Устройство для определения генерационного времени жизни неосновных носителей заряда в мдп-конденсаторах
„„SU„„ 19486
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
° зш - 01 к .31/26
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТЙЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЖ (2l) 2902929/18-21 (22) г8.03.80 (46) 30,08.83. Бюл. lf 32 (72) А.К.Захаров и 6.8.Настаушев (71) Институт физики полупроводников Сибирского отделения АН СССР (53) бг1.332(088.8) (56) 1. Saiama S.À.Ò, Но1вев F
"On the determination;of the surface
recombination че1оз1ty from the
transient гезропзе of HIS-sdru tures
"Solid-State Electronics чо1 13, р, 1204, 1970, .2. Захаров А.К . и др. Релаксация неравновесной емкости в НДП-струк,"
° Фурах. Никроэлектромика, т. 5, с. 150, 1976. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ГЕНЕРАЦИОННОГО ВРЕИЕНИ ЖИЗНИ НЕОСНОВ"
HbiX НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В НДП-КОНДЕНСАТОРАХ, содержащее усилитель высоKoN .частоты с амплитудным детектором, генератор импульсов, генератор высокой частоты, стробоскопический детектор, два выхода которого соединены с входами самопиаущего потенциомвтра, схему синхронизации, первый выход которой соединен с первым входом стюобоскопического детектора, а второй выход соединен с генерато- ром импульсов, выход которого соединен с первой клеммой для подключения испытуемого НДП-конденсатора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повыаения производительности и точности, в него введены последовательный колебательный контур, содер жащий катуаку индуктивности и калиброванный конденсатор, усилитель тока и коммутатор тока, второй вход которого соединен с третьим выходом схемы синхронизации, а выход - с входом усилителя тока, выход которсго соединен с вторым входом стробоскопического детектора, третий вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты, вход которого подключен к первому выводу катуаки индуктивности последовательно колебательного контура, к выходу генера-тора высокой частоты, к первому входу коммутатора тока причем с вто- 4© рым выводом катувки индуктивности иав и первым выводом калиброванного кон- Щ. денсатора последовательно колебатель" ф ного контура соединена вторая клем- { р ма для подключения испытуемого НДПконденсатора.
919486 2 периментальных зависимостей C(t), C (Ч)соотношением l0
Недостатком известного устройства является необходимость графического дифференцирования экспериментальной зависимости, что снижает точность результатов и исключает возможность быстрой обработки данных эксперимента. Кроме того, известное устройство., не учитывает неоднородность легирования полупроводника в ИДП-конденсаторе.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство -для определения генерационного времени жизни неосновных носителей в МДП-структурах, содержащее усилитель высокой частоты с амплитудным детектором, генератор импульсов, генератор высокой частоты, стробоскопический детектор, два выхода которого соединены с входами самопишущего потенциометра, схему синхронизаций, первый выход которой соединен с первым входом стробоскопического детектора, а второй выход соединен с генератором импульсов, выход которого соединен с первой клеммой для подключения испытуемого ИДП-конденсатора, высокочастотный мост, выход которого соединен с клеммой для подключения подложки испытуемого МДП-кондеНсатора, включенного в измерительное плечо моста (2 ), Генерационный ток j (для зависимости Цербста) определяется из экс1
Изобретение относится к устройствам, предназначенным для исследования электрофизических свойств полу роводниковых материалов и может быть использовано при контроле ИДРструктур для изготовления приборов с зарядовой связью.
Известно устройство для измерения генерационного времени жизни неосновных носителей заряда в полупроводнике МДП-конденсатора, содержащее генератор импульсов, генератор высокой частоты, усилитель высокой частоты с амплитудным детектором, двухкоординатный самопишущий потенциометр, причем генератор импульсов и генератор высокой частоты подключены к металлическому электроду МДП" конденсатора, а выход усилителя вы- сокой частоты, включенного в цепь подложки ИДП-конденсаторам, соединен с х-входом самопишущего потенциометра (.1 3. где V - напряжение импульса;
С - высокочастотная емкость
ИДП"конденсатора, измеренная сразу после приложения импульса;
CA - емкость диэлектрика в МДПконденсаторе;
Недостатками известного устройства являются низкая производительность и недостаточная точность, обусловленная необходимостью последовательного получения двух экспериментальных зависимостей C(t) и С (V) их последующего совмещения по оси С и графического дифференцирования. Это существенно снижает точность измерения генерационного времени жизни, увеличивает продолжительность измерений и обусловливает большую трудоемкость получения величины генерационного времени жизни.
Данное устройство не позволяет от- . браковывать МДП-конденсаторы по величине тока диэлектрика и требует предварительного измерения тока утечки при постоянном смещении на ИДПконденсаторе.
Точность определения тока генерации 3> зависит от точности измерения емкосТи высокочастотным мостом, что может ограничить быстродействие данного устройства из-за необходимости сужения полосы пропускания усилителя высокой частоты для исключения влияния помех.
Целью изобретения является повы" шение производительности и точности устройства..
Цель. достигается тем, что в устройстве для определения генерационного времени жизни неосновных носителей заряда в ИДП-конденсаторе, содержащем усилитель высокой частоты с амплитудным детектором, генератор импульсов, генератор высокой частоты, стробоскопический детектор, два выхода которого соединены с входами самопишущего потенциометра, схему синхронизации, первый выход которой соединен с первым входом стробоскопического детектора, а второй ! выход соединен с генератором импуль сов, выход которого соединен с пер486
Устройство работает следующим об разом.
