Устройство для измерения частотных зависимостей емкости или проводимости

 

Использование: в измерительной технике . Сущность изобретения: устройство включает мост 1 полных проводимостей, генераторы 2, 8, усилители 3, 4, 10, детекторы 5, 6, 9, индикаторы 7, 12, удвоитель 11 частоты . Особенностью изобретения является введение блоков 8, 9, 10, 11, что позволяет обеспечить измерение диэлектрических и полуизолирующих слоев на полупроводниковой подложке с повышенной точностью за счет исключения влияния проводимости полупроводниковой подложки. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю G 01 R 17/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4679937/21 (22) 18.04.89 (46) 07.10.92. 5юл. ¹ 37 (71) Одесский Государственный университет им. И.И.Мечникова (72) Я.О.Ройзин, В.Н.Свиридов и В.Н.Моржаков (56) Авторское свидетельство СССР №.1474554, кл, G 01 R 17/10, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТНЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ ЕМКОСТИ ИЛИ

ПРОВОДИМОСТИ

„„Я2„„1767446 А1 (57) Использование: в измерительной техйике. Сущность изобретения: устройство включает мост 1 полных проводимостей, генераторы 2, 8, усилители 3, 4, 10, детекторы

5, 6, 9, индикаторы 7, 12, удвоитель 11 частоты. Особенностью изобретения является введение блоков 8, 9. 10, 11, что позволяет обеспечить измерение диэлектрических и полуизолирующих слоев на полупроводниковой подложке с повышенной точностью за счет исключения влияния проводимости полупроводниковой подложки. 1 ил.

1767446

Изобретение относится к иизмерительной технике и предназначено для измерения спектра диэлектрических потерь или частотных зависимостей емкости и проводимости диэлектрических и полуизолирующих слоев на полупроводниковых подложках.

Известно устройство для измерения частотных зависимостей емкости или проводимости, позволяющее снимать зависимость емкости или проводимости полупроводниковых двухполюсников от частоты в автоматическом режиме. Устройство содержит генератор, выход которого подсоединен к первичной обмотке трансформатора, в два плеча вторичной обмотки которого подсоединены соответственно образец и эталонная RC-цепочка и которые представляют черырехплечий измерительный мост, а в дополнительное плечо подсоединен конденсатор, при этом выход моста подключен к усилителю, а выход дополнительного плеча — к второму усилителю, выполненному по идентичной схеме с первым усилителем, причем к усилителям подключены соответственно первый и второй синхродетекторы, опорные входы которых соединены с выходом генератора, вход блока обратной связи подключен к выходу второго фазового детектора, а выход блока обратной связи подключен к управляющим входам первого и второго оптронов, выходы которых подсоединены к фазозадающим цепям первого и второго синхродетектора соответственно, первый сигнальный вход двухкоординатного самописца подключен к выходу преобразователя частоты в напряжение, вход которого соединен с выходом генератора, а второй сигнальный вход двухкоординатного самописца соединен с выходом первого фазового детектора, Недостатком устройства является недостаточно высокая точность измерений, обусловленная влиянием проводимости объема полупроводникового слоя на результаты измерения параметров диэлектрического слоя.

Цель изобретения — повышение точности при измерении диэлектрических или полуизолирующих слоев на полупроводниковой подложке за счет исключения влияния проводимости полупроводниковой подложки, Цель достигается тем, что в устройство для измерения частотных зависимостей емкости или проводимости, содержащее генератор, мост полных проводимостей, включающий компенсирующую RC-цепь и клеммы для подключения исследуемого образца, и предварительный усилитель, сое5

50 диненные последовательно, первый селективный усилитель, первый и второй синхронные детекторы и двухканальный индикатор, введены амплитудный детектор, вход которого соединен с выходом предварительного усилителя, а выход — через введенный второй селективный усилитель с информационным входом первого синхроного детектора, выход которого соединен с входом первого канала индикатора, генератор модулирующего сигнала и удвоитель частоты, соединенные последовательно, причем выход генератора модулирующего сигнала соединен с введенным управляющим входом генератора, а выход удвоителя частоты соединен с опорным входом первого синхронного детектора, вход первого селективного усилителя соединен с выходом предварительного усилителя, а выход — через информационный вход второго синхронного детектора с входом второго канала индикатора, причем опорный вход второго синхронного детектора соединен с выходом генератора, а вход компенсирующей RC-цепи — с первой клеммой введенного переменного резистора, На чертеже показана схема заявляемого устройства.

