Способ измерения подвижности носителей тока в полупроводниках и устройство для его реализации

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (iii 765762 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (51)М. Кд.

3 (22) Заявлено 17.07.78 (21) 2645740(18-25

6 01 R 31/26 с присоединением заявки .%

Гасударственный кемнтет

СССР на делам нзабретеннй н отхрытнй (23) Приоритет—

Опубликовано 23.09 80 Бюллетень М 35

Дата опубликования описания 23.09.80 (5З) УДК 621.382..2 (088.8) (72) Авторы изобретения

Л. А, Глазков, Ю. А. Скрипник, В. И. Водотовка и А. Л. Глазков

Киевский технологический институт легкой промышленности (71) Заявитель (54) СПОСОБ И ЗМЕРЕНИЯ ПОДВИЖНОСТИ НОСИТЕЛЕЙ

ТОКА В ПОЛУПРОВОДНИКАХ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области контроля параметров полупроводников и может быть использовано для контроля электрофизических свойств МДП-структур различных полупроводников, полимеров н диэлектрических пленок.

Известен способ измерения подвижности неосновных носителей тока в полупроводниках, заключающийся в воздействии на полупроводниковый образец магнитным полем и регистрации модуляции тока через образец. Известно также устройство для его осуществления, содержащее генератор переменного напряжения, делители частоты, обмотку магнита, усилители, фильтры и регистратор (11. Техническая реализация данного способа трудна, а точность измерения недостаточна.

Известен способ контроля подвижности носителей тока в полупроводниках, заключающийся в модуляции проводИмости образца переменным электрическим полем, и вьщелении составляющей тока, пропорциональной эффекту поля.

Известно устройство для реализации данного способа, содержащее высокочастотные генераторы, смеситель, соединенный с генераторами, низкочастотный и высокочастотный фильтры, подключенные к выходу смесителя, клеммы и полевой электрод образца, последовательно соединенные избирательный усилитель, амплитудный детектор и регистрирующий прибор (2).

Погрешностями известного способа и устройства являются низкая чувствительность к изменению величины ц. в диапазоне частот, вследствие малой величины постоянной составляющей тока, и большая погрешность, обусловленная непостоянством амплитуды переменного напряжения при перестройке частоты питающего генератора.

Целью изобретения является повышение чувствительности и точности измерений.

Достигается это тем, что в способе смешивают два высокочастотных сигнала, выделяют напряжение раэностной и суммарной частот, модулнруют указанные напряжения и с низкой частотой коммутации поочередно возбуждают поперечное электрическое поле в образце, на который подают первое высокочастотное напряжение, вьщеляют модулированное напряжение на образце, изменяющееся с час3 7б тотой второго высокочастотного напряжения, детектируют его и измеряют напряжение, имеющее частоту коммутации.

В устройство для осуществления способа введены генератор и усилитель частоты коммутации, синхронный детектор и переключатель, соединенный с выходами низкочастотного и высокочастотного фильтров, выход переключателя подключен к полевому электроду образца, одна клемма которого соединена с одним иэ высокочастотных генераторов, а вторая через резистор заземлена и подключена к избирательному усилителю, а между ампли тудным детектором и регистрирующим прибором включены последовательно соединенные усилитель частоты коммутации и синхронный детектор, вход управления которого соединен с цепью управлейия переключателя и подключен к генератору частоты коммутации.

Сущность способа определения частотных изменений эффективной подвижности в полупроводниках состоит в следующем.

Из двух высокочастотных сигналов

О, = Um>cos(cu,t (у)

U2 — Um cos(m>t a <рг) вьщеляют низкочастотные напряжения разностной и суммарной частот. Частоты Ч и иг исходных сигналов О1 и Ог регулируют так, чтобы разносп(ая частота была постоянной (со,— в ю г = ыо = const), a суммарная, изменяющаяся в требуемом диапазоне частот.

Поперечное напряжение для контролируемого полупроводника формируют из пакетов напряжений разностной и суммарной частот, следующих с низкой частотой коммутации. Частота коммутации выбирается многим меньше разност ной частоты (G << u c = 1 — < г )

Поперечное напряжение усиливают до требуемого уровня и подают на управляющий (полевой) электрод образца.

В качестве тянущего напряжения используют одно из высокочастотных напряжений, например, 01, Поперечное поле вызывает модуляцию проводимости полупроводника, которую при малых напряжениях можно считать гармонической.

В момент воздействия на образец низкочастотного пакета поперечного напряжения его проводимость 6 изменяется с разностной и суммарной частотами.

Совместное воздействие тянущего напряжения и поперечного поля вызывают в полупроводниковом образце одночастотные периодические составляющие

-(о Падение напряжения на низкоомном резисторе R, включенном последовательно с контролируемым полупроводниковым образцом, избирательно усиливают на частоте яг и детектируют по амплитуде. Переменное напряжение

35 частоты коммутации Й, выделенное при детектировании, пропорционально глубине амплитудной модуляции

ОЭ ((,5 ",1уйь пьгп Я =

=(р(и(-р(iа,() U „,U„â È, где Kг — коэффициент избирательного усиления;

S2 — чувствительность детекп рования.

Переменное напряжение U3 частоты комму45 TBBHH Й усиливают и детектируют синхронно с частотой коммутации, получая в результате постоянное напряжение, 0.

