Устройство для измерения параметров дефектов в полупроводниковых приборах

 

«i> 746347

Союз Советсник

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свнд-ву— (22) Заявлено,26. 12.77 (21) 2558799/18-25 с присоединением заявки И (51) М..Кл.

G 01 Ж 31/26

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений н открытий (23) Приоритет—

Опублнковано 07,07.80. Бюллетень J4 25

Дата опубликования описания 08.07.80 (53 Zgy, 621. .. 3 82 (088. 8) В, П. Гончаров, A. С. Гусев и Н. А. Ухин (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

ДЕФЕКТОВ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ

ПРИБОРАХ

Изобретение касается измерения параметров дефектов в полупроводниковых приборах, содержащих р-.н -переход и под« вергнутых предварительному воздейст вию дестабилизирующих фракторов (ионизирующее излучение, температура и т.п,) и может быть использовано для определения концентрации дефектов и сечения захвата носителей.

Известны устройства для измерения тО параметров дефектов в полупроводниках, содержащие источник постоянного тока и напряжения, измеритель емкости,криостат и регистратор (1) .

1".

Известное устройство обладает низкой точностью определения энергетического положения уровней дефектов. Кроме того, для обработки результатов измерений необходимо использовать сложный математический аппарат, что приводит .к значительным затратам труда.

Известно также устройство для измерения параметров дефектов в полуттроводниковых приборах с р- tt. -переходом, 2

/ содержащее генератор высокой частоты, источник импульсного тока, источник импульсного напряжения, нагрузочный резистор линейный селективный усилитель, амплитудный детектор, регистратор, криостат и датчик температуры исследуембго прибора «2-1.

Однако данное устройство не позволяет произвести измерения большой точности

Р а обработка измерений является довольно трудоемкой.

Целью изобретения является повышение точности измерения и снижение трудоемкости обработки: результатов измерения.

Это достигается тем, что устройство снабжено,по крайней мере, двумя блоками преобразования, каждый из которых состоит из двух параллельно включенных аналоговых ячеек памяти с подключенными к их входам ключевыми устройствами и подключенным к выходам обух ячеек вьзчитающим устройством, выход которого подключен к одному из входов многока.« я% «Мъ э«« Ф з. МщйщдяЬФВЬе,Вжав.

3 " 7463 дального регистратора, а входы кдочеаых устройств соединены с выходом детектора, причем кщочевые устройства соединены с программным блоком, соедийенным с импульсными генераторами тока и напряжения, а датчик температуры исследуе-. мого прибора в криостате соединен с одним из. входов регистратора.

На чертеже представлена структурная схема предложенного устройства., 10

Напряжения с выходов аналоговых ячеек 12 памяти, выполненных, например, на конденсаторах с истоковыми повторителями, поступают на вход вычитаю15 щего устройства 13, выполненного, например, на операционном усилителе. Снимаемое с выхода вычитающего устройства 13 разностное напряжение h.U величина которого прямо пропорциональна

20 величине ЬС= С(Ю (М,поступает на один из входов многоканального регистратора

14, выполненного, например, на основе многолучевого шлейфого осциллографа или многоканального аналого-цифрового

25 преобразователя. На другие входы регистратора 14 поступает напряжение с выходов других блоков преобразователя

10, а также напряжение с датчика 4 тем пе рату ры.

Синхронизация работы устройства осуществляется программным блоком

15, выполненным, например, на задаю щем стабильном генераторе высокой частоты, формирователе импульсов и делителях частоты.

Зная положения моментов времени и - относительно момента переключения напряжения на р- 11 — переходе с

40 прямого (или равного нулю) на .обратное, находят величину постоянной времени емкостного переходного процесса 7 дк при максимальном значении величины Ь 1J в функции от температуры.

Выражение для Тцдк легко получается иэ выражения нормированного выходного сигнала

3(т} = К(Я вЂ” с(1,Ц/а l„(o), которое имеет следующий вид для экспоненциального переходного процесса

50) =еХР(-1! }(1- фила/ ф1) где - постоянная времени емкост9 лого переходного процесса;

4 E(O) — начальное изменение емкос55 ти,лосле переключения напряжения с прямого (или равного нулю) на обратное

Ь| = Ф2-4, Оно содержит генератор 1 высокой частоты, исследуемый полупроводниковый прибор 2, криостат 3, датчик 4 темпе ратуры исследуемого полупроводникового прибора, генератор 5 импульсного тока,. генератор 6 импульсного напряжения, нагрузочный резистор 7, линейный селективный усилитель 8, амплитудный детектор 9, блоки 10 преобразования, содержащие ключевые устройства 11, аналоговые ячейки 12 памяти, вычитающие устройства 13, многоканальный регистратор 14, программный блок 15.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение генератора 1 высокой частоты поступает на р — и -переход исследуемого полупроводнйкового прибора 2, помещенного в криостат 3 и имеющего тепловой контакт с датчиком 4 температуры. Электрический режим р -и.перехода задается генераторами 5 и 6 импульсного тока и импульсного напряжения. В результате на нагрузочном резисторе 7 выделяется амплитудно-модулированное напряжение, которое поступает на вход линейного селективного усилителя, 8, где усиливается и детектируется амплитудным детектором 9.

