактивного сопротивления в прямом направлении и по его величание определяют исследуемые параметры.
При определении контактной разности потенциалов и температуры р — и перехода наибольшая точность может быть достигнута при измерении на частотах 500 20 кга.
При определении концент рац ии основных носителей в базовой области наибольшая точность может быть достигнута, если измерение проводить на частотах 100 -20 кга.
Пр иводится детальное описание способа определения температуры р — и перехода полупроводникового диода, диффузионной контактной разности потенциалов и концентрации основных носителей в базовой области.
Полное сопротивление малому переменному сигналу любого пюлупроводиикового диода с р — n переходом нелинейно изменяется с приложенным нап ряжением.
Пр и смещении диодов с р — а переходом, эмиттерных или,коллекторных переходов транзисторов в прямом направлении емкость р — а перехода, обусловленная инжектированными неравновесными носителями, резко возрастает с напряжением.
В случае малых прямых смещений (U>), 15 т. е. когда мала концентрация инжеитированных в базу неосновных носителей, полуп роводниковый д иод обладает реактивностью емкостного характера, обусловленной диффузионной емкостью и емкостью подвижных носите20 лей переходного слоя. При этом емкость экспоненциально возрастает с приложенным напряжением. С ростом смещения концентрация инжектированных в базу неосновных носителей резко возрастает и становится равной
25 (или выше) концентрации основных носителей в базовой области диода. Приложенное внешнее напряжение изменяет как концентрацию носителей, так и глубину их проникновения в базу, что приводит к изменению сопротивления
Зр базовой области. При некотором значении пря3
МОГО смещения (напряжения инверсии — U»») емкость, резко уменьшаясь, проходит через нуль, и диод начинает проявлять реактивность и ндуктивного характера.
Величину полного сопротивления полупроводникового диода, его активную и реактивную (емкостную или индуктивную) составляющие и их зависимость от приложенного внешнего смещения можно измерить известным способом на мосте полных про вод имостей и автоматически записать их зависимость от приложенного постоянного смещения.
Величина кап ряжения инверсии U „связана с параметрами диода следующим соотношением:
kT №+и, (1)
Д с где М вЂ” концентращия основных носителей вдали от р — и перехода на расстоянии, превышающем длину диффузионного смещения неосновных носителей в базе диода; и; — концентрация собственных носителей; Т вЂ” температура p — и перехода; и — постоянная Больцмана; q — заряд электрона.
Учитывая температурную зависимость и то, что во всем рабочем интервале полупроводниковых диодов N»n;-, после преобразований получаем:
U„„,(T) = — 1E,,(T) Мт 1п Х
Д 7 (р* И )1/2(т/т,)312
Х, (2) где Е (Т) — ш ирина запрещенной зоны полупроводника, Р, N, — постоянные, определяющ|ие эффективную плотность состояний в валентной зоне и в зоне проводимости полупроводника, соответственно при комнатной температуре Т»
Концентращия примесей N есть величина постоянная в базе диода и определяется удельным сопротивлением исходного кристалла полупроводника. В области р — n перехода в диффуз|ионных диодах имеет место линейное распределение примеси вследствие легирования N=ax, где а — градиент концентрации примесей.
Сч итая, что движение носителей в базовой области д|иода происходит вследствие их дрейфа в электрическом поле Е, создаваемом протекающим постоянным TQIKoM, будем иметь: х= vO, v = pE — дрейфовая скорость; 0— время, определяемое периодом переменного
1 сигнала 0 = — .
2nf
Учитывая это, уравнение (2) можно представить:
U„„,= — Е (Т) — 2 ill Х
Д Д вЂ” — 2 — (— Iii() — In I ) 13) 34 32,31
Отсюда, дифференцируя по Т, находим теоретическую вел ич ину температурного коэффиц иента напряжения инверcHIH: (1иив 1 Ед (т) х = — "" = —. — 2 — In f — 3 — )(dT q dT Д q (Pv Nc)
Х 1п — — 3 — — 2 — 1п — . (4) т» q q auE
10 В рабочем интервале температур (200 — 500 К) третий член в уравнении (4) изменяется в гоО 500 пределах 1п1 — ) 0,4 до 1п — 1= 0,5, и им зоо) зоо можно пренебречь по сравнению с первым членом.
Из этого следует, что напряжение инверсии линейно уменьшается с температурой. Вычисления показывают, что температурный коэффициент напряжения инверсии составляет
2,5 — 3 мв/град. С увеличением частоты переменного сигнала f величина к возрастает.
Величина напряжения инверсии определяется температурой области, прилегающей к p — n переходу, на глуби1не, определяемой частотой малого переменного сигнала. С увеличением частоты уменьшается глубина IlpoHHKIHoвения неравновесных носителей, инжектированных малым переменным сигналом. Отсюда частотЗо ная зависимость У»ив позволяет определить распределение потенщиала вблизи р — и перехода. При f = 600 кгпв глубина прони кновения избыточных неосновных носителей составляет
3 — 4 мкм. При ат»1 (а — круговая частота переменного ситнала, т — время жизни неосновных носит елей тока), например, при
f = 500 †7 кг11 У„» почти не зависит от частоты и по величание близко к диффузионной контактной разности потенциалов UD прои дан40 ной темперазуре. Таким образом, величина
U,»„измеренная при повышенных частотах и равная UD, определяется температурой области, непосредственно пр илегающей к р — и переходу.
45 Пр инимая во вни мание, что во всем рабочем интервале полупроводниковых диодов У>>и;, из уравнения следует: (5)
q и;
Зависимость U„», от концентрации основных носителей в базовой области при фиксированной температуре Т» и f = 100 кгпв пр едставл|яет собой прямую, которую можно использовать в качестве градуироьочной для определения концентрации основных носителей в базе готового диода без его разрушения, 60 Предмет изобретения
1. Способ определения параметров полупроводни кового диода, например, концентрации основных носителей в базе диода, температу65 ры р — и перехода, путем снятия электриче343231
Ат №+ и; инв
Д ng
Составитель М. Лепешкина
Редактор Л. Василькова
Техред 3. Тараненко
Корректоры: И. Божко и Т. Гревцова
Заказ 305/4 Изд. ¹ 1858 Тираж 406 Подписное
ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР
Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4
Типография, пр. Сапунова, 2 ских характер11стик с последующим расчетом, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа и повышения точности измерения, измеряют напряжение инверсии реактивного сопротивления в прямом направлении, по вел ичине которого с использованием формулы определяют исследуемые параметры.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения точностями определения температуры р — n перехода и контактной разности потенциалов, измерения проводят по
5 частоте 5001-20 кг14.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения концентрации основных носителей в базовой обла10 сти, измерения проводят на частоте 100++-20 кг11.
