Устройство измерения электрофизических характеристик полупроводников

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКРМУ СВИ ИТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик, Социанистическик

Республик

<>873166 (61) Дополнительное к авт, сеид-ву— (22) Заявлено 2912.79 (2t) 2863875/18-21 с присоединением заявки ¹â€” р )м. кл.

G 01 R 31/26

Государственный комитет

СССР ио деяам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 15.10.81. Бюллетень М 38 (53) УДК621. 317. . 63.9 (088. 8) Дата опубликования описания 151081 (72) Авторы изобретения

A. В. Рагаускас и P. 3.Шлите

Каунасский политехнический институ а Снечкуса (71) Заявитель (54 ) УСТРОЙСТВО ИЗИЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУПРОВОДНИКОВ

Изобретение относится к полупро-: водниковой технике и может быть использовано для исследования электрофизических характеристик полупровод никовых материалов в процессе их технологической обработки.

Известно устройство для измерения электрофизических характеристик полупроводников, имеющее клеммы для крепления исследуемого полупроводникового образца, источник постоянного магнитного поля, источник света, и выходное устройство, регистрирующее ток корот кого замыкания фотомагнитного эффек-, р)

,15

Недостатком устройства являетсяневозможность измерения электрофиэических характеристик полупроводника непосредственно в процессе ионного распыления из-за шумов ионного по- 20 тока.

) Известно устройство для измерения электрофизических характеристик полупроводника, содержащее две клеммы для подключения исследуемого образца, одна из которых заземлена, источниК постоянного тока, подключенный к кеэаземленной клемме, источник переменного магнитного поля, источник потока 30

1 ионов, узкополосовый фильтр и регистрирующий прибор (2 ).

Недостатком устройства является то, что оно не обеспечивает возможности непосредственного измерения величины эффективного времени жизни носителей. тока, неработоспособно в процессе ионного распыления, так как при распылении ионами высоких энергий уровень шумовой помехи потока ионов сильно возрастает, случайная погрешность измерения значительно увеличивается.

Цель изобретения - повышение точности и обеспечение воэможности измерения величины эффективного времени жизни носителей тока в исследуемом образце непосредственно в процессе ионного расгьтления.

Поставленная цель достигается тем, что устройство измерения электрофизических характеристик полупроводников, содержащее две, клеюы для соединения с исследуемым образцом, одна из которых заземлена, а другая соединена с источником постоянного тока, две полевые пластины, источник постоянного магнитного поля, источник потока ионов, узкополосный фильтр и цифровой регистрирующий прибор, 873166 снабжено опорным генератором гармонического напряжения, управляемым генератором гармонического напряжения, первый и вторым смесителями, полосовйм фильтром, усилителем с дифференциальным выходом, фазовым дискриминатором, преобразователем "периодцифра", фазосдвигателем, блоком управ ления, блоком поиска и ключом, причем опорный генератор через первый вход первого смесителя, полосовой фильтр и усилитель с дифференциальным выходом соединен с полевыми пластинами, источник постоянного тока через вто- рой смеситель, узкополосный фильтр, фазовый дискриминатор, ключ и блок управления соединен с управляющим l$ входом управляемого генератора, выход которого соединен со вторыми входами первого и второго смесителей, выход фазового дискриминатора соединен с входом блока поиска, один из выходов Щ которого соединен с управляющим входом управляемого генератора, а второй - с управляющим входом ключа, выход полосового фильтра через преобразователь "период-цифра" соединен со входом цифрового регистрирующего прибора, выход опорного генератора через фазосдвигатель подсоединен ко второму входу фазового дискриминатора, На чертеже представлена функциональная схема устройства измерения электрофиэических характеристик полупроводников. (Устройство содержит две клеммы 1, исследуемый образец 2, две полевые пластины 3, источник 4 постоянного магнитного поля, источник 5 постоянного тока, источник 6 потока ионов, узкополосный фильтр 7, цифровой регистрирующий прибор 8, опорный гене- 49 ратор 9 гарманического напряжения, управляемый генератор 10 гарманического напряжения, первый и второй смесители 11 и 12, полосовой фильтр 13, усилитель 14 с дифференциальным выходом, фазовый дискриминатор 15,преобразователь 16 "период-цифра", фазосдвигатель 17, блок 18 управления, блок 10 поиска и ключ 20.