Блоки 10 преобразования, подключенные на выход детектора 9, работают сле- дующим образом. Напряжение.с выхода детектора 9 поступает через ключевые устройства 11, выполненные, например, . на интегральных прерывателях, на аналоговые ячейки 12 памяти, которые запоминают мгновенные амплитуды этого напряжения в заданные моменты времеHH, м -2

Величина момента времени 4 q выбирается исходя из требований по временному разрешению наблюдаемых емкостных переходных процессов. Если ставит.ся задача регкстрации переходных процессов с минимальной величиной постоянных времениТ „ц, то величина Ф» должна выбираться из соотношения Вр0,1Г щ .

47 Л для уведиченип, быстродействии работы предлагаемого устройства величину промежутка времени 44 =4q 4 необходимо выбирать минимальной, оцнако с точки зрения минимизации аппаратурной погрешности при регистрации величины

AC- =С (1 ) - С (1 » ) соотношение

1 / < практически должно быть порядка (5-;10).

5 746

СООтнО цэнн0 между (Ака »,и 4. нахО" дится иэ условия равенства нулю первой производной (1) ЯТ} ь отсюда получаем Смакс=й- -,„1(С„ 1 (2)

Параметры дефектов определяют иэ графического анализа зарегистрированных при различных температурах кривых по известным соотношениям: l0

a) кондентраш я пеф ктов

"а = . с (3) аС(0 б) энергетическое положение урбвня дефектов Ь E* и сечение захвата носителей Ьд И

Е,ж Ч=-e„.(Ú, c st),— ", (4) где Й„ г — известная концентрация легирующей примеси в р -И.— пере переходе;

С вЂ” значение емкости р-И--пе- 20 рехода, д ЦО)- начальное изменение емкости после переключения напряжения с прямого (или равного нулю) на об- 25 ратное; д — постбянная времени емкостного переходного процесса; — температура исследуемого 30 образца, К вЂ” постоянная Болыцмана.

Энергетическое положение уровня дефектов ЛЕд и сечение захвата носителей Ъд определяется по формуле (4) З5 путем замены величин Тд и 1 на Гмлкс и макс соответственно. Зависимость (4.) есть прямая линия, для построения которой необходимо знать координаты минимум двух точек, т.е./ Сщдкс1; 40

"ма с1-j и/t< Ö,которые могут быть получены с помошью минимум двух блоков 10 преобразования, причем ключевые устройства 11 в одном блоке преобразования открываются в моменты вре- 4 мени 4 и t,а в другом блоке — в (I моменты времени Е, и 1 . Для упрощения расчетов удобно выбирать Е, 2t, ) -.

347 Ь пйитуднОГО детвктора и Рходйми мнОГО канального регистратора, а также прог50

Использование в данном устройстве по крайней мере двух блоков преобразования, включенных между выходом амраммного блюка, синхрониэируюшего работу всего устройства, дозволяет снизить затраты на получение результатов измерений эа счет исключения операции обработки на ЭВМ числовых значений параметров аналоговой кривой емкостнс

ro переходного процесса в случае представления ее суммой двух или более экспонент, а также повысить точность измерения за счет исключения ручного преобразования параметров аналоговой кривой в цифровые значения.

Формула изобретения

Устройство для измерения параметров дефектов в полупроводниковых приборах с р- . — переходом, содержащее генератор высокой частоты, источник импульсного тока, источник импульсного напряжения, нагрузочный резистор, линейный селективный усилитель, амплитудный детектор, регистратор, криостат и датчик температуры, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, устройство снабжено, по крайней мере, двумя блоками преобразования, каждый из которых состоит из двух параллельно включенных аналоговых ячеек дамяти с подключенными к их входам ключевыми устройствами и подключенйым к выходам обеих ячеек вычитаюшим уст- . ройством, выход которого подключен к одному из входов многоканального регистратора, а входы ключевых устройств соединены с выходом детектора, причем, ключевые устройства соединены с программным блоком; соединенным с импульсными генрераторами тока и напряжения, а датчик температуры исследуемого прибора в криостате соединен с одним из входов регистратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Берман A. С. Емкостные методы исследования полупроводников. Л„Каука

1972.

2. Берман Л. С. и др. Физика и техника полупроводников. Т. 6, вып. 2.

«972,с. 294 (прототий), 7 46347

Составитель А. Пурпхванидзе

Редактор Т. Клвкина Техред Р. Олин Корректор B. Бутяга

Заказ 3933/33 Тираж 1019 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретенйй и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4