Оно содержит мост 1 полных проводимостей, К первичной обмотке трансформатора моста подключен генератор 2, а к выходу — предварительный усилитель 3, выход которого соединен с входом селективного усилителя 4 и входом амплитудного детектора 9, выход которого соединен с входом селективного усилителя 10. Первый и. второй синхронные детекторы 6 и 5 соединены с выходами селективных усилителей

10 и 4 соответственно, причем опорный вход синхродетектора 5 соединен с выходом генератора 2, а опорный вход синхродетектора 6 соединен через удвоитель 11 частоты с выходом генератора 8, который подсоединен к управляющему входу генератора 2, Выходы синхродетекторов 5 и 6 соединены с индикаторами 7 и 12 разбаланса моста соответственно.

Устройство работает следующим образом.

Исследуемый объект включается в одно из плеч моста 1 полных проводимостей (см.

"образец" на чертеже). Через образец протекает переменный ток! (т) = 6(а)0(с), (1) где 6(в) — частотная зависимость проводимости двухполюсника;

n(t) — переменное напряжение, приложенное к входу образец.

l767446

Для случая 6 (в)» Ск(в) выражение в правой части ураанения (1) имеет вид

На новой частоте получают новое значениЕ бк(иа2).

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет значительно повысить точность измерения зависимое .и 6(в) или

С(в) од. .ого из слоев в двухслойной структуре (ранее эти измерения проводились после снятия второ" î слоя), что позволяет использовать устройство для неразрушающего контроля качества полупроводниковых структур.

G() = 6.(о )+ — — (2) РС1

U(t) = AsIn(+ Ьв сов v t)t, (3) 5

10 где в, =аЪ+Л в сов v t частота измерительного сигнала;

6к(в)- частотная зависимость проводимости приконтактной области образца; 61— проводимость объема образца, 6к — емкость полуизолирующего слоя; А — амплитуда измерительного сигнала; в — опорная частота, на которую настроен генератор 2; Ьвпределы изменения частоты генератора 2; и — частота генератора 8, определяющая изменения частоты измерительного сигна. ла в пределах от в- Лв до в+ Лm Причем

v«вО и Лв«в. Подставляя вуравнение (1) выражения (2) и (3), с учетом выражения для в) получим

Формула изобретения устройство для измерения частотных зависимостей емкости или проводимости, содержащее генератор, мост полных проводимостей, включающий компенсирующую

RC-цепь и клеммы для подключения исследуемого образца и предварительный усили20

25 тель, соединенные последовательно. первый селективный усилитель, первый и второй синхронные детекторы и двухканальный индикатор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности при измерении диэлектрических или полуиэолирующих слоев на полупроводниковой подl(t) = 6к() U(t) + facy + 2 Л в в, cos v t+

+ 2 (1+ cos 2 v t j) U (t). (4)

Лил cl

1 ложке за счет исключения влияния проводимости полупроводниковой подложВыражение (4) содержит член, пропорциональный cos2 v t, Селективный усилитель 10, предварительный усилитель 3, амплитудный детектор 9, а также синхродетектор 6, удвоитель 11 частоты и индикатор 12 выделяют из полного сигнала составляющую с удвоенной частотой 2 и, амплитуда которой пропорциональна

Лв Ск /261. Изменяя величину проводи2 мости G > в мосте 1 до тех пор, пока индикатор

12 не установится на "ноль", можно скомпенсировать влияние G). После этого можно перейти к балансированию моста по G, на заданной частоте в о, подстраивая проводимость 6к до тех пор, пока индикатор 7 при помощи селективного усилителя 4 и синхродетектора 5 не установится на "ноль". Затем у генератора 2 изменяют частоту а, а при необходимости и частоты v и Лв у генераторов 8 и 2 так, чтобы выполнялись условия v «cuo2 и Acd«eOZ . ки, в него введены амплитудный детектор, вход которого соединен с выходом предва30 рительного усилителя, а выход — с информационным входом первого синхронного детектора, выход которого через введенный второй селективный усилитель соединен с входом первого канала индикатора, генератор и удвоитель частоты, соединенные последовательно, причем вход генератора модулирующего сигнала соединен с введенным управляющим входом генератора, а выход удвоителя частоты соединен с опорным входом первого синхронного детектора, второй селективный усилитель, вход которого соединен с выходом предварительного усилителя, а выход через информационный вход второго синхронного детектора — с входом второго канала индикатора, причем опорный вход второго синхронного детектора соединен с выходом генератора, а вход компенсирующей RC-цепи соединен с первой клеммой введенного переменного резистора.

Составитель Я, Ройзин

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор М, Керецман

Редактор С. Кулакова

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

Заказ 3546 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская нгб„4/5