Импульсное напряжение с выхода генератора 1 через разделительную схему 11 периодически с периодом, большим времени релаксации измеряемого процесса, прикладывается к металлическому электроду ИДП-конденсатору 15, при этом во внешней це" пи ИДП-конденсатора протекает ток перезарядки ), обусловленный генерационными процессами в полупроводнике.
Коммутатор 4 отключает вход усилителя 5 на время зарядки ИДП-конденсатора импульсом напряжения так, что усилитель 5 тока измеряет толь,ко ток перезарядки ИДП-конденсатора. .Усилитель 3 измеряет сигнал разбаланса последовательного колебательного контура, пропорциональный емкости ИДП"конденсатора, поскольку последовательный колебательный контур предварительно настроен в резо. нанс при отключенном ИДП-конденсаторе.
С выхода усилителей 5 и 3 периодические сигналы, пропорциональные току и емкости, подаются на два параЛлельных канала стробоскопического детектора 6, где преобразуется в постоянные напряжения для записи на двухкоординатном самопишущем потен» циометре 7 графика зависимости тока . от емкости в. процессе релаксации не-. равновесного обеднения. Синхронность ,работы генератора 1 импульсов, ком .мутатора 4, стробоскопического детектора 6 обеспечивается .блоком 8 синхронизации. ,8 данном,.случае зависимость Цербста получается по формулам
3 919 вой клеммой для подключения испытуемого ИДП-конденсатора, введены последовательный колебательный контур, содержащий катушку индуктивности и калиброванный конденсатор, усили5 тель тока и коммутатор тока, второй вход которого соединен с третьим выходом схемы синхронизации, а выход соединен с входом усилителя.,тока, выход которого соединен с вторым входом стробоскопического детектора, третий вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты, вход которого подключен к первому выводу. катушки индуктивности последователь" .но колебательного контура, к выходу генератора высокой частоты, к первому входу коммутатора тока, причем с вторым выводом катушки ин:дуктивности и первым выводом калиб рованного конденсатора последователь-. но колебательного контура соединена вторая клемма для подключения испытуемого ИДП-конденсатора.
Предлагаемое устройство схематично представлено на чертеже..
Оно содержит генератор 1 импульсов, генератор 2. частоты, усилитель
3 высокой частоты с амплитудным детектором, коммутатор 4 тока, усилитель 5 тока, стробоскопический де. ЗО тектор б, двухкоординатный самопишущий потенциометр 7, схему 8 синх™ рониэации, катушку 9 индуктивности, конденсатор 1О, разделительную схему 11, схему считыванйя тока, состоящую иэ аттенюатора 12 и резис.тора 13, причем индуктивность и кон" денсатор 10 образуют последовательный колебательный контур, подклю-. ченный к выходу генератора высокой . частоты через разделительный конденсатор 14, к выходу генератора импульсов через исследуемый ИДП-конденсатор 15,,к входу усилителя высокой частоты через аттенюатор 12, к входу усилителя 5 тока аттенюатора
12 и резистор 13 и коммутатор 4.
Двухканальный стробоскопический детектор б одним каналом соединяет выход усилителя 5 с х-входом самопишущего потенциометра 7, а другим
- каналом выход усилителя 3 с у-входом самопишущего потенциометра 7, при-, чем выходы схемы 8 синхронизации соединены с входами синхронизации генератора 1 импульсов, коммутатора
4 тока, стробоскопического детектора 6 ° *-
* c>-с
vAÛ (— - — )
1 1 о где 3+ - генерационный ток;
3 - ток перезарядки; M. - тогкцина неравновесного слоя обеднения;
А - площадь металлического элем. трода ИДП-конденсатора;
Я - относительная диэлектричесS кая проницаемость полупроводника;
8<- 8,85 ° 10 4- диэлектрическая проницаемость. вакуума;
5 919486
Ъ
- емкость диэлектрика в МДПконденсаторе;
С - емкость НДП-конденсатора.
Величина генерационного времени жизни определяется по формуле 5
Составитель В .Псаломщиков
Редактор О.Юркова Техред Ж.Кастелевич Корректор " ференц
Заказ 8094/3 Тираж 710 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
4> ь ф и я п А 4 °
JL где Г - генерационное время жизни
А в полупроводнике; l0 п. " собственная концентрация
Ф свободных носителей заряда е в полупроводнике;
AM " изменение толщины слоя обеднения в полупроводнике в пре-S делах линейной зависимости
Э от И;
ЗЗ -. соответствующее изменение
A генерационного тока;
- заряд электрона. 20
К преимуществам предложенного устройства следует отнести следующие.
Устройство позволяет записать на самописце график зависимости тока
4 перезарядки от высокочастотной емкости МДП-конденсатора, наиболее просто преобразуемый в требуемую зависимость Цербста, что позволяет существенно повысить точность, а также снизить длительность и трудоемкость измерения генерационного времени жизни.
Быстродействие устройства позво-. ляет исследовать процессы неравно" весного обеднения с длительностью от 10 «до 10 1с и соответственно измерять генерационное время жизни для широкого класса полупроводников, включая германий и антимонид индия.
Предлагаемое устроиство легко сочетается с ртутным зондом, что позволяет сортировать шайбы МДП-структур по величине генерационного времени жизни в процессе производства, приборов с зарядовой связью и при;боров с зарядовой инжекцией.
