Устройство для контроля качества лавинных фотодиодов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ЛАВИННЫХ ФОТОДИОДОВ, содержащее генератор пилообразного напряжения и источник постоянного напряжения , соединенные выходами с первой шиной для подключения испытуемого прибора, оптически связанного с высокочастотным светодиодом, который соединен с выходом генератора импульсных сигналов высокой частоты. присоединеные к второй шине для подключения испытуемого прибора последовательно включенные фильтр верхних частот, аттенюатор и широкополосный усилитель, а также двухкоординатный регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля, в него введены селективный детектор, логарифматор отношения, источник опорного напряжения и логарифматор напряжения , причем селективный детектор включен между выходом широкополосного усилителя и первым входом логарифматора отношения, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а его выход - с входом вертикального отклонения двухкоординатного регистратора , подключенного входом горизонтального отклонения к выходу генеjparopa пилообразного напряжения через логари4матор напряжения. х 9 : к1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3404687/18-21 (22) 04.03.82 (46) 30,03.84. Бюл. )) 12 .(72) С.В.Свечников, В.Н.Шапарь, А.В.Иевский и В.А.Афанасьев (71) Институт полупроводников АН УССР (53) 621. 382 (088. 8) (56) 1. Senitzky В., Noll I.l. Breakgovn in Silicon.-"Phys.Rw", 1958, V. 110, Р 3, р. 612-620.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 532064, кл. G 01 К 31/26, 1974. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ.

КАЧЕСТВА ЛАВИННЫХ ФОТОДИОДОВ, содержащее генератор пилообразного напряжения и источник постоянного напряжения, соединенные выходами с первой шиной для подключения испытуемого прибора, оптически связанного с высокочастотным светодиодом, который соединен с выходом генератора им.пульсных сигналов высокой частоты, присоединение к второй шине для подключения испытуемого прибора последовательно включенные фильтр верхних частот, аттенюатор и широкополосный усилитель, а также двухкоординатный регистратор, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности контроля, в него введены селективный детектор, логарифматор отношения, источник опорно. го напряжения и логарифматор напря.жения, причем селективный детектор включен между выходом широкополосного усилителя и первым входом логарифматора отношения, второй вход . которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а его выход — с входом вертикального отклонения двухкоординатного регистратора, подключенного входом горизонтального отклонения к выходу генератора пилообразного напряжения через логарифматор напряжения.

1083137

Изобретение относится к полупроводниковой. фотоэлектронике и может быть использовано для контроля качества .лавинных фотодиодов в процессе их изготовления и применения, 5 а также при отработке изделий с дефектами, обуславливающими микроплазменный пробой, и для измерения параметров и фотоэлектрических ха- рактеристик лавинных фотодиодов.

Известно устройство для измерения коэффициента умножения лавинного фотодиода, содержащее источник опорного напряжения, соединенный с клеммой для подключения первого 15 вывода испытуемого лавинного фотоди1 ода, оптически связанного с источником излучения, лучистый. поток которого модулирован электромеханическим прерывателем и синхронный 20 детектор, вход которого подключен к клемме для соединения второго вывода лавинного фотодиода и сопротивления нагрузки, а опорный канал синхронного детектора присоединен к сннх- 25 ронизирующему вьгсоду электромеханического .прерывателя (1) .

Известное устройство позволяет измерить фототок лавинного фотодиода (ЛФД) при заданном напряжении gp смещения. Из данных измерений фототока расчетным путем можно определить, один из основных показателей качества лавинного фотодиода — коэффициент И умножения фототока. Этот параметр существенно зависит от качества поверхности и объема структуры лавинного фотодиода. В некачественных приборах вследствие влияния дефектов пробой Р 4р ходит не однородно по всей площади, а локализуется в отдельных областях, называемых микроплазмами. Иикроплазменные образцы, как неудовлетворяющие основным параметрам и потен- 45 циально ненадежные должны быть отбракованы. Поэтому контроль качества лавинного фотодиода прежде всего включает в себя контроль микроплаэм.

