Способ измерения напряжения на фотополупроводниковом слое

 

1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ НА (ЬОТОПО-ПУПРОВОДНИКОВОМ СЛОЕ, нанесенном на проводящую подложку, заключающийся в заряжении, экспонировании фотополупроводникового слоя, измерении тока, проходящего через подложку, и определении по градуиро-вочной вольт-амперной характеристике напряжения на слое, о т л и ч а loщ и и с я тем, что, с целью снижения погрешности измерения, перед заряжением проводящую подложку заземляют через ко1аденсатор, а фотополупроводниковый слой покрывают сверху диэлектрической пленкой, поверхность которой заряжают до постоянного потенциала, фотополупроводниковый слой экспонируют импульсами света, напряжение на конденсаторе в моменты достижения на нем установившегося значения напряжения и по даннмм этих измерений рассчитывают напряжение на фотополупроводниковом слое по формуле . (.п)(СА5), огде потенциал поверхности диэлектрической пленки; i Unнапряжение па конденсаторе; емкость конденсатора; с:: (О удельная емкость диэлектрической пленки; S заряжаемая площадь. i4 Од 00

„„SU„„1046737

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(Я) G 03 1" 13 00 G 01 И 19 00 ф

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

SMEAR)111й -1:(:. ;- ;. полупроводниковый слой покрывают сверху диэлектрической пленкой, поверхность которой заряжают до постоянного потенциала, фотополупроводниковый слой экспонируют импульсами света, измеряют напряжение на конденсаторе в моменты достижения на нем установившегося значения напряжения и по данным этих измерений расс итывают напряжение на фотополупроводниковом слое по формуле .

= Оо- (С„О„) (С„.Ь), 0 где 1о—

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3446203/28-12 (22) 27.05.82 (46) 07.10.83. Бюл. Ф 37 (72) В.A. Макарычев (53) 772.93(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N- 172191, кл. G Q3 5 13/02, 1965. (54)(57) 1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯ)КЕНИЯ НА ОТОПОЛУПРОВОДНИКОВОМ СЛОЕ, нанесенном на проводящую подложку, заключающийся в заояжении, экспонировании фотополупроводникового слоя, измерении тока, проходящего через подложку, и определении по градуировочной вольт-амперной характеристике напряжения на слое, о т л и ч а 1 шийся тем, что, с целью снижения погрешности измерения, перед заряжением проводящую подложку заземляют через конденсатор, а фотоЕНИЯ 1 " :- ;"::: потенциал поверхности диэлектрической пленки; напряжение ца конденсаторе; емкость конденсатора; удельная емкость диэлектрической пленки; заряжаемая площадь.

1046737

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю" шийся тем, что длительность импульсов экспонирования выбирают в

5 раэ меньше, а интервал между импульсами в 3-5 раз больше длительности времени заряжения.

3. Способ по ïï. 1 и 2, а т л иИзобретение относится к электрографии и может быть использовано для измерения поверхностного потенциала слоя.

Известен способ измерения напряже- 5 ния на фотополупроводниковом слое, нанесенном на проводящую подложку, заключающийся в заряжении, экспониро" вании фотополупроводникового слоя, измерении тока, проходящего через подложку, и определении по градуировочной вольт-амперной характеристике напряжения на слое $1 j.

Недостатком известного способа является то, что невозможность учесть ошибки измерения потенциала, связанные с инерционностью самого процесса измерения тока, величина которого однозначно связана с его потенциалом лишь в стационарном режи- 2Î ме. При быстрых изменениях потенциала имеет место некоторое оставание тока и связанное с этим ухудшение точности измерений, Пель изобретения — снижение по- 25 грешчости измерения за счет устранения влияния инерционности заряжения на точность измерения.

