Устройство для измерения параметров мдп-структур

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МДП-СТРУКТУР, содержащее генератор высокой частоты, выход которого подключен к шине для подключения затвора МДП-структуры, выходу генератора пилообразного напряжения и первому входу регистратора. исток ВДП-структуры подключен к входу усилителя и первому выводу делителя, второй вьшод которого соединен с общей шиной, выход усилителя подключен к входу детектора, дифференциатор, выход которого соединен с вторым входом регистратора, отличающее с-я тем, что, с целью повьш1ения быстродействия и точности измерения, в него введены задатчик эталонных сигналов, коммутатор и дополнительный регистратор, причем выход детектора соединен с первым входом коммутатора, второй вход которого подключен к задатчику эталонных сигналов, первый выход коммутатора соединен с входом дифференциатора , а второй выход - с первым входом дополнительного регистратора, второй вход которого подключен к выходу генератора пилообразного напряжения .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (! 9) (j j) А (51)4 G 01 R 31/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ И ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3350290/ 1 8-21 (22) 29. 10. 81 (46) 15. 09, 85. Бюл. N - 34 (72) И. С. Захаров, В.Л. Новиков, К.A.Ìàïàøêèí, 10.Н.Усов и А.А.Широков (71) Томский институт автоматизиро— ванных систем управления и радиоэлектроники (53) 621.382.3 (088.8) (56) 1. Патент ПНР У 166595, кл. G 01 R 31/26, 31. 05. 77.

2. Электронная техника. Сер. 8, вып. 4 (34), с. 86 (прототип) . (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ПАРАМЕТРОВ МДП-СТРУКТУР, содержащее генератор высокой частоты, выход которого подключен к шине для подключения затвора МДП-структуры, выходу генератора пилообразного напряжения и первому входу регистратора, исток МДП-структуры подключен к входу усилителя и первому выводу делителя, второй вывод которого со- единен с общей шиной, выход усилителя подключен к входу детектора, дифференциатор, выход которого соединен с вторым входом регистратора, о т л и ч а ю щ е е с. я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности измерения, в него введены задатчик эталонных сигналов, коммутатор и дополнительный регистратор, причем выход детектора соединен с первым входом коммутатора, второй вход которого подключен к задатчику I эталонных сигналов, первый выход коммутатора соединен с входом дифференциатора, а второй выход — с первым входом дополнительного регистратора, второй вход которого подключен к выходу генератора пилообразного напряжения.

11792

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть применено в электронной технике для измерения параметров МДП-структур и приборов на их основе. 5

Известно устройство для измерения параметров МДП-структур, содержащее измерительный генератор, питающий трансформаторный мостик, вторичная обмотка которого через калибра- 1О ванную проводимость подключена к входу операционного усилителя, содержащего в петле обратной отрицательной связи селективный фильтр, а выход операционного усилителя через 15 детектор соединен с индикаторным устройством (1) .

Устройство позволяет проводить измерения полных проводимостей и емкостей МДП-структуры, состоящих из 20 компонент для различных ее областей: области пространственного заряда, границы полупроводник — диэлектрик, окисла.

Недостатком такого устройства яв — 25 ляется ограниченная область его применения, так как оно не позволяет определять важные параметры областей МДП-структуры и, в частности, эффективное время жизни носителей заряда . в полупроводнике, скорость Т поверхностной генерации (рекомбинации) S и распределение плотности поверхностных состояний И9 (в) по ширине запрещенной зоны IIOJIyilpo 35 водника.

Наиболее близким к предлагаемому по техническому решению является устройство для измерения параметров . МДП-структур, содержащее генератор высокой частоты, соединенчый с затвором МДП-структуры, другой вывод которой подключен к измерительному резистору делителя, генератор пилообразного напряжения, выход которого подключен к затвору МДП-структуры и к первбму входу регистратора, электронные блоки линейного широкополосного усиления, линейного детектирования и электронного дифференцирования, соединенные последовательно и включенные между выходом делителя и другим входом регистратора (2).

Устройство позволяет проводить измерения некоторых параметров МДПструктуры, в частности профиля распределения концентрации носителей заряда в полупроводнике, а потом

32 г методом сравнения полученных экспериментальных кривых. с зависимостями полученными на этом устройстве на

МДП-структурах с известными параметрами, используемых в качестве эталонных, провести количественные определения. С помощью этого устрой— ства возможно определение и других параметров МДП-структур, у которых существует зависимость между определяемым параметром и производной

ac/av.

Недостатком данного устройства для измерения параметров МДП вЂ структур, у которых существует линейная зависимость между определяемым параметром и производной dc/c1V (например профиль распределения примеси в полупроводнике), является необходимость иметь ЩП-структуры с известными параметрами, определенными какими-либо другими методами. Погрешность определения параметров измеряемой МДП-структуры складывается из погрешности выбранного метода измерения параметров известной МДП-структуры и погрешности сравнения экспериментальной кривой измеряемой МДП вЂ структу с кривой, полученной на структуре с известными параметрами.

