Устройство для исследования процессов релаксации емкости полупроводниковых диодов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ РЕЛАКСАЦИИ ЕМКОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ, содержащее измеритель емкости, источник отрицательного постоянного напряжения, две клеммы для подключения исследуемого диода , первая клемма для подключения которого соединена с первым входом блока коммутации, второй вход которого подключен к выходу источника положительного постоянного напряжения, а третий и четвертый входы блока коммутации соединены соответственно с первым и вторым выходами блока управления , отлич ающе е с я тем, что, с целью повьшения быстродействия измерений, блок коммутации вьтолиен в виде трех электронных ключей и резистора , причем первый вход блока коммутации соединен с первыми выводами первого и второго электронных ключей, второй вывод первого электронного ключа соединен соответственно с выходом блока коммутации и через последовательно соединенные резистор и третий электронный ключ подключен к общей шине, второй вывод второго электронного ключа соединен с вторым входом блока коммутации, пятый вход которого подключен к третьему выходу блока управления, а третий , четвертыйи пятый входы блока коммутации соединены соответственно с управляющими входами первого, второго и третьего ключей, выход блока коммутации соединен с первым входом измерителя емкости, второй вход котоV ) рого подключен к выходу источника отрицательного постоянного напряжения , при этом измеритель емкости выполнен в виде измерительного контура § и 2Т-моста, вход которого соединен с выходом измерительного контура, первый вход которого соединен с первьм CD О) входом измерителя емкости, а второй вход измерительного контура соединен с вторым входом измерителя емкости , при этом измерительный кон00 4 тур выполнен в виде переменного конденсатора , параллельно которому подключены последовательно соединеншле нидуктивность и конденсатор точка соединения которых подключена к второму входу измерительного контура, а точка соединения конденсаторов контура подключена к общей шине, с которой также соединена вторая клемма для подключения исследуемого диода.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

09) (И) с58 4. 01 8 31 26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

Г10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3678328/24-21 (22) 23.12.83 (46) 07.12.85. Бюл. N 45 (71 ) Институт полупроводников АН УССР (72) И.Б. Пузин и А.И. Хорунжий (53) 621.382 (088.8) (56) Пузин И.Б. Установка для исследования параметров дефектов кристал лической решетки в полупроводниковых диодных структурах емкостным мето" дом. — ПТЭ, 1983, 11 4, с. 155-157.

Breitenstein О. il capacitance

Meter of High аЬзо1оае Sensitivity

Suitable for Scanning DLTS application. Phys. Stat. Sol. (а), т. 71, 1» 1, с. 159-167, 1982. (54 )(57 )УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

ПРОЦЕССОВ РЕЛАКСАЦИИ ЕМКОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ, содержащее измеритель емкости, источник отрицательного постоянного напряжения, две клеммы для подключения исследуемого диода, первая клемма для подключения которого соединена с первым входом блока коммутации, второй вход которого подключен к выходу источника положительного постоянного напряжения, а третий и четвертый входы блока коммутации соединены соответственно с первым и вторым выходами блока управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия измерений блок коммутации выполнен в виде трех электронных ключей и резистора, причем первый вход блока коммутации соединен с первыми -выводами первого и второго электронных ключей, второй вывод первого элект.— ронного ключа соединен соответственно с выходом блока коммутации и через последовательно соединенные резистор и третий электронный ключ подключен к общей шине, второй вывод второго электронного ключа соединен с вторым входом блока коммутации, пя. тый вход которого подключен к третьему выходу блока управления, а третий, четвертый и пятый входы блока коммутации соединены соответственно с управляющими входами первого, второго и третьего ключей, выход блока коммутации соединен с первым входом измерителя емкости, второй вход кото- Е рого подключен к выходу источника отрицательного постоянного напряжения, при этом измеритель емкости выполнен в виде измерительного контура и 2Т-моста, вход которого соединен с е

Ф выходом измерительного контура, первый вход которого соединен с первым входом измерителя емкости, а второй вход измерительного контура соединен с вторым входом измерителя емкости, при этом измерительный кон" тур выполнен в виде переменного конденсатора, параллельно которому подключены последовательно соединенные индуктивность и конденсатор, точка соединения которых подключена к второму"входу измерительного контура, & точка соединения конденсаторов контура подключена к общей шине, с которой также соединена вторая клемма для подключения исследуемого диода.

