Устройство регистрации структурных неоднородностей твердых веществ

 

О П И С А=Й- --И--ЕИЗОБРЕТЕНИЯ п 474724

Союз Советскнх

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 17.04.72 (21) 1777779/26-25 с присоединением заявки № (32) Приоритет

Опубликовано 25.06.75. Бюллетень ¹ 23

Дата опубликования описания 29.09.75 (51) М. Кл. G 01п 21/28

Государственный комитет

Совета Министров СССР

ll0 делам нзабретений н открытий (53) УДК 535.241.6 (088.8) (72) Авторы изобретения

К. И. Крылов, A. С. Алиев, С. Ф. Шарлай, А. С. Митрофанов, Е. В. Антонова и В. A. Трофимов

Ленинградский институт точной механики и оптики (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО РЕГИСТРАЦИИ СТРУКТУРНЫХ

НЕОДНОРОДНОСТЕЙ ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВ

Изобретение относится к устройствам регистрации микронеоднородностей твердых веществ.

Известные устройства, используемые для исследования однородности микроструктуры твердых тел, в частности однородности распределения легирующих примесей в полупроводниковых материалах, основань: на следующих методах: рснтгенографическом, электронографичсском, анодного трав..ения и др. Эти устройства вызывают необратимые структурные изменения в исследуемом веществе и исследования на них характеризуются большой трудоемкостью.

Известное устройство для исследования неоднородности микроструктуры полупроводниковых материалов, основанное на эффекте

Фарадея, состоит из точечного источника излучения, оптической системы для формирования светового зонда, блока для получения стационарного магнитного поля, приемника и самописца. Исследуемый образец персмещаот в зазоре электромагнита. Сигнал, соответствующий постоянной Верде в каждой исследуемой точке, записывают на самописец. О концентрации легирующих примесей судят по величине сигнала, а по разбросу локальных значений постоянной Верде определяют степень неоднородности материала.

На исследование очного образца и сопоставление результатов измерений требуется несколько часов беспрерывной работы, что соответственно предъявляет жесткие требования к стабильности источника излучения, при5 смшп а лучистой энергии, источника магнитных полей и регистрирующего прибора. Применение предлагаемого устройства обеспечивает следующее: 1) появляется возможность быстро получать наглядное и количественное

10 представления со однородности структуры исс.;едусмого ооразца; 2) повышение точности и разрешающей способности регистрации распределения неоднородностей за счет использования импульсных магнитных полей, 15 так как достижимые напряженности HB 1 — 2 порядка превышают напряженности стациопарных полей и лазера в качестве источника излучения, обладающего малой угловой расходпмостью; 3) получение увеличенного изоб20 раження образца со всеми его дефектами на экране электроннолучево"; 4) осуществление автоматического исследования образцов.

Закрепленные во вращающемся диске об25 разны последовательно построчно сканируют относительно светового зонда, сформированного оптической системой в магнитном поле большой напряженности прямоугольной формы импульса. Излучение, прошедшее через

30 образец и поляризатор, установленный в по474724 ло>кении минимального пропускания, фокусируется линзой на фотоприемник с АРУ. Оно содср>кит информацию о локальном значении концентрации свободных носителей в исследуемой точке. После фотоприемника усиленный сигнал подается на модулирующий яркость луча электрод электроннолучевой трубки. Распределение яркости свечения экрана будет соответствовать координатному распределению носителей в образце при соответствующей синхронизации запуска строчной развертки луча электронной трубки с частотой дискретного перемещения образца относитель»о свстового зонда, а также с моментом подачи импульсного магнитного поля.

Иа фпг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы.

Устройство состоит из лазера 1, оптической системы 2 для формирования светового зонда, поляризаторов 3, 4, блока "д,ля получения магнитных полей прямоугольной формы импульса фотоприемника с усилителем и системой АРУ 6 для исключения влияния поглощения лазерного излучения веществом, электроннолучевую систему 7 индикации на базе осциллографа Cl-19 с дополнительным блоком 8 для вертикальной развертки, системы для строчного сканирования образца, состоящей из диска 9 с закрепленным в нем образцами, вращаемого синхронным двигателем с редуктором 10, дискретное перемещение которого обеспечивается блоком 11 с шаговым искателем, фотодатчика 12 запускающих импульсов с подсветкой-лампочкой 13, блоком 14 дискретной задержки и синхронизатора 15, обеспечивающих синхронную работу блоков устройства.

Излучение оптического квантового генератора, поляризованное поляризатором 3, фокусируется оптической системой 2 в узкий световой зонд диаметром 25 — 50 мк. В световом зонде в зазоре импульсного электромагнита располагаются образцы полупроводников, закрепленные в диске 9 из органического стекла, Исследуемые образцы — пластины толщиной

0,05 — 00 и площадью до 25>4,25 мм, закрепляют через каждые 30 на круглом диске диаметром 260 мм. Это позволяет проводить исследования двенадцати образцов при одной их установке.

После прохождения через образец излучение поступает на поляризатор 4, находящийся в скрещенном положении, и фокусируется оптической системой 2 на фотоприемник с усилителем с системой АРУ 6, исключающей влияние пропускания света в исследуемом образце. При наложении импульсов магнитноI o поля прямоугольной формы поворот плоскости поляризации в образце, а следовательно, и интенсивность излучения, проходящего через анализатор, будет пропорциональна локальным значениям постоянной Верде, которые, в свою очередь, пропорциональны концентрациям свободных носителей в рас5

65 сматриваемых точках. При скоростном сканировании образца относительно светового зонда за время длительности импульса магнитного поля (100 мк!сек) на вход фотоприемника поступал сигнал, соответствующий координатному распределению легирующих примесей в исследуемой строке.

