Способ определения заряда свободных носителей в каналах инверсии мдп - транзистор

 

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для определения электронных характеристик границ раздела полупроводник-диэлектрик, определения подвижности носителей заряда в инверсионных каналах, для контроля качества изготовления полупроводниковых приборов на основе структур металлдиэлектрик-полупроводник. Целью изобретения является расширение класса исследуемых МДП-транзисторов и упрощение способа. Определяют пороговое напряжение V, , время нарастания переходной характеристики tg, определяют величину периодических импульсов ЛУ; . Прикладывают между затвором и стоком постоянные напряжения и импульсы iV; длительностью t. Поочередно путем интегрирования переходных токов определяют заряды свободных носителей в каналах инверсии ВДП-транзисторов. 4 ил. с S9 (Л С

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1

09) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (46) 07.07.91. Бюл. Р 25 (21) 4002047/25 (22) 10.11.85 (71) Институт радиотехники и электроники АН СССР (72) A.Ã.Æäaí, В.И,Омельченко, В.В.Рылькрв и А.Г.Шафран (53) 621.382 (088.8) (56) Hahn P.Î., Henzler М."Experi-

mental comparison of atomic ronghness

and Hall mobility in р-.Si layers"

L.Арр1. Phys. v.54, И 11, р.р. 64926496, 1984.

Авторское свидетельство СССР

У 11755318, кл. Н О1 L 21/66,, 1983. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАРЯДА СВОБОДНЫХ НОСИТЕЛЕЙ В КАНАЛАХ ИНВЕРСИЙ

ИДП-ТРАНЗИСТОРОВ (57) Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть (51) 5 Н 01 ?. 21/66, С 01 К 31/26 использовано для определения электронных характеристик границ раздела полупроводник-диэлектрик, определения подвижности носителей заряда в инверсионных каналах, для контроля качества изготовления полупроводниковых приборов на основе структур металлдиэлектрик-полупроводник. Целью изобретения является расширение класса исследуемых ИДП-транзисторов и упрощение способа. Определяют пороговое напряжение V< время нарастания переходной характеристики t, определяют величину периодических импульсов hV;.

Прикладывают между затвором и стоком постоянные напряжения и импульсы ЬЧ; длительностью t . Поочередно путем интегрирования йереходных токов определяют заряды.свободных носителей в каналах инверсии ИДП-транзисторов. 4 ил.

1384120

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может был ь использовано для определения электронных характеристик границ раздела палp проводник диэлектрик границ раз дела полупроводник-диэлектрик, определения подвижности носителей заряда в инверсионных каналах.

Цель изобретения — расширение класса исследуемых МДП-транзисторов и упрощение способа.

На фиг.1 изображена схема измерений по определению заряда; на фиг.. 2 и 3 — временные диаграммы. напряжений .15 между затвором и стоком (истоком) и соответствующих переходных токов при постоянном напряжении на затворе

V< »» V,, На фиг.4 — зависимость заряда в инверсионном канале Q от напряжения 20 на затворе транзистора.

На фиг,! введены обозначения: сток (исток) 1 транзистора, измерительная система 2, металлический затвор 3, диэлектрик 4, источник напряжения 5 на затворе.

Пример. Способ апробируют.. на длинноканальном кремниевом транзисторе. Схема включения образца.по-. казана на фиг.1. Для измерения зависимости тока между истоком и стоком ат напряжения на затвор подают напряжение, линейно меняющееся по времени со скоростью 15 В/мпн. Сигнал с сопротивления R=101 Ом, включенного последовательно с транзистором подают на вход У самописца, а на вход.Х подают. сигнал от источника напряжения.

