Способ контроля полупроводниковых материалов и устройство для его осуществления

 

СОюз Соеетскиз

С щиалистимеаьа

Республеен

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОИЖОМУ СВИДИТВЛЬСТВМ (Н) Дополнительное. к авт. свил-ву (22) Заявлено 21.06.76(21) 2372418/25 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 25.09.776юллетень № 35 (45) Дата опубликования описания 03.11.77 (l1} 573782 (51} М. Кл.2

G 01 R 31/26

Государстеенный «оинтет

Соаата Мнннстроа СССР оо лолам наооретеннй н открытнй (53) УЮ 621.382. (088.8) (72} Авторы изобретения

B. Я. Принц, О. М. Орлов и Э. М. Скок, :1

Институт физики полупроводников Сибирского отделения

AH СССР (71) Заявитель (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ

МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУШЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области исспедования эпектрофизических свойств попупроводниковых материапов.

Известен способ определения примесных уровней в полупроводниках, закпючаюшийся в подаче переменного напряжения смешения ! на р-п переход и регистрации второй гармоники тока, возникаюшей на р-и переходе а также устройство дпя его осушествпения.

Данный способ не позволяет получить высокую точность измерений (1, Известен способ измерения распределения неосновных носителей тока в попупроводнике, закпючаюшийся в припожении к р-и переходу 1 двух переменных напряжений с частотами, разпичаюшимися не менее, чем в 100 раз, а также постоянного смешения и регистра— ции амппитудной модупяции, возникаюшей на переходе. 20

Известно устройство, реапизуюшее данный способ и содержащее источник постоянного смешения, генератор тока высокой час тоты F сумматор, детектор и генератор и ас1 от ы

Однако с помошью известного способа можно исследовать только попупроводники, в которых отсутствуют глубокие центры; кроме того, он позволяет получать только профиль концентрации носителей заряда или суммарный профиль концентрации всех ионизованны1 центров. Анапогичным недостат ком обладает известное устройство. цепь изобретения - расширение возмокностей способа.

Это достигается тем, что на р-и переход подают синхронно прямоугопьные и экспонеициапьные импульсы путем автоматической регулировки амппитуды прямоугольных импульсов поддерживают высокочас готную емкость р-п перехода постоянной, после чего изменяют температуру р-п перехода и фиксируют то ее значение, при котором величина, обратная высокочастотной емкости, остается постоянной на протяжении действия импупьсов и модупируют амппитуду,экспоненциа ь./ ных импульсов пропорпионапьно высокоч точ. ной емкости. Кроме того, частоту црямоугопьных импульсов выбирают меньшей высокой частоты и кратной удвоение и низкой частоте

573782 напряжений, подаваемых не переход, длительность прямоугольных импульсов устанавливают большей периода высокой частоты, а постоянную времени экспоненцивльныА импульсов устанавливают равной длительности прямоугольных импульсов. Bbl» бор температуры р-и перехода осуществляк>т, находя температуру,при которой амплитуда напряжения прямоугольных импульсов имеет экстремум при постоянстве амплитуды экспо- 0 ненцивльного напряжения.

В устройстве для реализиции предлагаемого способа между выходом детекторе и входом сумматора включены детектор вершины импульсов и генератор прямоугольных импуль- сов, соединенный через Я, С цепь с модулятором экспоненциальных импульсов, подключенным к генератору частоты F

Устройство для реализации сйособа показано на чертеже.

Устройство содержит полупроводниковый образец с р-и переходом 1 (например барьер

Шоттки), источник 2. постоянного напряжения, генератор 3 прямоугольных импульсов, ЙС.. цепь 4, модулятор 5 амплитуды экспоненцивльно изменяющегося напряжения, генератор 6 высокочастотного тока, сумматор 7, детектор 8 Огибающей, детектор 9 вершины импульсов, синхронный детектор 10, генератор низкой частоты f 11, регистрирующее устройство 12, цепь йагревв образца 13 с термоперой 14.

На диод Шотткц или р-п переход 1 через сумматор 7 поступают суммы трех напряжеl ний, управляющих толщиной слоя обеднения в диоде,и высокочастотное напряжение, необходимое для измерения толщины слоя обеднения. На сумматор подаются прямоугольные импульсы напряжения непосредственно от генеретора 3 прямоугольных импульсов, импуль-р сы 0 экспоненциально изменяющимся напряжением от цепи, состоящей иэ генератора 3 прямоугольных имульсов, Кс цепи, которая дифференпирует поступающие на нее прямоуголь ные импульсы напряжения, и модулятора 5 амплитуды, управляемого напряжением генератора прямоугольных импульсов частотой

ll„кроме того, подается постоянное напряжение, которым может осуществляться и инжекция носителей заряда в диод, от 50 источника 2 постоянйого напряжения. измерительный высокочастотный сигнал поступает на сумматор с генератора тока высокой частоты Х 6.