Известное устройство позволяет контролировать микроплазмы по виду кривой зависимости коэффициента .умно. жения от напряжения, которую можно построить по данным измерений фототока при различных смешающих напряжениях.

Недостатком известного устройства, является низкая точность контроля, так как оно не дает, полной информа- ции о зависимости коэффициента умножения от напряжения из-за дискретного характера измерений по точкам.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для контроля качества лавинных фотодиодов, содержащее генератор пилообразного напряжения и источник постоянного напряжения, соединенные выходами с первой шиной для подключения испытуемого прибора, оптически. связанного с высокочастотным светодиодом, который соединен с выходом генератора импульсных сигналов высокой частоты, присоединенные к второй шине для подключения испытуемого прибора последовательно включенные фильтр верхних частот, аттенюатор и широкополосный усилитель, а также двухкоординатный регистратор (2) .

Данное устройство позволяет получить на экране осциллографа, который используется в качестве двухкоордиHBTHoI.Q регистратора, непосредственно характеристику зависимости коэффициента умножения от напряжения и по ней судить о микроплазменном пробое и максимальном коэффициенте умножения лавинного фотодиода.

Однако это устройство характеризуется низкой точностью контроля качества лавинного фотодиода, обусловленной прежде всего самой методикой определения дефектности прибора по виду кривой зависимости коэффициета умножения от напряжения, так как коэффициент умножения фототока является сложной степенной функцией напряжения и на глаз нельзя точно определить степень отклонения реальной характеристики от теоретической. Особенно низка точность, если напряжение зажигания микроплазмы незначительно отличается от напряжения однородного пробоя, или если вклад фототока микроплазмы в общий фототок диода малый, а также, если неоднородность пробоя р-п-перехода обусловлена не микроплаэменными дефектами, и неоднородностью профиля легирования, неоднородностью контактов и т.д. Цель изобретения — повышение ! точности контроля качества лавинного фотодиода.

1083137

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для контроля качества лавинных фотодиодов, содержащее генератор пилообразного напряжения и источник постоянного напряже. ния, соединенные выходами с первой шиной для подключения испытуемого прибора, оптически связанного с вы-. сокочастотным светодиодом, который соединен с выходом генератора им- 10 пульсных сигналов высокой частоты, присоединенные к второй шине для подключения испытуемого прибора последовательно включенные фильтр верхних частот, аттенюатор и широ- 15 кополосный усилитель, а также двухкоординатный регистратор, введены селективный детектор, логарифматор отношения, источник опорного напряжения и логарифматор напряжения, 20 причем селективный детектор включен между выходом широкополосного усилителя и первым входом логарифматора отношения, второй вход которого соединен с выходом источника опор- р5 ного напряжения, а его выход †. с входом вертикального отклонения двухкоординатноro регистратора, подключенного входом горизонтального-отклонения к выходу генератора пилообраз- З0 ного напряжения через логарифматор напряжения.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, на фиг. 2 — зарегистрированная характеристика для безмикро- З5 плазменного германиевого лавинного фотодиода; на фиг. 3 — характеристика для микроплазменного лавинного фотодиода, т.е. диода с дефектами.

Устройство содержит генератор 1 40 пилообразного напряжения, источник 2 постоянного напряжения, источник 3 излучения, выполненый в виде высокочастотного светодиода, генератор 4 импульсных сигналов высокой частоты, 45 последовательно соединенные фильтр 5 верхних частот,. аттенюатор 6, широкополосный усилитель 7, селективный детектор 8, логарифматор 9 отношения,. второй вход которого подключен к источнику 10 опорного напряЖения, а также логарифматор 11 напряжения.

Выходы логарифматора 11 напряжения и логарифматора 9 отношения подклю- чены к входам х и у двухкоординатного55 регистратора 12 .соответственно.

В качестве двухкоординатного регистратора может быть использован

4 .осциллограф, либо самописец (для более точной регистрации характеристик).