Значение порогового напряжения V<

-2,26 В получают экстраполяцией линейного участка этой зависимости к оси напряжений. Измеряют переходную характеристику транзистора..Для этого на затвор транзистора подают.и импульсы длительностью 70 нс с амплитудой 11 В и частотой следования

5 кГц от генератора на фоне постоян- ного смещения напряжения. Ток между. истоком и стоком регистрируют с по мощью осциллографа со стробоскопическим блоком. Время нарастания пере-. 50 ходной характеристики определяют визуально по сигналу на экраие ос-. циллографа, которое составляет 40 нс, Максимальную амплитуду 1 Ч „периодических импульсов определяют па формуле (-1 (8%Ь gKNa ) 8»»h gGNa где — требуемая точность равная в примере 0,45, F — уровень Ферми;

Š— энергия края зоны основс ных носителей;

q — элементарный заряд;

h . — толщина диэлектрика, Na ; концентрация легирующей примеси в подложке;. с»ЕА — диэлектрические проницаемости полупроводника и диэлектрика соответственно..

При этом параметры полупроводника. соответственно имеют значения Na =

10 см, h = 3000 А, Е = 11,7, Гд

»»» -э»

3, 7 „ (F — Е,) (/q=.302 мэВ. Рассчитанное значение ЬЧ»„о„ =0,538, Далее при отсоединенном стоке между истоком и затвором прикладывают импульсы с амплитудой аЧ» = 0,5 В— — кЧ„ „,, длительностью t =40 нс с частотой следования 5 кГц, при смещающих напряжениях V =Vq — йЧ

=- -1,76 В и Ч» = V = -2,26 В. Возникающие переходные токи регистрируют при помощи автоматизированной системы на основе микроЭВМ.

Определяют заряд Q путем интегрирования переходных токов I(V ) и

Х(Ч, — аЧ, ) как Q,ô(V ) dt- J I(V<—

=ьЧ, )!ь . Результат определения Q, усредняют по ста измерениям для уменьшения случайной ошибки Q»

-»2

2,24; 10 кл. Проводят измерения переходных токов для ряда напряжений

Ч; (i=2,3,4,5) на затворе, отличающихся друг от друга на величину амплитуд импульсов дЧ» -6V» — 0,5 В, г.е.Ч2= Ч,» ЬЧ» = -2,76 В, Ч -V»ЬЧ2 — 3,26 В, V =V + 4Ч = "3,76 В, V = Ч + 6Ч = -4,26 В.

Аналогично заряду Q определяют заряды Я;, т,е. Я =2,21 10 Яг

236.10 кл и получают суммарный эа5 — »2 ряд Q = K Q = 11 2. 10 кл.

»»

Формула изобретения

Способ определения заряда свободных носителей в каналах инверсии

ЯЦП-транзисторов, включающий подачу постоянного и импульсного напряжений на затвор, регистрацию неравновесных

1184120 токов и их интегрирование, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения класса исследуемых транзисторов и упрощения способа, измеряют зависимость тока между истоком и стоком транзистора от напряжения на затворе и определяют пороговое напряжение Ч экстраполяцией линейt ного участка этой зависимости до оси напряжений, измеряют переходную характеристику транзистора и определяют время ее нарастания t, прикладывают между затвором и стоком (истоком) периодические импульсы напряжения с амплИтудой ЬЧ,, и длительностью t t, поочередно при напряжео ниях на затворе Vg — ЬЧ, и V< = V u при помощи интегрирования переходных токов I(V<-ЬЧ<), I(V<) определяют заряд Я;, = j Т(Ч1 ) dt — J I(V -ЬЧ, ) dt, проводят повторные измерения переходных токов при напряжениях на затворе, последовательно увеличивающихся на величину амплитуды импульсов ДЧ; (ice i = 2,3,4...n), в соответствии с условием V; = Г + ьЧ; и определяют заряд Я как сумму по всем, а ампли"

5 туда импульсов ЬЧ; ограничена случай ной ошибкой и не превьш ает величину

2 F-Е, -1

ЬЧ

+ « ( макс (с1 (1О где

Ес с1

E, ;д — допустимая ошибка определения Q — уровень Ферми; — энергия края зоны осНовных носителей; — элементарный заряд; — толщина диэлектрика; — концентрация легирующей примеси в полупроводнике; — диэлектрическая проницаемость полупроводника и диэлектрика соответствен" но.

13В4120

6,8f

1О tf

Фиа 4

Составитель В.Пономарев

Редактор Т.Шагова Техред Л,Олийнык Корректор A.Тяско

Заказ 3050 ° Тираж 378 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óèrîðîä, ул.Проектная, 4