Прибор для измерения концентрации примесей в полупроводниках

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОЬЕЕт ЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ, 3I7007

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства ¹

Заявлено 05.1,1970 (№ 1392503/26-25) МПК С 01г 31(22 с присоединением заявки №

Комитет по делам таобретений и открытий при Совете Министров

СССР

Приоритет

Опубликовано 07.Х.1971. Бюллетень № 30

Дата опубликования описания ЗО.XII.1971

УДК 621.382.2 (088.8) Авторы изобретения

В. С. Пантуев, В. И. Прилипко и В. Г. Поплев

Заявитель

ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ПРИМЕСЕЙ

В ПОЛУПРОВОДНИКАХ

Изобретение относится к ооласти электронной техники и может быть использовано для измерения, концентрации примесей и удельного сопротивления полупроводниковых материалов на заданных глубинах от поверхности при неразрушающем промышленном контроле качества полупроводников.

Известен прибор для определения концентрации примесей вблизи поверхности полупроводника вольт-емкостным методом, содержащий генератор высокой частоты, манипулятор, обеспечивающий контакт полупроводника с измерительным устройством, детектор и вольтметр. На поверхности полупроводника создается барьерный переход путем металлизации небольшого участка поверхности. Барьерная емкость изменяется от приложенного к контактам перехода запирающего напряжения смещения, к переходу подключают генератор высокой частоты и измеряют величины емкостей для двух значений напряжения смещения, концентрацию примесей вычисляют по формуле.

Для определения концентрации примесей требуется много времени на измерения и вычисления; кроме того, ручное управление регулирующими элементами прибора понижает точность измерений. Длительное время измерения приводит к дополнительной потере точности при использовании жпдкометаллических контактов для создания барьера (применяемых при неразрушающих испытаниях полупроводниковых материалов), пз-за плохой временной стабильности параметров таких контактов.

Цель изобретения — обеспечить экспрессизмерения непосредственной величины концентрации примесей и повысить точность нзз!ерепн!!.

Поставленная цель достигается тем, что детектор соединен с одним из входов дифференциального усилителя постоянного тока, второй вход которого подключен к двум источникам стабильного напряжения постоянного тока через переключатель, управляемый генератором ппзкoi частоты, а выход дифференцll I IÛIÎÃÎ уC11;IIITe,tIß подкл10 (ен к. кОIITактам барьерного перехода и через емкость к реги трпрующему прибору.

На чертеже представлена блок-схема описываемого пр бора.

Прибор состоит пз генератора 1 высокой частоты; манипулятора 2 для подключения исследуемого образца 8 полупроводника последовательно с измерительным токовым резистором 4; усилителя б высокой частоты; детектора б, дифференциального усилителя 7 постоянного тока, второй вход которого через реле 8 (катушка последнего соединена с ге.

3Q нератором переключения 9) соединен с источ ником 10 стабилизированных опорных напряжений, выход усилителя 7 подключен к контактам исследуемого образца в манипуляторе и через разделительный конденсатор 11 — к вольтметру 12 переменного тока.

Описываемый прибор работает следующим образом.

Прн подключении контактов исследуемого образца 8 к манипулятору а вход усилителя 5 высокой частоты поступает сигнал с ам- 10 плитудой, пропорциональной барьерной емкости С образца. После усиления сигнала и его детектирования на вход дифференциального усилителя 7 поступает постояш.ое напряжение У„по величине соответству.ощее С. 15

На второй вход дифференциального усилителя подано постоянное напряжение Ut через контакты реле 8. Это напряжеш е равно напряжению па выходе детектора, если к манипулятору подключена эталонная емкость С., 20 вместо образца. Разница между U, и Uг в случае разбаланса усиливается в усилителе 7.

Полученное напряжение разбалапса

V= (U,— (. г) К подается к образцу 8 как напряжение смещения. Если (U,— U ) )О, то 25 смещение уменьшает емкость барьерного r;ерехода. Это в свою очередь уменьшает сигнал на входе усилителя 5 и, следовательно, U, Процесс устанавливается, когда смещение отрегулирует емкость С так, что U„станет почти равным U>. При этом С=-Сь

Если ко входу дифференциального усилителя подключить е U, а Uq, емкость С установится равной некоторому зпачсшпо С . При этом смещение V на переходе станет соответствовать новому зпачешпо C=C>. При переключении U и Ug всличпц смещения приобретает переменнуго составляющую с амплитудой Л(= (V> — Уг). Вольтметр 12 измеряет эту амплитуду через разделительный 40 конденсатор 11.

Величина ЛУ пропорциональна вели пше измеряемой концентрации N.

Величины С> и С> заданы стабильпымп потенциалами U и Uq, поэтому С, и C — константы, Концентрация л1 —, А(ь y) gpy

С С о г 5 С г — С 50

2Сг — С

2 где: А= (Сг С ) е:-о,г Я вЂ” постоянная величина, неизменная для данного типа прибора и вычисляемая при его конструировании. Зная величгшу А, устанавливают соответствие между показаниями вольтметра 12 и концентрацией Л . Вольтметр для удобства снабжают шкалой, проградуировапной в единицах концентрации.

Велпчгшу задаваемой глубины при необходимости пзмепгпот посредством выбора напряU> и (- 2

Измерение концентрации с помощью описанного прибора осуществляют следующим образом. В магпгпулятор помещагот исследуемый образец полупроводника, и по шкале прибора 12 отсчитывают значение концентрации примесей в полупроводнике па заданной глу б,ше, Описываемый прибор позволил значительно сократить время измерений и получить епосредствепный отсчет измеряемой концентрации без дополнительных построенш". графиков и вычислений.

В описываемом приборе возможно использование жидкометаллическнх контактов для создания барьера, ITD упрощает подготовку поверхности полупроводников к измерениям.

Описываемый прибор может быть использован для промышленного неразрушающего контроля полупроводников прп их массовом производстве.

Предмет изобретения

Прибор для измерения концентрации примесей в полупроводниках по вольт-емкостной ха рактеристнке ба рьерного перехода, содержащий последовательно соединенные генератор высокой частоты, манипулятор, усилитель, детектор и регистрирующий прибор, от.:гичагогггийся тем, что, с целью проведения экспресс-измерений непосредственной величины концентрации примесей и увеличения точности измерений, детектор соединен с одним пз входов дифференциального усилителя постоянного тока, второй вход которого подксночен к двум источникам стабильного HHпряжепия постоянного тока через переключатель, управляемый генератором низкой частоты, а выход дифференпиального усилителя подключен к контактам барьерного перехода и через емкость к регистрирующем прибору.

317007

Редактор 1О. Полякова

Заказ 3646)18 Изд. М 1564 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета пэ делам изобретений и открытий нри Совсте Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушскан наб., д. 4,,5 нпография, пр. Сапунова, 2

Составитель 3. Челнокова

Текред А. Камышникова

Корректоры: О. Зайцева и О. Волкова