00(nqumzhP1

ОСЬ„К <=Pl

Одночастотный ток (частота u ) периодически изменяется во времени с низкой часто.! той коммутации Й от i, до i2 и представляется в виде одного модулированного сигнала. Д,(пв пвп я )соь(и,("Р +signsmaU), 15 где

1 — среднее значение модулированного тока;

Э -J p() — Р(() ) )пт гг(ь (" — коэффициент глубины амплитудной модуляции;

Ф вЂ” среднее значение фазы модулированного тока;

Ьр — индекс фазовой модуляции;

signsmQ t — прямоугольная огибающая модулированного сигнала.

aery,Ü2К„К К где = " чувствительность ре0 зультирующего преобразования;

Ди=р (ж) — ц (ю„) — частотное изменение эффективной подвижности.

765762

Таким образом полученное напряжение про«орционально частотному изменению эффект»«пой подвижности контролируемого полупроводника.

На чертеже показано устройство для реализации способа.

Устройство содержит генераторы высокочастотных напряжений 1 и 2, балансный смеситель 3, низкочастотный и высокo гастотпый фильтры 4 и 5, автоматический переключатель 6, генератор частоты коммутации 7, пгирокополосный усилитель 8, контролируемый полупроводник 9, нлзкоомный резистор 10, избирательный усилитель 11, амплитудный детектор. 12, низкочастотный усилитель 13, синхронный детектор 14, выход«ой прибор 15, переключатель 16.

Устройство работает следующим образом.

Высокочастотные напряжения генераторов 1 и 2 смешивают в балансном смесителе 3. Низкочастотным фильтром 4 выделяют чапряжение разностной частоты, а высокочастотное напряже«ие сумм<ър1!Ои частоты высокочастотным филь тром 5.

ABTOMGT«!t >«»«.»É псрек IN«3TOflb 6. емый низкочастотным коммутационным генератором 7, подключает через широкополосный усилитель 8 полегой электрод контролируемого полупроводн»ка 9 к выходам фильтров 4» 5 поочередно. Сформированное двухчастот«ое попереч»ое «апряжсние воздействует на проводимость контролируемого полупровод»ика, на торцовыс электроды которого поступает напряже;«ие генератора 1. Модулированный сигнал, снимаемый с резистора 10, поступает ка избирательный усил»тель 11, настроенный на частоту сз,. Амплитудным детектором 12 производится ампл»туд«ое детектирование модул»рован«ого папря>хе«ия. Прямоугольное напряжение частоты коммутации, пропорцио«альное значению частотного изменения эффективной подвижност» контролируемого полупроводника, усиливается низкочастотным усилителем 13, выпрямляется синхронным детек — îðîì 14 и измеряется выходн прибором 15.

Для исключения погрешности от неравенства коэффициентов г:.ередач фильтров 4» 5 и неравномерности частотной характеристики широкополосного усилителя 8 выходное напряжение усилителя 8 непосредственно поступает при калибровке на детектор 12 (переключатель 16 в положение "а").

При неравенстве коэффициентов передач фильтров 4 и S (переключатель в положении

"б") на выходе детектора 12 вьщеляется напряжение частоты коммутации, амплитуда которого пропорциональна неравенству коэффициента передач этих фильтров. Это напряжение усиливается, выпрямляется и и«дуцируется выходным прибором 15.

Регулировкой коэффициента передач фильтра

4 кима их частот добиваются нулевого показания выходного прибора 15. После этого переключатель 16 устанавливается в положение "б" и производится измерение частотного изменения эффективной подвижности.

Формула изобретения

1О

1. Способ измерения подвиж«ости «осителей тока в полупроводниках, заключающийся в модуляции проводимости образца переменным электрическим полем и вьщелении составляющей тока пропорциональной эффекту поля, о» ч а ю щ и i< с я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений, смешивают два высокочастотных сигнала, выделяют низкочастотные напряжения разностной и суммарной частот, модулируют указанные капряжения и с низкой частотой коммутации поочередно возбуждают поперечное электрическое поле в образце, на который подают первое высокочастотное напряжение, выделяют модулировакное напряжение на образце, изменяющееся с частотой второго высокочастотного напряжения, детектируют его и измеряют напряжение, имеющее частоту коммуташш.

2. Устройство для осуществления способа

311 по п. I, содержащее высокочастотные генераторы, смсситсчь, соединенный с генераторами, иизкочастоттт и высокочастотный фильтры, подключенные к вь::oflv смесителя, резистор, . клеммы и полевой электрод образца, последо3S вательно соединенные избирательный усилитель; ампл»тудный детектор и регистрирующий прибор, отличающееся тем,чтовнего введены генератор и усилитель частоты ком,мутации, сикхронный детектор, переключатель, соединенный с выходами низкочастотного и высокочастотного фильтров, выход переключателя подключен к полевому электроду образца, одна клемма которого соединена с одним из высокочастотных генераторов, а вторая через ре45 зистор заземлена и подключена к»збирателькому усилителю, а между амплитудным детектором и регистрирующим прибором включены последовательно соединенные усилитель частоты коммутации и синхронный детектор, вход уп50 равления которого соединен с цепью управления переключателя и подклкчен к генератору частоты коммутации, И сточннки информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР N 588517, кл. G 01 R 31/26, 15.01.78.

2. Бонч-Бруевич В. Л., Калашников С. Г.

Физика полупроводников. М., Наука, 1977, с. 330, рис. 10.13 (прототип) .

765762

Составитель T. Дозоров

Техред М. Рейвес Корректор С. Шекмар гедактор Е. Гончар

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

Заказ 6502/43 Тираж 1019 Подписное

ВНИИНИ Государственного комитета СССР . по делам изобретений и открытий

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