Способ определения профиля заряда в диэлектрике

 

Способ определения профиля заряда в диэлектрике реализован в устройстве . Изготавливают образец контролируемого диэлектрика (КД) с плоскопараллельными плоскостями, приводят поверхности КД 1 в соприкосновение, , одну - с электролитом 2, другую - с контрэлектродом 3, измеряют емкость, уменьшают толщину КД 1, стравливая с одной поверхности, определяют толщину КД 1 по величине емкости между электролитом 2 и контрэлектродом 3j измеряют плавающий потенциал меяду электролитом 2 и контрэлектродом 3, и определяют плотность Р(х) заряда в КЛ 1 по формуле /(x) () A((C )), где - диэлектрическая проницаемость КД; -.диэлектрическая постоянная; S - площадь контакта электролита с КД-, V - плавающий с потенциал) С - емкость между электро- ® литом 2 и контрэлектродом 3; d - толщина КД. Способ прост в реализации и имеет расщиренную область использования . 1 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1416903 А 1 (51)4 С 01 N 27/60, С 01 R 31/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H A ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4126986/24-21 (22) 29.09.86 (46) 15.08.88, Бюп. N - 30 (71) Институт физики полупроводников

СО AH СССР (72) P.Ñ.Íàõèàíñîí (53) .62 1.317.799 (088.8) (56) Петрова А .А., Ширшов IO ° К. Полупроводниковая техника и микроэлектроника. Киев: Наукова думка, 1972, вып.10, с.80, Авторское свидетельство СССР

У 754334, кл. G 01 R 31/26, 1976. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОФИЛЯ ЗАРЯДА В ДИЭЛЕКТРИКЕ (57) Способ определения профиля заряда в диэлектрике реализован в устройстве. Изготавливают образец контролируемого диэлектрика (КД) с плоскопараллельными плоскостями, приводят поверхности КД 1 в соприкосновение, одну — с электролитом 2, другую — с контрэлектродом 3, измеряют емкость, уменьшают толщину КД 1, стравливая с одной поверхности, определяют толщину КД 1 по величине емкости между электролитом 2 и контрэлектродом 3, измеряют плавающий потенциал между электролитом 2 и контрэлектродом 3, и определяют плотность g(x) заряда в Кл 1 по формуле р(х)=(1/с Е,S )"

<(a V/a(Ñ ) ), где Я- диэлектрическая проницаемость КД; Š†.диэлектрическая постоянная; S — - площадь контакта электролита с КД; V — - плавающий потенциал1 С - емкость между электролитом 2 и контрэлектродом 3; a — - толщина КД. Способ прост в реализации и имеет расширенную область использования. 1 ил.

1416903

Изобретение относится к измерению параметров материалов, а именно к измерению параметров диэлектриков, Целью изобретения является расширение области применения и упрощение

5 реализации способа.

Блок-схема устройства, реализующего способ, изображена на чертеже.

Исследуемый диэлектрик 1 вместе с электролитом 2 и контрэлектродом

3 образуют плоский конденсатор емкости С. Контрэлектрод 3 может быть как полупроводниковым, так и металлическим или электролитическим, Элек- 15 тролит 1 заземляется, а контрэлектрод

3 подключается к измерительной аппаратуре. Конденсаторы 4,5 (емкости

С, и С ) много меньше измеряемой емкости С, включающей исследуемый диэлектрик, имеют пренебрежимо малые токи утечки (воздушные или полистироловые конденсаторы), Электрометрический усилитель 6 также имеет малую входную емкость и очень большое вход- 25 ное сопротивление, так что постоянная времени саморазряда цепи контрэлектрода много больше времени стравливания диэлектрика. Для отключения электрометра по переменному току частоты 30

f в схему введено сопротивление 7 величиной R такое, что постоянная времени RC много больше (2)(Е) и в то же время много меньше характерных времен изменения потенциала контрэлектрода V связанных с травлением

35 диэлектрика.

В этих условиях величина малого переменного сигнала частоты f поступающего от генератора 8 и выделяющегося на исследуемом диэлектрике, обратно пропорциональна его емкости С, а изменение потенциала контрэлектрода V определяется только перераспределением заряда, происходящем в процессе стравливания диэлектрика, Переменное напряжения усиливается усилителем 9, детектируется детектором

10 и подается на Х-вход двухкоординатного самописца 11. Постоянный потенциал контрэлектрода V усиливается 50 электрометрическим усилителем 6 и подается на Y-вход самописца 11.

