Зондирующее устройство

 

Использование: исследование свойств полупроводниковых и светочувствительных материалов при одновременном подведении в фиксированную точку исследуемого объекта как миллиметрового, так и оптического излучения и снятия отклика от объекта на эти сигналы. Сущность изобретения: зондирующее устройство содержит источник миллиметрового излучения, источник оптического излучения, приемно-передающую антенну, развязывающее устройство, направленный ответвитель, детекторы и падающий и отраженной мощности, волновод 2, световод 4 с соответствующими связями. Чувствительность зондирующего устройства повышается за счет выполнения приемно-передающей антенны из диэлектрического волновода 1 с излучающей поверхностью, перпендикулярной оси волновода, в виде двухслойного световода, размещенного в оболочке из диэлектрика с высокой диэлектрической проницаемостью в миллиметровом диапазоне частот. 1 з.п.ф-лы, 1 ил. (Л С

союз соВ тских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l9) (f!) (5!)5 G 01 R 1/067

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4867498/21 (22) 30.07,90 (46) 23,07.92 Бюл. ¹ 27 (71) Научно-исследовательский институт физических проблем им. Ф.В.Лукина (72) А.Д.Антонюк, А.Г.Дьяченко, Э,А.Ильичев и B.À.Ñêoðèê (56) Амальская Р,M, и др. Бесконтактное выявление свилр-дефектов в монокристаллических кремниевых пластинах. Электронная техника. Сер.8. Управление качеством, стандартизация, метрология, испытания, 1988, вып, 4, с. 46 — 48, Borrego!.М., Bothra S,, Wang M.S., Perah

Р, Non-destructive dark resistivity profiling in SiGa As using microwave reflection/Proceedings

of thå 5Й Conferens on Semi - ln ырра й9 Ш-V

Materials, Malmo, Sweden, 1988, р; 521-524, (54) ЗОНДИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (57) Использование: исследование свойств . полупроводниковых и светочувствительных материалов при одновременном подведении в фиксированную точку исследуемого объекта как миллиметрового, так и оптического излучения и снятйя отклика от объекта на зти сигналы, Сущность изобретения: зондирующее устройство содержит источник миллиметрового излучения, источник оптического излучения, приемно-передающую антенну, развязывающее устройство. направленный ответвитель, детекторы и падающий и отраженной мощности, волновод 2, световод 4 с соответствующими связями. Чувствительность зондирующего устройства повышается зэ счет выполнения приемно-передающей aiiтенны из диэлектрического волновода 1 с излучающей поверхностью, перпендикулярной оси волновода, в виде двухслойного световода, размещенного в оболочке из диэлектрика с высокой диэлектрической проницаемастью в миллиметровом диапазоне частот. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1749838 новода перпендикулярная его оси.

10 Предлагаемое устройство выполняет

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при исследовании свойств полупроводниковых и светочувствительных материалов, а также в других областях науки и техники, где требу, ется одновременное подведение в фиксированную точку исследуемого объекта как миллиметрового (MM), так и оптического излучения и снятия отклика от объекта на эти сигналы.

Известно зондирующее устройство, состоящее из двух лазеров, инфракрасного и оптического диапазонов, системы фокусировки излучений в фиксироВанную точку нд поверхности исследуемого объекта и детек- 1 торов, регистрирующих уровень мощности отраженного или прошедшего инфракрасного излучения. Это устройство громоздко, так как включает систему юстиравкй, которая обеспечивает совмещение падения излучения ат двух источников в одну тачку, т.е. совмещение центров распределения интенсивностй этих излучений в точке падения.

Другим недостатком устройства является возможность нарушения юстировки и фоку- 2 сировки ввиду тепловых уходов в процессе проведения измерений.

Известно зондирующее устройство, содер>кащее малогабаритный диод Ганна, в качестве источника зондирующего MM из- 3 лучения, систему металлических волноводов, направляющиМ это излучение, миллиметровую антенну рупорного типа, подводящую излучение к . фиксированной точке исследуемого объекта и принимаю- 3 щую отраженный сигнал„СВЧ-детекторы, регистрирующие величину падающего и отраженного ММ излучения, а также лазерный светодиод, в качестве источника возбуждающего оптического излучейия, и систему 4 фокусировки его излучения в области падения на обьект ММ излучения, Недостатком устройства является низкая точность измерения параметров исследуемого объекта, связанная с трудностью совмещения иэлу- 4 чений двух источников в одной точке на поверхности исследуемого образца. возрастающая ввиду сложности визуализации этих излучений и увеличения области распределения их интенсивности на поверхности объекта в силу слабой направленности источников. В результате наличия системы юстировки это устройство полностью не решает задачи минимизации раЫеров и улучшения надежности по сравнению с известным устройством.