Для исключения влияния поглощения лазерного излучения веществом предусмотрена система АРУ в усилительном блоке, состоящая из фотоприемника, на который подается часть лазерного излучения, ответвленного с помощью плоскопараллельной пластины, помещенной между образцом и анализатором и источника опорного напряжения. При изменении коэффициента поглощения образца в процессе строчного сканирования, напря>кение рассогласования попадает в систему АРУ, которая регулирует коэффициент усиления усилителя так, чтобы сигнал на выходе усилителя имел фиксированную величину при отсутствии фарадеевского вращения, Длительность горизонтальной развертки луча также равна 100 мксск и синхронизована с моментом подачи магнитного поля и положением образца (см. фиг. 2). Используемая в электроннолучевой системе трубка с длительным послесвечением обеспечивает возможность наблюдения за картиной визуализации.

Следовательно, информация о локальном распределении легирующих примесей в исследуемой строке образца вложена в распределение яркости в строке на экране электроннолучевой системы.

В устройстве используются периодические импульсные магнитные поля (U5) с частотой

50 гц. С такой же частотой дискретно перемещается образец (U6) с помощью блока 11 с шаговым двигателем и подаются на электроннолучевую систему запускающие импульсы строчной развертки (U ); при этом импульсы с строчной развертки имеют длительность

100 мксек (U4). При кадровой развертке (У,) луча по вертикали на экране электроннолучевой трубки получается полная картина распределения яркости, соответствующая неоднородности распределения легирующих примесей по площади образца, Синхронизирующие импульсы с частотой

50 гц вырабатывает фотодатчик 12 при попадании света от лампочки 13 через отверстия в ведущей шестерне редуктора, насаженной на вал синхронного двигателя, который вращается со скоростью 25000 об/мин. Это позволяет сканировать образец относительно светового зонда за время, равное длительности импульса магнитного поля. С фотодатчика импульсы синхронизации поступают на блок 14 дискретной задержки, обеспечивающей задержку на 200, ..., 2400 мксек с периодом

200 мксек. Это необходимо для автоматического последовательного исследования всех двенадцати образцов. При этом предусмотрена возмо>кность многократного повторения исследования любого образца. Возможна

474724

1О

40 также остановка исследования на любом из двенадцати образцов, а также выключение устройства после исследования заранее заданного количества образцов.

Задержка меняется автоматически при каждом включении шагового искателя от конечного включателя (блок 1), который своими контактами переключает времязадающие элементы блока задержки. В этом случае задержка на 200 — 2400 мксек соответствует положению 1, 2 и т. д. образцов в световом зонде, т. е. запускающие импульсы жестко связаны с моментом прохождения исследуемого образца относительно светового зонда. (Для простоты, условно, разные импульсы на временной диаграмме и блок-схеме совпадающие во времени обозначены одним индексом (U>) . Синхронизатор 15 обеспечивает необходимые временные задержки между импульсами запуска строчной развертки электроннолучевой системы (U>), электромагнита (U ) — блока управления шаговым двигателем (Ue). Они жестко связаны с задержанным импульсом, поступающим с блока дискретной задержки (Ug), Это позволит наблюдать на экране электроннолучевой системы картину визуализации неоднородностей, соответствующую заданному образцу.

Запускающие импульсы на блок 8 кадровой развертки попадают при срабатывании первого конечного включателя, когда диск с образцами возвращается шаговым двигателем в первоначальное положение, обеспечивающее также реверс шагового двигателя и подачу запускающего импульса на электромагнит.

Система дискретного перемещения с шаговым двигателем позволяет осуществлять подачу образца с шагом 50, 100, 150, 250 мк; при этом на исследование одного образца размером 25 25 мм затрачивается время соответственно 10, 5, 3,3 и 2 сек.

Наиболее полно преимущества предлагаемого устройства могут быть реализованы при использовании в качестве регистрирующего

6 устройства видекон с регулируемой памятью, например ЛИ-414, с электрической записью сигнала без промежуточного светового изображения. Число градаций при этом на перезаписанном изображении составляет 6 — 7, разрешающая способность до 500 линий. Считыванпе осуществляется в нормальном режиме. Использование телевизионных систем позволяет получить увеличенное изображение, которое дает возможность оператору контролировать визуально, а также может быть сфотографировано и микрофотометрировано для точных количественных измерений.

Предлагаемое устройство без конструктивных изменений может быть использовано в качестве устройства для контроля оптической однородности полупроводниковых материалов по пропусканию. Для этого анализатор выводят из скрещенного положения, отключают систему АРУ в блоке усилителя и отключают блок импульсных магнитных полей; в остальном устройстве работает идентично. Это существенно расширяет пределы применения предлагаемого устройства для исследования полупроводниковых материалов и их контроля с точки зрения однородности.

Предмет изобретения

Устройство регистрации структурных неоднородностей твердых веществ, основанное на эффекте Фарадея, содержащее источник излучения, оптическую систему, формирующую световой зонд, сканирующую систему, блок магнитных полей с блоком питания электромагнита, отличающийся тем, что, с целью визуализации результатов обследования и повышения точности регистрации сканирующая система выполнена в виде вращающегося диска с установленными в нем исследуемыми образцами, помещенными в зазор электромагнита, причем блок питания электромагнита выполнен в виде накопптслей линии, формирующей импульсы магнитного поля прямоугольной формы.