Высокочастотный сигнал, возникающий нв 65 диоде, поступает на детектор-8 Огибающей

Сигнал с детекторе 8 подеется не детекто

9 вершины импульсов, в котором вершины входящих импульсов сравниваются с вершинами прямоугольных импульсов. Не выходе, 60

4 детектора вершины импульсов образуется сигнал ошибки, пропорциональный отклонению формы вершины входящих импульсов от формы вершины прямоугольных импульсов. Сигнал ошибки управляет напряжением генератора прямоугольных импульсов 3.

Сигнал с детектора 8 поступает также на генератор напряжений частотой $ 11 и управляет нвпря>кением генератора тек, что напряжение не выхоце генератора пропорционально амплитуде сигнала. Кроме того,сигнал с цетекторе S поступает не синхронный детектор 10, упревляеиый генератором 11.

Сигнал, пОступеюший с ВыхОде cHHxpDHHОГО детекторе не регистрирующее устройство 12, пропорционален концентрации глубокого уровня, На регистрирующее устройство (цвухкоординетный самописец) поцеется сигнал и непосрецственно с детектора 10 он несет информацию толщине слоя Обецнения или расстоянию От поверхности полупроводнике, нв котором измеряется концентрация глубокого уровня.

Устройство содержит также вспомогательную цепь 13 нагрева термоперы 14. С помощью цепи нагреве диоц нагревается и поццерживеется при определенной температуре.

Изменяя температуру диоды Шоттки или р-п перехода, измеряют амплитуду напряжения прямоугольных импульсов не управляемом BbIRoQå генератора 3 импульсов, при этом амплитуда экспоненцивльных импульсов фиксируется, то есть отключается генератор

11. Экстремумы зависимости амплитуды прямоугольных импульсов не управляемом выходе генератора 3 от температуры дают спектр глубоких уровней.

Таким образом, можно получать спектр кек в полупроводниках с малой концентрациек глубоких уровней (М р, > .), так и в полупроводниках, содержащих большую концентрацию глубоких уровней (Мгам" майю > ) )и ), поскольку все уравнения, на которых базируется способ, не вхоцят в какие-либо. ограничения по концентрации.

Способ позволяет полностью автоматизировать исследования распределения концентрации примесей и дефектов по толщине полупроводникового материала.

Формула изобретения

1. Способ контроля полупровоцниковых материалов, заключающийся в приложении к р-п, переходу цвух переменных напряжений с частотами,резличеккцимися не менее, чем в 100 рез, е также постоянного смешения, 573782

5 и регистрации амплитудной модуляции, возникающей на переходе, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью расширения возможностей способа, на р-и переход подают csaxронно прямоугольные и экспоненциальные импульсы, путем, автоматической регулировки ам- плитуды прямоугольных импульсов п оддержива- ют высокочастотную емкость р-и перехода постоянной,после чего изменяют температуру р-и перехода и фиксируют то ее значение,при котором О величина, обратная высокочастотной емкости, остается постоянной на протяжении действия импульсов и модупируют амплитуду экспоненциальных импульсов пропорционально высокочастотной емкости.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что частоту прямоугольных импупь» сов выбирают меньшей высокой частоты и кратной удвоенной низкой частоте напряжений, подаваемых на переход, длительность прямоугольных импупьсов устанавливают бопьшей периода высокой частоты, а постоянную времени экспоненциапьных импупьсов устанавливают равной длителы1ости прямоугольных импульсов. 25

3. Способпоп. 1и2, отличаю— щ и и с н тем, что выбор температуры р-и перехода осуществпяют,находя температуру, при которой амплитуда напряжения прямоугольных импульсов имеет экстремум при постоянст ве амплитуды экспоненциального напряжения, 4. Устройство по способу 1, содержащее источник постоянного смещения, генератор тока высокой частоты, сумматор, детектор, генератор низкой частоты 1 « Р g о т л и ч а ю щ е е с я тем, что между выходом детектора н входом сумматора включены детектор вершины импульсов и генератор прямоугольных импупьсов,соединенный черезМСцепь с модулятором экспоненциапьных импульсов, подклеенным к генератору частоты

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Патент США ¹ 3518545,кл.324/158, опубл. 30.05.70.

Патент CIHA № 3731192, кл. 324/158, ; опубл. 28.05.71.

573782

Составитель T. Дозоров

Редактор А. Морозова Техред 3 фанта Корректор ц. Ковалева

Заказ 3757!36 Тираж 1101 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР ло делам изобретений и открытий

11, 3035, Москав, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал 1IHH Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4