С целыа устранения укаэанных недостатков; а именно уменьшения размеров устройства, улучшения точности и надежности измерения параметров исследуемого обьекта, приемно-передающая миллиметровая антенна выполнена из диэлектрического волновода, состоящего из двухслойного световода, размещенного в оболочке из диэлектрика с высокой диэлектрической проницаемостью в миллиметровом диапазоне частот, причем излучающей частью антенны является поверхность волфункцию аналога и прототипа, а именно подводит MM и оптическое излучение в фиксированную точку исследуемого объекта со строгим выполнением требования совпадения центров распределения интенсивностей этих излучений в этой точке и одновременно принимает отраженный миллиметровый сигнал, При укаэанном выполнении приемно-передающей антенны достигается значительное уменьшение размеров зондирфащего устройства, так как становятся ненужными системы фокусировки и савмещенйя оптического и MM излучения в фиксированной точке на поверхности исследуемого объекта. Операция совмещения осуществляется автоматически эа счет конструктивного исполнения устройства, в котором зондиру ащее MIVI излучение и возбуждающее оптическое излучение падают на исследуемый объект иэ одной точки, Погрешность совмещения центров распределений IVIM и оптического излучений на поверхности исследуемого обьекта определяется точностью совмещения осей световода и ДВ при vç(oòîâëåíèè предлагаемого зондирующего устройства, Перенос стадии юстировки устройства с момента подготовки к измерениям на процесс его производства обеспечивает повышение надежности и устраняет температурный дрейф метролагических параметров устройства при измерениях.

Размеры областей распределения интенсивности MM и оптического излучений на поверхности исследуемого объекта зависят от дифракционных параметров излучателя и расстояния между ним и объектом. При использовании антенны иэ ДВ, у которой излучающей поверхностыа является поверхность среза волновода перпендикулярного его оси, MM излучатель можно сколь угодно близко подвести к исследуемому объекту и для расстояния порядка поперечного размера используемого ДВ размер области распределения интенсивности MM излучения на поверхности образца будет ограничен величиной порядка длины волны зондирующего излучения в воздухе.

1749838

Размер области распределения интенсивности возбуждающего оптического излучения на поверхности объекта определяется расстоянием торца световода до образца и углом расхождения свето- аого потока, зависящего от диаметра центральной части двухслойного световода.

Соотношение размеров областей распределения интенсивности MM и оптического излучений зависит от положения среза световода относительно торца, окружающей его диэлектрической оболочки. образующей ДВ. При введении в предлагаемое зондирующее. устройство механической системы перемещения световода относительно окружающей диэлектрической оболочки обеспечивается регулировка размеров светового пятна в пределах от размера центральной жилы световода до размеров, превышающих область ММ облучения на исследуемом образце.

Изменение положения исследуемой области на объекте при использовании предлагаемого зондирующего устройства может производиться как за счет перемещения исследуемого объекта, так и посредством перемещения самого устройства, что обеспечено его компактность о.

Предлагаемая конструкция также позволяет значительно расширить диапазон частотной перестройки зондирующего излучения без потери функциональных качеств устройства.

На чертеже изображено зондирующее устройство.

Зондирующее устройство включает источник ММ излучения — диод Ганна. источник оптического излучения — лазерный светодиод. диэлектрический волновод 1 (ДВ), выполняющий функцию приемно-передающей антенны. К ДВ 1 от источника через невэаимное развязывающее устройство и направленный отоетвитель с детекторами падающей и;отраженной мощности по металлическому аолноводу 2 подается ММ излучение. В волновод 2 через отверстие 3 вводится световод 4, по которому от источника распространяется оптической излучение, причем световод на отдельном участке охвачен микраметрическиги винтом 5, вращением которого можно изменять длину участка световода, введенного в металлический волновод и являющегося частью ДВ 1.

ДВ состоит из двухслойного световода 4 с центральной жилой 6 и оболочки 7, охватывающей световод со всех сторон. Часть ДВ

1 со стороны подключения диода Ганна выполнена со скосом (имеет переменное сечение), что обеспечивает согласование ДВ и металлического волновода в широком час10 перпендикулярный его оси. однако положе20 поверхности образца, Для конкретного случая, измерения локального распределения фоточуостоительности полупроводниковой структуры, 35 предложенное зондирующее устройство ра40

30 тотном диапазоне MM излучения. С этой стор6ны ДВ также осуществляется его связь со световодом 10.