В начале процесса стравливания контрэлектроду с помощью батареи 12 придается начальное значение потен- 55 циала. Затем эта установочная цепь отключается и начинается запись зави1 симости V от С в процессе стравли- а ° а„+Q=0. е

Напряженность электрического поля

Е(х) в диэлектрике на расстоянии х от контрэлектрода равна:

Г(х)= + )р(х)dx, (2)

Q 1 о о о где à — диэлектрическая постоянная, 8,85 -10 Ф/см S — площадь конденсатора (для структуры, изображенной на чертеже, это площадь контакта электролита с диэлектриком).

Через р (х), К л/смЗ, обозначена искомая величина — плотность электрического заряда в диэлектрике, Падение потенциала на диэлектрике (равно:

Е(х) dx (3) — — $ y(x)dxdx, 1 о о где d — толщина диэлектрика.

В сумме с падением потенциала на контрэлектроде Ц и контактной разк ностью потенциалов контрэлектрод— электролит у„ величина (1) равна (с обратным знаком) напряжению V т,е. (4) "Э

Из (3) и (4) следует:

Ч+Чк+ q +

Qd

8 605

dx

$$y(x)dxdx. о о

Величина Цк может иметь заметно от личное от нуля значение только для по лупроводникового контрэлектрода (для металлического и электролитического она близка к нулю). Но поскольку Ц)

k однозначно связана с Q в условиях измерений она остается постоянной. вания диэлектрика. В это время контрэлектрод изолирован, следовательно, заряд а на нем остается постоянным.

В силу условия электронейтральности этот заряд в сумме с зарядом в диэлектрике Q и зарядом в электролите а равен нулю, т.е.

16903

4 симости Ч от С- . Привязка к координате х осуществляется с помощью соотношения (7).

В правой части (5) только величи5 на Q зависит от начального значения

V. После двойного дифференцирования

Q.выпадает и не входит в окончательные выражения (6), (8) и (10). Поэтому, как указывалось вышее, начальное значение V может быть выбрано произвольно.

3 14

Величина ц „ зависит от материала контрэлектрода, состава электролита и температуры. В условиях измерений она также остается постоянной. Дважды дифференцируя (5) по d с учетом постоянства, с к и Ц„, получим

d V р(х)

d d EE (6) Толщина диэлектрика d связана с.

его емкостью С соотношением формула изобретения

d =, исд, (7) поэтому формула (6) может быть переписана в виде

d Y

d(C )

1 у (х) В схеме, изображенной на чертеже, измеряется зависимость V от полной

1 величины С . Последняя включает в себя также емкость пространственного заряда С п на границе контрэлектрода с диэлектриком. Но поскольку это включение последовательно, 25

1 1 -I

* ° (9) 30

1 а2ч

Г() ЕЕ S d(C )2

E — диэлектрическая проницаемость

2 диэлектрика; у (x) а ч — диэлектрическая постоянная;

У" ее,s а(с- )

S — площадь контакта электролита с диэлектриком;

Таким образом, искомый профиль V — плаваниций потенциал; плотности электрического заряда в С вЂ” емкость между электролитом диэлектрике 9(х) находится двойным и контрэлектродом; дифференцированием полученной зави- d .- толщина диэлектрика.

Составитель В.Степанкин

Редактор М.Циткина Техред М.Ходанич Корректор О.Кравцова

Заказ 4060/42 Тираж 847 Подписное

ВНПППИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Произве стненно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Для металлического, электролитического и сильно легированного полупровод-1 никового электрода С 0 и С,, С . Но и в общем случае, посколь"

J.. ку С „однозначно связана с Q, в пз процессе стравливания она остается постоянной и приводит, согласно (9), лишь к смещению измеренной V — С кривой на величину С „ . Из (9) сле- 40 ет что dC =dC и о ла 8

Стюсоб определения профиля заряда в диэлектрике, заключающийся в том, что приготавливают образец контролируемого диэлектрика с первой и второй плоскопараллельными поверхностями, приводят первую поверхность образца контролируемого диэлектрика в контакт с электролитом, а вторую— с контрэлектродом, измеряют емкость между электролитом и контрэлектродом, уменьшают толщину образца путем стравливания первой поверхности, определяют толщину образца контролируемого диэлектрика по величине емкости между электролитом и контрэлектродом, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения и упрощения осуществления способа, измеряют плавающий потенциал между электролитом и контрэлектродом и определяют плотность электрического заряда (х) в диэлектрике по формуле