Для достижения поставленной цели . согласно способу измерения напри- 3g жения на фотополупровдниковом слое, нанесенном на проводящую подложку, заключающемуся в заряжении, экспонировании фотополупроводникового слоя, измерении тока, проходящего через подложку, и определении по градуировочной вольт-амперной характеристике напряжения на слое, перед заряжением проводящую подложку заземляют через конденсатор, а фотополупроводниковый слой покрывают сверху диэлектрической пленкой, поверхность которой заряжают до постоянного поч а ю шийся тем, что емкость конденсатора выбирают на два порядка больше емкости диэлектрической пленки, отношение удельной емкости которой к удельной емкости фотополу,проводникового слоя лежит в пределах от О,1 до 1О, 2 тенциала, фотополупровадниковый слой экспонируют импульсами света, измеряют напряжение на конденсаторе в моменты достижения на нем установившегося значения напряжения и по данным этих измерений рассчитывают напряжение на фотополупроводниковом слое по формуле

"де 0Π— потенциал поверхности диэлектрической пленки;

U — напряжение на конденсаторе;

С вЂ” емкость конденсатора; — удельная емкость диэлектриА ческой пленки;

5 — заряжаемая площадь, Длительность экспонирования вы- . бирают в 5 раэ меньше„ а интервал между импульсами в 3-5 раз больше длительности времени заряжения.

Емкость конденсатора выбирают на два порядка больше емкости диэлектрической пленки,.отношение удельной емкости которой к удельной емкости фотополупроводникового слоя лежит в пределах от О, 1 до 10, Потенциал фотополупроводниковсro слоя рассчитывают по величине заряда, который необходимо нанести в темноте на поверхность структуры диэлектрик — фотополупроводник — металл для того, чтобы эта поверхность приобрела определенный потенциал задаваемый внешним зарядным устройством.

Одна часть этого потенциала приходится на диэлектрический слой, другая— на фотололупроводниковый. Падение напряжения на диэлектрическом слое известной емкости однозначно определяют величиной нанесенного на его поверхность заряда, который измеряк т по падению напряжения на конденсато3 10467 ре. Разность между потенциалом внешней поверхности и падением напряжения на диэлектрическом слое соответствует напряжению на фотополупроводниковом слое. Освещение фотополупроводникового слоя импульсом света снижает это напряжение, структура вновь подзаряжается до прежнего потенциала в темноте. При этом на внешней поверхности диэлектрического слоя накапливается некоторый заряд, напряжение на нем увеличивается. Напряжение на фотополупроводниковом слое становится вновь равным указанной выше разнице.

Поскольку измерение производят только после того, как структура диэлектрик — фотополупроводник — металл дозарядилась до заданного уровня потенциала то инерционность процесса заряжения не сказывается на точности измерения.

При реализации способа требуется выдержать ряд условий проведения измерений . Во-первых, необходимо выбрать толщину диэлектрической пленки, которую накладывают на фотополупроводниковый слой. С одной стороны, эта пленка не должна быть слишком толстой, иначе модуляция потенциала ее поверхности при разряжении фотополупроводникового слоя будет слишком мала, С другой стороны, для слишком тонкой пленки начнут существенно сказываться на результаты измерения токи утечки через нее. Отношение удельной емкости диэлектрической пленки к удельной емкости фотополупроводникового слоя должно лежать в пределах от 0,1 до 10. Во-вторых, на измерение не должно оказывать влияние напряжение на конденсаторе, Поэтому емкость С конденсатора выбирают на два порядка больше, чем емкость всей заряжаемой поверхности фотополупроводникового слоя С . По- 45 A: скольку измерения проводят при установившемся значении потенциала структуры, то импульсы освещения выбирают достаточно короткими. Длительность импульсов освещения выбирают .50 г в 5 раз меньше, а интервал между ними в 3-5 раз больше длительности времени заряжения .

Предлагаемый способ измерения особенно удобен при исследовании элект- 55 рофотографических и сенситометрических параметров многослойных электрографических материалов, в которых

37 4 . верхний диэлектрический слой входит в состав самой структуры, На фиг. 1 представлена схема реализации способа измерения напряжения на фотополупроводниковом слое; на фиг. 2 — циклограмма измерения; на фиг. 3 — схема реализации способа, варкант .

