Устройство для измерения контактной разности потенциалов

 

СОЮЗ СОЕЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 С О1 R 29/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М А ВТОРСМОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (46) 07,01.91, В. М- 1 (21) 4265698/21 (22) 22.06.87 (72) Ю.П. Воронцов (53) 621.317.3 (088.8) ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ОРИ ГННТ СССР (54). УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНТАКТНОЙ РАЗНОСТИ ПОТЕНЦИАЛОВ (57) Изобретение относится к технике электроизмерений, в частности к устройствам для измерения распределения электрического потенциала на поверхности твердых тел > и может быть использовано для измерения контактной разности потенциалов полупроводниковых пластин при производстве полупроводниковых приборов. Цель изобретения — повышение функциональной надежности устройства за счет исключения повреждения рабочих поверхностей измерительного зонда и измеряемой пластины — достигается благодаря введению последовательно

Изобретение относится к электроизмерительной техннке, в частности к устройствам для измерения распределения электрического потенциала по поверхности твердых тел, и может быть использовано для измерения контактной разности потенциалов полупроводниковых пластин при производстве полупроводниковых приборов.

Целью изобретения является повышение функциональной надежности уст ройства sa счет исключения повреждения рабочих поверхностей измерительного зонда и измеряемой пластины.

„.SU„„1494732 А1

" соединенных преобразователя перемещения в Напряжение, оптически связанного с подвижным элементом вибратора, и формирователя сигнала управления вибратором, выход которого соединен с катушкой индуктивности вибратора.

Формирователь сигнала управления вибратором содержит резонасный усилитель, настроенный на частоту, кратную частоте механического резонанса вибратора, и вместе с преобразователем перемещения в напряжение образует положительную обратную связь, Таким образом, устройство представляет собой самоуправляемую резонансную систему высокой добротности, колебания в которой быстро затухают при изменении частоты колебаний вибратора, например в результате касания зондом пластины, и не возникают до устранения причины изменения частоты.

Поставленная цель достигается тем, 4 что в устройство для измерения контактной разности потенциалов, преимущественно полупроводниковых пластин, содержащее электромагнитный вибратор с катушкой индуктивности, измерительный зонд, установленный на под" вижном элементе вибратора, металлический стол для размещения нэмеряе" мой пластины, электрически связан ный с блоком измерения, введены последовательно соединенные преабраэоватеЛь перемещения в напряжение, оптически связанный с подвижным эле1494732 ментом вибратора, и формирователь сигнала управления вибратором, выход которого соединен с катушкой индуктивности, при этом упомянутый форми роватепь содержит резонансный усилитель мощности, настроенный на частоту, кратную частоте механического резонанса вибратора.

На чертеже схематично изображен 10 пример реализации предлагаемого устройства для измерения контактной разности потенциалов.

Устройство содержит электромагнитный вибратор 1 с катушкой 2 индук-15 тивности и подвижным элементом (мембраной) 3, на котором жестко закреплен измерительный зонд 4, расположенный над поверхностью металлического стола 5 для размещения измеряемой плас- 10 тины 6. Металлический стол 5 электрически связан с блоком 7 измерения, а подвижный элемент 3 с зондом 4 оптически связан со входом преорраэователя 8 перемещения в напряжение, последовательно соединенного с формирователем 9 сигналов управления вибратором 1, выход которого соединен с катушкой индуктивности 2 °

Формирователь 9 сигналов управления нибратором l состоит иэ соединенных последовательно усилителя 10 напряжения, делителя 11 частоты, интегратора 12 и резонансного усилителя

l3 мощности. 35

Электромагнитный вибратор 1 предназначен для передачи на измерительный зонд 4 гармонических колебаний, возбуждаемых в катушке 2 индуктивности посредством сигнала упранления, 40 вырабатываемого формирователем 9.

Измерительный зонд 4 служит для образонания динамического конденсатора совместно с измеряемой полупроводниковой пластиной 6. Торцовая поверх- 45 ность зонда 4 является одной из обкладок указанного динамического конденсатора. Конструктивно измерительный зонд 4 выполнен в ниде цилиндрического стержня диаметром 0,4 мм из токопроводящего материала с золоченым или ппатиновым покрытием толщиной

10 икм, обеспечинающим высокую стабильность поверхностного потенциапа зонда 4 эо времени.

Металлический стол 5, предназначенный для размещения измеряемой пластины 6, служит для передачи информации об измеряемом параметре на вход блока 7 измерения, предназначенного для выделения иэ этой информации полезных сигналон, несущих информацию о величине и знаке контактной разности потенциала.