Положение ДВ 1 и световода 4 относительно стенок волновода фйксируется диэлектрическими вставками 8 с малой диэлектрической йроницаемостью (например, пористый пенопласт илй фторопласт).

Противоположный конец ДВ имеет срез ние торца световода (его центральной жилы

6) может меняться по отношению к срезу оболочки 7 за счет перемещения световода при помощи микрометрйчeci

Излучение от MM источника посредством

ДВ 1 подается на поверхность исследуемого образца 9. часть отраженного от поверхности сигнала поступает в ДВ, который служит приемной антенной ММ излучения, и направляется к детектору. Для уменьшения влияния на отра>кенный сигнал различных переотражейий к фланцу волновода 2 прикреплен специальный поглотитель 10. Расстояние между ДВ и образцом регулируется за счет перемещения всего устройства, а зазор между соетооодом и образцом дополнительно мо;кет изменяться путем перемещения соетовода с помощью приспособления, что обеепечиоает регулировку размеров светового пятна нo ботает следующим образом. На образец посредством зондирующего устройства подается одновременно непрерывный сигнал MM излучения и модулированный сигнал оптического излучения. В полупроводнике при падении на него оптического излучения генерируется плазма неравновесных носителей заряда, плотность которой пропорциональна фоточувствительности (в частном случае, времени жизни неравновесных носителей заряда). Величина отраженного ММ сигнала пропорциональна плотности носителей заряда на поверхности образца и поэтому на детектор отраженного сигнала поступает модулированный MM сигнал, который методами синхронного детектирооания усиливается и по его величине вычисляется фотачувствительность в фиксированной точке полупроводника*вой структуры. Далее перемещая либо само зондирующее устройство, либо образец относительно устройства снимается распределение фоточувствительности по площади образца.

1749838

Составитель А. Дьяченко

Техред M.Moðãåíòàë Корректор В, Гирняк

Редактор M. Бйанар

Заказ 2594 Тираж . Подписное ..ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

В предложенной практическом варианте зондирующего устройства при расчете на работу с излучением диапазона 4 мм использовались стандартные металлйческие валноводы сечения 3,6 х 1,8 мм, ДВ сече-. г ния 1,0 х 1,0 ммг изготовлялись из полуизолирую@его арсенида галлия, а двухслойный световод с диаметром 80 мкм оставлялся s прямоугольное отверстие в центре ДВ, сделэнйое путем выпиливания в арсенидгаллиевых стержнях сечения 1,0 х 0,5 мм борозд сечения 100 х 50 мкм и склеивания двух таких структур в волновод. Длина ДВ выби ралась порядка 40 мм, длина согласующего скоса порядка 10 мм.

С целью дополнительного повышенйя точности и локальйости измерений, проводимых при помощи предлагаемого устройства, целесообразно изготавливать ДВ из одномодового световода, окружейного керамикой типа окиси титана бария (e — 90).

Предлагаемое зондирующее устройство целесообразно использовать при реализации способов бесконтактных йзмерений времени жизни неравновесных носителей заряда, характеристик глубоких уровней .и поверхностных состояний в полупроводниковых структурах.

Введение этого устройства в йзмерительныесхемы прйводит к уменьшению размеров и повышению надежности работы метрологической аппаратуры, что позволяет использовать их в технологических системах для контроля качества проводимйх операций, в том числе непосредственно встраивая в технологическое оборудование, За счет повышения точности измерений, связанных с повышением уровня чувстви5 тельности при локальных измерениях при помощи предлагаемого устройства можно значительно расширить класс контролируемых параметров и типы исследуемых полупроводниковых структур.

10 Формула изобретения

1, Зондирующее устройство содержащее источник зондирующего излучения миллиметрового диапазона и источник возбуждающего оптического излучения, опти15 чески связанные с приемно-передающей антенной, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения габаритов и повышения точности in надежности измерений параметров обьектов за счет автоматического со1

20 вмещения излучений в фиксированной точке исследуемого объекта, приемно-передающая миллиметровая антенна выполнена . из диэлектрического волновода с излучаю щей поверхностью, перпендикулярной оси

25 волновода, в виде двухслойного световода, размещенного в оболочке из диэлектрика с высокой диэлектрической проницаемостью в миллиметровом диапазоне частот.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е30 с я тем, что, с целью повышения чувствительности, оно снабжена элементом перемещения световода, размещенным на волноводе приемно-передающей антенны.