Фильтр 5 верхних частот соединен с шиной для подключения второго -вывода испытуемого прибора 13, к шине для подключения первого вывода которого подключены источник 2 постоянного напряжения и генератор 1 пилообразного, напряжения. Фотодиод. 13 ! оптически связан с источником излучения, соединенным с генератором 4 импульсных сигналов высокой частоты. Логарифматор 9 отношения выполнен,, например, в виде двух логарифмических усилителей 14 и 15 и дифференциальной схемы 16 вычитания, инвертирующий и неинвертирующий входы которой соединены соответственно с выходами логарифмических усилителей 14 и 15.

Вход логарифмического усилителя 14 через входной резистор 17 подключен к выходу селективного детектора 8 и через входной резистор 18 — к выходу источника 10 опорного напряжения.

Вход логарифмического усилителя

15 через входной резистор 19 подключен к выходу селективного детектора 8.

Устройство работает следующим образом, На испытуемый прибор 13 от источника 2 подается постоянное напряжений, близкое к лавинному. Пилообразное напряжение низкой частоты (около

100 Гц) от генератора 1 переводит фотодиод в лавинный. режим.

При подаче на высокочастотный светодиод 3 от генератора 4,импульсных сигналов высокой частоты (свыше

100 кГц) на темновую вольтамперную характеристику фотодиода накладываются высокочастотные импульсы фототока, несущие информацию с коэффициента умножения фотоносителей в лавинном режиме.

Общий токовый импульс с выхода фотодиода поступает на фильтр 5 верхних частот, который отфильтровы-. вает низкочастотные импульсы темнового тока, и пропускает на вход аттенюатора 6 только высокочастотные импульсы фототока, которые затем усиливаются широкополосным усилителем 7 и поступают на вход быстродейству» ющего селективйого детектора 8, где

1083137

M— и

1-(--) Пнр

5 происходит преобразование амплитуды импульсов .в постоянное напряжение.

С выхода селективного детектора 8 напряжение, пропорциональное фототоку лавинного фотодиода, поступает через 5 входные резисторы 17 и 19 на входы логарифмических усилителей 14 и 15 соответственно, входящих в схему логарифмического отношения. На вход логарифмического усилителя 14 через входной резистор 18 подается. также напряжение U< от источника 10 опорного напряжения.

Сигнал lg U+, пропорциональный .амплитуде высокочастотных импульсов фототока с выхода логарифмического усилителя 15, и сигнал lg (Uy-U ), с выхода логарифмического усилителя

14, подаются соответственно на инвертирующий и неинвертирующий входы 2О дифференциальной схемы 16 вычитания, на выходе которой возникает сигнал, пропорциональный U — U<

lg (— — — — ) и 25

Этот сигнал можно сделать пропорциональным 1

1g (1 — †-) если опорное

t напряжение Оо источника опорного ,напряжения установить равным выход- 30 ному сигналу селективного детектора

U при низком напряжении смещения лавинного фотодиода, когда лавинный пробой еще не наступает. При абсолютном равенстве выходного напряжения селективного детектора и напряжения от источника опорного напряжения, выходной сигнал логарифматора отношения должен бып бы стремиться к минус бесконечности, что на прак- 4п тике невозможно. Поэтому напряжение источника опорного напряжения устанавливается близким к U, причем так, чтобы напряжение U< по абсолютной величине было меньше напряжения 45

5, что необходимо для обеспечения нужной полярности суммарного входного тока логарифматора отношения.

Регулировка выходного. напряжения источника опорного напряжения контролируется по выходному напряжению. логарифматора отношения.

После запуска генератора пилообразных импульсов напряжения и перевода лавинного фотодиода в лавинный режим работы сигнал, снимаемый с выхода селективного детектора, будет увеличиваться пропорционально увеличению коэффициента умножения, а выходное напряжение логарифматора отношения при этом будет изменяться по закону Up U б

1g (— — — — ), или

Ьр

1 по закону lg (1 — -), эквивалентно.