1196784

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано на производстве для технологического контроля выпускаемых полупроводниковых приборов р-и-переходов, диодов Шоттки, Mgfi-структур и т.п., в науке — в полупроводниковом материаловедении, в исследовательских лабораториях и особенно эффективно в составе DLTS -спектрометров.

Цель изобретения — повьппение быстродействия измерений емкостей полупроводниковых диодов путем умень шения времени затухания собственных колебаний в измерительном контуре, возникающих после подачи импульса инжекции на исследуемый полупроводниковый диод, за счет отключения этого диода от измерительного контура на время подачи импульса инжекции и последующего шунтирования контура сопротивлением после повторного подключения диода к контуру после окончания импульса инжекции, для обеспечения минимального времени,затухания собственных колебаний в контуре.

На фиг. 1 представлена блок-схема поясняющая работу устройства для исследования процессов релаксации емкости. полупроводниковых диодов; на фиг. 2 — временная диаграмма, по,ясняющая работу устройства; на фиг. 3 — пример выполнения блока уп-. павления.

Предлагаемое устройство содержит измеритель 1 емкости, источник 2 отрицательного постоянного напряжения, две клеммы 3 .и 4 для подключения исследуемого полупроводникового диода, первая клемма 3 для подключения которого соединена с первым входом блока 5 коммутации, второй вход которого подключен к источнику 6 положительного постоянного напряжения, а третий и четвертый входы блока 5 коммутации соединены соответ ственно с первым и вторым выходами блока 7 управления, Блок 5 коммута-. ции выполнен в виде трех электронных ключей 8-10 и резистора 11. Причем первый вход блока 5 коммутации соединен с первыми выводами первого

8 и второго 9 электронных ключей,второй вывод первого электронного ключа 8 соединен с выходом блока 5 коммутации и через последовательно соединенные резистор 11 и третий элект-.

10 второй вход. которого подключен к выходу источника 2 отрицательного

l5

55 ронный ключ 10 подключен к общей шине ° Второй вывод второго электронногоключа 9 соединен с вторым входом блока 5 коммутации, третий вход которого .соединен с управляющими входами соответственно первого 8, второго 9 и третьего 10 электронного ключей.

Выход блока 5 коммутации соединен с первым входом измерителя 1 емкости, постоянного напряжения.

Измеритель 1 емкости выполнен в виде измерительного контура 12 и 2Тмоста 13, вход которого соединен с выходом измерительного контура 12, первый вход которого соединен с первым входом измерителя 1 емкости, а второй вход измерительного контура

12 соединен с вторым входом измерителя I емкости. При этом измерительный контур 12 выполнен в виде .пере- менного измерительного конденсатора

14, параллельно которому подключены последовательно соединенные индуктивность 15 и конденсатор 16, точка соединения которых подключена к второму входу измерительного контура 1, а точка соединения конденсаторов 14 и 16 контура подключена к общей шине, с которой также соединена вторая клемма 4 для подключения исследуемого диода.

Блок 7 управления (фиг,3) выполнен в виде трех 17-19 генераторов. Первый выход первого генератора 17 соединен с входами второго 18 и третьer о 19 генераторов, Выходы первого

17, второго 18 и третьего 19 генераторов соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами блока

7 управления. Три одинаковых генератора импульсных сигналов, например, типа Г5-72, засинхронизированы между собой. Импульсы синхронизации первого генератора, который работает в автоматическом режиме, управляют работой второго и третьего генераторов. Так как в каждом из генераторов имеются встроенные блоки регулируемой задержки, то это позволяет реализовать последовательность импульсов управления ключами 8 — 10 блока коммутации, Устройство работает следующим образом, Испытуемый диод подключают к соответствующим клеммам 3 и 4 для под1196784 ключения исследуемого полупроводникового диода. Работа моста в динамическом режиме осуществляется коммутацией ключей в соответствии с временными диаграммами (фиг. 2) и происходит следующим образом. Размыканием ключа 8 исследуемый полупроводниковый прибор отключается от