Целью изобретения является повышение быстродействия и точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения параметров МДП-структур, содержащее генератор высокой частоты, выход которого подключен к шине для подключения затвора МДП-структуры, выходу генератора пилообразного напряжения и первому входу регистратора, исток

МДП-структуры подключен к входу усилителя и первому выводу делителя второй вывод которого соединен с общей шиной, выход усилителя подключен к входу детектора, дифференциатор, выход которого соединен с вторым входом регистратора, введены задатчик эталонных сигналов, коммутатор и дополнительный регистратор причем выход детектора соединен с первым входом коммутатора, второй вход которого подключен к задатчику эталонных сигналов, первый выход коммутатора соединен с входом дифференциатора, а второй выход — с первым входом дополнительного регист1179 ратора, второй вход которого подключен к выходу генератора пилообразного напряжения.

На чертеже изображена структурная схема устройства для измерения параметров МДП-структур.

Устройство содержит генератор 1 пилообразного напряжения, генератор

2 высокой частоты измеряемую МДПструктуру 3, делитель 4, линейный ши- 10 рокополосный усилитель 5, линейный детектор 6, дополнительный регистратор 7, задатчик 8 эталонных сигналов, дифференциатор 9, регистратор 10, коммутатор 11. 15

Устройство работает следующим образомм.

В режиме работы коммутатора 11

"Измерение" генератор 1 задает на входы МДП-структуры 3, регистраторов

7 и 10 медленно меняющееся (пилообразное) напряжение. Регистраторы

7 и 10, в качестве которых могут быть использованы., например, двухкоординатные самописцы, используют это напряжение для создания развертки по соответствующей оси.

Тестовый сигнал с генератора 2 высокой частоты подается на затвор

МДП вЂ структу. С делителя 4 напряжение усиливается широкополосным усилителем 5, детектируется линейным детектором 6.

С выхода линейного детектора 6 напряжение, пропорциональное теку35 щему значению емкости МДП-структуры

3, поступает через коммутатор 11 на вход дифференциатора 9 и перного регистратора 7, вызывая развертку по соответствующей оси, регистратор 7 строит вольт-фарадную характеристику МДП-структуры 3. С выхода дифференциатора 9 напряжение,. пропорциональное производной вольт-фарадной характеристики, поступает на вход второго регистратора 10 и фиксируется им по соответствующей оси.

После записи вольт-фарадной кривой и ее производной коммутатор 11 переключают в режим "Калибровка".

B этом режиме коммутатор 11 отключает выход линейного детектора 6 и подключает выход задатчика 8 эталонных сигналов к входу первого регистратора 7 и через дифференциатор 9— к входу второго регистратора 10.

Задатчик 8 задает на входы регистратора 7 и дифференциатора 9 где в — поверхностный потенциал, скорость диэлектрика в МДП-структуре, измеренная с помощью ре-. гистратора 7

С теоретическая дифференциальная емкость области пространственного заряда, t

С измеренная дифференциальная емкость ДМПструктуры при приложении напряжения V

dC>/d g —. теоретически рассчи- танная производная

dC /dV - измеренная производ1 ная.

Измеренное абсолютное значение производной dc/ЙЧ позволяет дополни- . тельно определить и другие параметры МДП-структуры; скорость поверхно стной генерации S и эффективное время жизни риз выражения

С0Х на основе зависимости в координатах

232 4 калиброванные сигналы D видp. импуль<— ного напряжения треугольной формы, длительность и амплитуда которых могут быть точно заданы.

Дифференциатор 9 формирует на выходе по сигналу с задатчика 8 напряжение прямоугольной формы, которое поступает на регистратор 10.

При этом амплитуда этого напряжения равна производной треугольного импульса, зарегистрированного ре- - гистратором 7. Амплитуда треугольно— го импульса пропорциональна значению емкости.

Измеренное абсолютное значение производной dC/dV используют для расчета абсолютных значений распределения .плотности поверхностных состояний Из ((6) в выражении

1179232 абсолютное значение рассчитанная как отрезка, отсекаемого на оси ординат при построении зависимости (3);

e4 - угол наклона зависимости (3) к оси абсцисс.

rpeP = йЧИ1

N, n

Составитель Н.Шиянов

Редактор Л.Веселовская Техред А.Бабинец Корректор А.Зимокосов

Заказ 5667/45 Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по Делам изобретений и открытий

1!3035, Москва, N-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 скорость развертки ге-10 нератора медленно меняющегося напряжения; концентрация примеси и собственных носителей заряда в полупроводни-15 ке соответственно„ диэлектрические постоянные полупроводника и вакуума соответст-. венно измеренная с помощью регистратора 7 равновесная емкость ЩПструктуры в области

25 инверсии

Таким образом, введение задатчика эталонных сигналов, коммутатора, дополнительного регистратора позволяет количественно определять параметры

МДП-структуры, у которых существует сложная зависимость от производной

dC/dV (например, Ивв(у ), Sp и др.), а также другие параме ры, у которых связь с ИСАИЧ линейна, более точно и быстро вследствие отсутствия необходимости проведения дополнительных измерений на эталонных структурах, что существенно повышает точность и быстродействие устройства.