Преобразователь 8 перемещения в напряжение служит для преобразования механических гармонических колебаний измерительного зонда 4 в электричес.кий сигнал синусоидальной формы, являющийся сигналом положительной обратной связи для формирователя 9 сигнала управления нибратором 1, что позволяет замкнуть их н кольцо и образовать самоупранляемую резонансную систему высокой добротности. Преобразователь 8 представляет собой оптический фотопреобразонатель, выполненный на оптоэлектронной паре светодиод — фототранэистор с элементами режимного обеспечения, обеспечивающими работу фототранзистора н линейном режиме.

Формирователь 9 сигналов управления вибратором 1 предназначен для усиления сигнала положительной обратной связи, поступающего на вход формирователя 9, ныработки сигнала управления, частота которого ранна частоте механического резонанса вибратора 1, и передачи этого сигнала на катушку 2 индуктинности нибратора l

Схемное исполнение формиронателя 9 обусловлено конструкцией применяемого нибратора, однако в любом случае использование резонансного усилителя мощности является обязатепьным, и коэффициент усиления формиронателя 9 должен быть очень высоким — порядка

l0. В рассматриваемом примере конструкция нибратора 1 обеспечивает работу измерительного зонда 4 на удвоенной частоте сигнала, то есть зонд притягивается как при положительном, так и при отрицательном значениях сигнала, что обусловливает применение делителя 11 частоты сигнала в формирователе 9, При работе измерительного зонда 4 на частоте сигнала необходимость н делителе ll частоты отпадает.

Устройство работает следующим образом.

Исследуемую полупроводниковую пластину 6 размещают на металлическом столе 5. Запуск устройства осуществляется подачей питающих напряжений в .узлы и блоки устройства в ре1494732 зультате чего измерительный зонд 4 начинает совершать затухающие колебания на частоте механического резонанса вибратора 1. В начальный момент времени эти колебания возникают в результате прохождения через катушку

2 индуктивности тока, обусловленного переходными процессами.

Поскольку подвижный элемент 3 виб- 10 ратора 1 оптически связан с преобразователем 8 перемещения в напряжения, то на выходе последнего формируется сигнал обратной связи, пропорциональный амплитуде колебаний. Этот сигнал поступает на вход формирователя 9 сигнала управления вибратором 1, где в узлах 10-13 последовательно осуществляется усиление сигнала обратной связи, деление его частоты на два, преобразование формы сигнала и последующее усиление его по мощнос" ти. Полученный на выходе формирователя 9 сигнал поступает на катушку 2 ининдуктивности, через нее течет ток, 25 возбуждающий гармонические колебания измерительного зонда 4 на частоте механического резонанса вибратора 1.При этом изменяется емкость конденсатора, об разов а нного. пов ер хиос тями изме рительного зонда 4 и пластины 6.: Переменный сигнал, вызванный изменением плотности поверхностного заряда на пластине 6, через металлический стол

5 поступает на вход блока 7 измерения, где иэ этого сигнала выделяется постоянная составляющая, несущая информацию о контактной разности потенциалов.

При случайном контактировании измерительного зонда 4 и полупроводниковой пластиной 6 происходит резкое снижение добротности резонансной системы, образованной колебательной сис- 4В темой вибратора 1, преобразователем

8 перемещения в напряжение и формирот вателем 9 сигнала управления вибратором 1. 7то приводит к резкому уменьшению сигнала с выхода формирователя

9 и, в конечном счете, к срыву колебаний. Возобновление колебаний hpoисходит при устранении причины, выэ— вавшей случайное контактирование зонда 4 с пластиной 6 °

Таким образом, в предложенном устройстве исключаются многократные колебания зонда прн случайном контактировании его с пластиной, следствием чего является исключение механических повреждений зонда и пластины, приводящих к увеличению погрешности измерения и снижению процента выхода годных пластин. формула изобретения устройство для измерения контактной разности потенциалов, преимущественно полупроводниковых пластин, содержащее электромагнитный вибратор с катушкой индуктивности, измерительный зонд, установленный на подвижном элементе вибратора, металлический стол для размещения измеряемой пластины, электрически связанный с блоком измерения, отличающеес я тем, что, с целью повышения функциональной надежности устройства за счет исключения повреждения рабочих поверхностей измерительного зонда и измеряемой пластины, в aего введены последовательно соединенные преобразователь перемещения в напряжение, оптически связанный с подвижным элементом вибратора, и формирователь сигнала управления вибратором, выход которого соединен с катушкой индуктивности, при этом упомянутый формирователь содержит резонансный усилитель мощности, настроенный на частоту, кратную частоте механического резонанса вибратора.! 494732

Составитель В. Куча

Текред M.Äèäûê

Корректор 0.й ле

Производственно-издательский комбинат "Патент",: r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Редактор Н. Каменская

Ю

Заказ 671

ВНИИПИ Государственного

113035, Тираж 407 Подписное комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

Иосква, _#_-35, Рауаская наб., д. 4/5