2Т-моста 13. При этом конденсаторы

14 и 16 остаются под тем же постоянным потенциалом 0„, мо по высокой чатоте баланс моста нарушается. Через время Т„ .замыкается ключ 8 и на исследуемый полупроводниковый прибор в течение времени с„„ подается постоянное положительное напряжение

U2, т.е. импульс инжекции, который заполняют соответствующие глубокие уровни электронами или дырками. Это приводит к изменению зарядового состояния этих уровней и, как следствие к изменению величины емкости исследуемого образца. Затем ключ 9 размы-. кается и через время Т2 опять замыкается ключ 8. Наличие ключей 8 и 9 позволяет обойтись без запирания (на время подачи импульса инжекции) усилителя, стоящего на выходе 2Тмоста (не показано). Одновременно с замыканием ключа 8 замыкается ключ

10, подключающий на время Тз резистор 11 соответствующей величины к контуру ЬС (15,14). В результате добротность контура резко падает и амплитуда собственных колебаний, возникших в нем вследствие перепада напряжений на емкостях исследуемого диода и конденсатора 14 после окончания импульса инжекцни, успевает настолько уменьшиться за время Тз, что становится возможным наблюдение релаксации исследуемой емкости.

Теоретический расчет показывает, что при работе предлагаемого измерителя на частоте 28 МГц (как н у известного устройства) н при наличии высокодобротной катушки индуктивности I„5 0,1 мкГн можно было бы исследовать полупроводниковые приборы

С 100 пФ с минимальной длительностью процесса релаксации емкости

-8 мин

"-3,6.10 с уже через время Т = а 5

3,6.10 с с приблизительно такой же точностью, как и у известного устройства. Однако практическая реализация электронных ключей, способных обеспечить такое быстродействие, представляет собой очень сложную техническую задачу, Тем не менее, используя принципы, изложенные при описании предлагаемого устройства, можно исследовать более. быстрые, чем у известного устройства, процессы релаксации емкости полупроводниковых приборов и через значительно более короткие промежутки времени

10 после окончания импульса инжекции.

Для проверки работы измерителя в динамическом режиме в качестве ключей 8-!О использовались герконовые

15 реле типа РЭС 558, РС4, 569.630. На выходе 2Т-моста 13 применялся специально разработанный высокочастотный усилитель, собранный на полевых транзисторах КП-350Б чувствитель

20 ностью 420 нВ (4,2 1О В), ширина полосы которого на частоте 10МГц была

100кГц, Импульсы управления ключами

8-10 подавались, с частотой 40 Гц от трех синхронизированных импульсных

25 генераторов типа Г5-48 или же специально разработанного счетчика на триггерах. При этом были получены следующие результаты: минимальная длительность импульсов инжекции, 50 которую удалось получить посредством герконовых реле, была порядка

60 мкс (6 .10 5с), а минимальный фронт сигнала релаксации емкости оказался равным 10 мкс. Здесь следует отме35 тить два обстоятельства: 1-быстродействие измерителя, в случае применения системы ключей 8-10 и предложенного способа их коммутации, определяется лишь параметрами элементов, 40 входящих в схему 2Т-моста и не зависит от параметров исследуемого полупроводникового прибора; 2 — воз" можно, что даже герконовые реле могут обеспечить более быстрый, чем

45 10 мкс, спад сигнала релаксации емкости, так как полученное значение времени релаксации определяется не столько параметрами реле, сколько шириной полосы пропускания ВЧ-усилителя (100 кГц), стоящего на выходе измерителя емкости. Однако формирование ключами на основе герконовых реле импульсов инжекции с длительностями порядка 1 мкс и ниже не пред55 ставляется реальным, Здесь необходимо испольэовать только быстродействующие электронные ключи.

119б784

El96784

Фги. г

4 иг Я

Составитель Т. Иванова

Техред Л.Мартяшова Корректор Г.Решетник

Редактор А. Шишкина

Заказ 7559/43 Тираж 747 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

Фа Атак каммума<исс