Выходное напряжение логарифматора

9 отношения подается на вход у регистратора 12, а выходное напряжение логарифматора напряжения, представляющее собой логарифм напряжения смещения диода lg U подается на вход х осциллографа. Нри этом на экране осциллографа будет наблюдаться непосредственно характеристика зависимости вида 1

1g(,1- -) = f(1g U)

Для лавинных фотодиодов с однородным пробоем по всей площади р-п-перехода эта характеристика является прямой линией с наклоном к оси напряжений, равным показателю и степенной зависимости коэффициента умножения от напряжения

Параметр не зависит от напряжения и для данной длины волны света является константой. Однако если пробой по площади р-п-перехода распределен неоднородно, например, иэ-за неравномерности градиента диффундирующей примеси, неоднородности контактов, неоднородности объемных параметров полупроводникового материала, из которого изготовлен лавинный фотодиод, параметр становится функцией . напряжения и зависимость вида

1g(1- -) f(lg U) заметно отклоfl няется от прямолинейной.

Микроплазмы проявляются по данной зависимости в виде острых максимумов и размещаются с высокой степенью достоверности.

Напряжение пробоя лавинного фотодиода определяется непосредственно иэ графика данной зависимости как точка пересечения прямой с осью напряжений. Причем, такой способ измерения лавинного пробоя является

Яиа г

Ф(1-1

cg VE

Составитель Ю. Брызгалов

Редактор О. Сопко Техред А.Ач

КорректоР О. Тигор

Заказ 1737/40 Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам. изобретений и открытий

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

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

7 1083 наиболее точным по отношению ко всем другим известным способам, так как дает. физическое значение U> близкое к теоретическому (по определению под напряжением лавинного пробоя 5 понимается такое напряжение,, при которбм коэффициент умножения стремится к бесконечности). При этом область напряжений Смещения диода остается ниже напряжения пробоя, а коэффициен- 1О ты умножения не обязательно должны иметь высокие значения.

137. 8

Так как U p. определяется. оператором непосредственно в процессе испытания образца, устройство позволяет проводить контроль качества лавинного фотодиода в таком режиме, при котором напряжение смещения, подаваемое на образец от генератора пилообразного напряжения не будет: превышать напряжение лавинного про- боя, что исключает разрушение приборов в процессе контроля.

Устройство для контроля качества лавинных фотодиодов Устройство для контроля качества лавинных фотодиодов Устройство для контроля качества лавинных фотодиодов Устройство для контроля качества лавинных фотодиодов Устройство для контроля качества лавинных фотодиодов 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может найти применение в электронной технике для измерения напряжений на диэлектрике и полупроводнике, а также их временного изменения в МДПДМ-структурах

Изобретение относится к технике контроля параметров полупроводников и предназначено для локального контроля параметров глубоких центров (уровней)

Изобретение относится к электронике и при использовании позволяет повысить точность контроля заданной величины отрицательного дифференциального сопротивления за счет изменения соотношения глубины положительных и отрицательных обратных связей в элементе с регулируемыми напряжениями и токами включения и выключения

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при конструировании и производстве тиристоров

Изобретение относится к радиационной испытательной технике и может быть использовано при проведении испытаний полупроводниковых приборов (ППП) и интегральных схем (ИС) на стойкость к воздействию импульсного ионизирующего излучения (ИИИ)

Изобретение относится к области измерения и контроля электрофизических параметров и может быть использовано для оценки качества технологического процесса при производстве твердотельных микросхем и приборов на основе МДП-структур

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к области измерения электрофизических параметров материалов, и может быть использовано для контроля качества полупроводниковых материалов, в частности полупроводниковых пластин

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для контроля полярности выводов светодиодов

Изобретение относится к области теплового неразрушающего контроля силовой электротехники, в частности тиристоров тиристорных преобразователей, и предназначено для своевременного выявления дефектных тиристоров, используемых в тиристорных преобразователях, без вывода изделия в целом в специальный контрольный режим
Наверх