На фиг. 1 обозначены пластины и 2 с покрытием из радиоактивного плутония, электрод 3, фотополупроводниковый слой 4, диэлектрическая пленка 5, металлическая рамка 6, источник

7 высокого напряжения, измерительный конденсатор 8, усилитель 9 и регистратор 10.

На фиг, 2 обозначены изменение напряжения на электроде 0 потенциал .

Э поверхности диэлектрической пленки

U, напряжение на диэлектрической о пленке U>, напряжение на измерительном конденсаторе 0, напряжение на фотополупроводниковом слое 0, ток фh импульсов синхронизации i, световой поток импульсов экспонирования F., Пример 1. Измеряют падение напряжения на фотополупроводниковом слое, аморфного селена, входящего в состав электрофотографического мате-, риала, содержащего слой селена 70 мкм, покрытый диэлектрической лавсановой пленкой толщиной 40 мкм (удельные емкости 80 и /О пФ/см 2 соответственно). Внешнюю поверхность диэлектрической пленки 4 заряжают до потенциала 2-4 кВ, задаваемого электродом 3 путем осаждения во внешнем поле зарядов, возникающем в промежутке под действкем ионизации альфа-частицами, испускаемыми с пластин 1 и 2, Заряжаемая поверхность ограничена металлической рамой 6. Величину заряда, осажденного за время заряжения на поверхность диэлектрической пленки

5, регистрируют по напряжению на калиброванном измерительном конденсаторе 8. Напря>кение с этого конденсатора через усилитель 9 крейта "КЮИК" вводя г в регистратор 10, в качестве которого используют оперативную память мини-ЭВИ СИ-3. Заряжаемая площадь составляет до 10 см2, емкость конденсатора 0,1 мкб . Длительность времени заряжения при расстоянии от электрода 3 до поверхности фотополупроводникового слоя 4 2,5 см составляет 10-15 с. Длительность импульсов экспонирования составляет 2-3 с, ин37

3 10467 тервал между импульсами 30-45 с..Световая энергия в импульсе 2-5 лкс.

Поверхность диэлектрической пленки в зарядном устройстве заряжают до потенциала 2 кВ с точностью более 1%.

Напряжение на измерительном конденсаторе при этом 14 В. Влияние. напряжения на конденсаторе на точность измерения потенциала поверхности диэлектрической пленки снижает точность не более чем на 0,77. Расчетное значение напряжения на фотополупроводниковом слое по окончании заряжения (перед первым импульсом экспонирования) составляет 935 В. Для полного разряжения фотополупроводникового слоя селена требовалось 10-15 импульсов экспониррвания. Изменение напряжения на фотополупроводниковом слое после первого импульса составляло

250-350 В и постоянно уменьшалось с каждым новым импульсом в 1,5-2 раза.:

Определение момента измерения (по нулевой первой производной), включение импульса экспонирования, расчеты напряжения на фотополупроводниковом слое и вывод результатов на АЦП, графопостроитель и другие внешние приборы осуществлялось программой, введенной в ЗВМ СМ-З, через крейт "KANAK" . В процессе измерения не производят никаких механических передвижений, весь процесс измерения полностью автоматизирован.

II р и м е р 2 . В отличие от примера 1 диэлектрическую пленку накладывают не на. поверхность слоя аморфного селена, а на электрод 3, как это показано на фиг. 3. Параметры фотополупроводникового слоя и диэлектрической пленки те же. Поскольку эквивалентная схема измерения не изменилась, емкость диэлектрического слоя оказалась последовательно включенной с зарядным устройством и емкостью фотополупроводникового слоя, то результаты и последовательность измерения не изменились по сравнению с примером 1 .

1046737 х л Z L

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

Составитель М. Волкова

Редактор А. Лежнина Техред С.Мигунова Корректор О. Билак

Заказ 7728/47 Тираж 473 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Ра шская наб. д. 4 5