Устройство работает следующим 5О образом.

При отсутствии потока ионов и при воздействии на испытуемый образец 2, через клеммы I источника питания постоянного тока 5, и взаимно ортогональных постоянного магнитного поля от источника 6 и переменного электрического поля через полевые пластины

3, на незаземленной клемме 1 формируется переменное напряжение с частотой изменения переменного электри- 6Î ческого поля полевых пластин 3. Амплитуда этого напряжения выражается

U = k ) <- В f (О,)4), где k — коэф4 5 6 фициент, зависящий от объемных и геометрических параметров исследуемого 65 образца, 1 — ток источника 5 постоянного тока, 8 6 — индукция магнитного поля создаваемого источником 6 постоянного магнитного поля, f(Uq4 ) функция амплитуды напряжения U 4, приложенного к полевым пластинам З,описывающая полевой гальваномагниторекомбинационный эффект.

На полевые пластины 3 через фильтр

13 подаются переменные напряжения в противофазе с выхода усилителя 14.

Частота выходного напряжения полосового фильтра 13 в,результате преобразования частоты с помощью смесителя

11 определяется f<>(t) = (о(t) где Г (t) — частота управляемого re40 нератора 10, f9 — частота опорного генератора 9, fz — граничная частота полевого гальваномагниторекомбинационного эффекта.

При этом поверхностные электростатические потенциалы и скорость поверхностной рекомбинации на гранях исследуемого образца 2 под полевыми пластинами 3 изменяются по синусоидальному закону противофаэно и обеспечивается линейность функции f(U<4)=

const . 0 . Частота о связана с измеряемой величиной эффективного времени живинка ф носителей тока в образце 2 формулойГз@ф= 1/2 )И = ),/ где Тв — период. Причем частота Г определяется как частота выходного переменного напряжения исследуемого образца 2, при котором фаза этого напряжения отстает на )Г/4 относи" тельно фазы переменного напряжения с частотой fo на полевых пластинах 3.

Частота выходного напряжения исследуемого образца 2 преобразуется с помощью смесителя 12 (t) - f< (t) = f = const, т.е. при изменении частоты f<<(t) генератора 10 и изменении частоты сигнала на полевых пластинах 3, частота Г7 выходного сигнала уэкополосного фильтра 7 постоянна.

Разница фаз сигнала на выходе узкополосного фильтра 7 и выходного сигнала опорного генератора 9 определяется как ЬЧ = g94>+ ЬЧ .)4+ 9, где 5Q<>- сдвиг фазы сигнала в полосовом фильтре 13,6944- сдвиг фазы сигнала в усилителе 14, 0, fy — сдвиг фазы в исследуемом образце 2.

Фазовый сдвиг вносимый фазосдвигателем 17 выбран из условия Ь 7 =

45О + 4 + yg<.

При этом сигнал ошибки d на выходе фазового дискриминатора 15 появляется при разности фазЬ4 g выходного сигнала исследуемого образца 2 и сигнала на полевых пластинах 3 отличной от

В режиме поиска, когда д„l >)0, т.е. f (t) ф f выходным сигналом первого выхода блока 19 поиска часота управляемого генератора 10

5 изменяется по пилообразному закону.

При этом ключ 20 разомкнут. В момент, когда f (t) о е./ди 1 х О, выходным сигналом второго выхода блока

19 поиска ключ 20 замыкается и подключает выход фазового дискриминатора

15 к входу блока 18 управления.

Этим осуществляется автоматический переход устройства в режиМ слежения. При этом выходной сигнал блока

18 управления автоматически поддерживает частоту f управляемого генератора 10 в таких пределах, чтобы 9 )4. При этом выходной. сигнал полосового фильтра 13 с частотой

f<>(t) = fz (t) поступает на вход пре образователя "период-цифра" 16, с выхода которого цифровое значение периода f<>(t ), равное Т з(й )

2ВЗ Ф,(й ) поступает на регистрирую- 25 щий прибор 8.

В процессе ионного распыления величина Г фф в исследуемом образце 2 изменяется во времени из-за кинетических процессов дефектообразования $Q и на выходе регистрирукю его устройства 8 непосредственно в процессе распыления регистрируется измеряемая временная зависимость зфф(t ), Таким образом, устройство обеспе- 3$ чивает возможность прямого измерения величины эффективного времени жизни носителей тока без привлечения дополнительных теоретических расчетов непосредственно в процессе ионного . 4О распыления, а также автоматизацию измерения временной зависимости величины эффективного времени жизни носителей тока от характеристик ионного потока.

При распылении ионами высоких 45 энергий на полезный сигнал на клемме

1 накладывается интесивная шумовая помеха потока ионов. Использование автослежения по фазе и измерение величины эффективного времени жизни . носителей тока путем преобразования 9ФФ(t)- Г,(t) поЗволяет снизить случайную погрешность измерения до потенциально достижимого в измерительной технике минимума, так как 55 автоследящий фазовый фильтр, который реализован в предлагаемом устройстве, имеет минимально достижимую шумовую полосу пропускания, 60

Использование устройства особенно эффективно при технологическом контроле поверхностей полупроводников подвергаемых ионному распылению, а также при научных исследованиях поверхностных явлений в полупроводниках. Устройство может быть использовано также при электронном и фотонном распылении.

Формула изобретения

Устройство измерения электрофизических характеристик полупроводников, содержащее две клеммы для соединения с исследуемым образцом, одна из которых заземлена, а другая соединена с источником постоянного тока,две полевые пластины, источник постоянного магнитного поля, источник потока ионов, узкополосный фильтр и цифровой .регистрирующий прибор, о т— л и.4 а ю щ е е с я тем, что, с цЬлью повышения .точности и обеспечения возможности измерения величины эффективного времени жизни носителей тока в исследуемом образце непосредственно в процессе ионного распыления, оно снабжено опорным генератором гармонического напряжения, управляемым генератором гармонического напряжения, первым и вторым смесителями, полосовым фильтром, усилителем с дифференциальным выходом, фазовым дискриминатором, преобразователем

"период-цифра", фазосдвигателем,блоком управления, блоком поиска и ключом, причем опорный генератор через первый вход первого смесителя, полосовой фильтр и усилитель с дифференциальным выходом соединен с полевыми пластинами, источник постоянного тока через второй смеситель,узкополосный фильтр, фазовый дискриминатор, ключ и блок управления с управляющим входом управляемого генератора, выход которого соединен со вторыми входами первого и второго смесителей, выход фазового дискриминатора соединен с входом. блока поиска, один из выходов которого соединен с управляющим входом управляемого генератора, а второй — с управляющим входом ключа, выход полосового фильтра через преобразователь "период-цифра", соединен со входом цифрового регистрирующего прибора,, выход опорного генератора через фазосдвигатель подсоединен ко второму входу фазового дискриминатора.

Источники информации, принятые во внимание при экопертнзе

1. Зуев В .A., Сачвнко A.Â., Толпыго К.Б. Неравновесные приповерхностные процессы в полупроводниках и полупроводниковых приборах. "Советское радио", 1977, с. 148.

2„ Авторакое свидетельство СССР по заявке 9 2678528/18-25,от

23.10.78.

873166

Составитель М. Барашков

Техред А. Ьабинец Корректор М. àЫ

Редактор Н. Воловик

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 9026/71 Тираж 735 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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