Устройство для измерения импульсных вольт-амперных характеристик полупроводниковых материалов

 

В.И. Файнберг 1 т

I,.

f»

Институт полупроводников АН Украинской CCP:, (72) Автор изобретеиия (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ

ВОЛЬТ-АМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ

МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследования полупроводниковых материалов и приборов, преимущественно в наносекундном диапазоне длительностей импульсов.

Известно устройство для исследования вольт-амперных характеристик (ВАХ) полупроводниковых материалов, содержащее соединенные последователь" но генератор наносекундных импульсов, линию задержки резистивного зонда, выход которого подсоединен ко входу стробоскопического осциллографа, измерительную линию задержки и иссле1$ дуемый образец (1).

Этому устройству присуща низкая чувствительность измерений тока при

RV < Zg и напряжения при RU >7 А ° где R g- сопротивление исследуемого образца, 2, - волновое сопротивление коаксиальных линий задержки. Кроме того, отсутствует возможность компенсации линейной составляющей ВАХ образца, результатом чего является низкая чувствительность при измерении малой нелинейности на фоне большой линейной составляющей BAX. Единственный режим измерения ВАХ, при котором внутреннее сопротивление источника импульсов определяется тЮлько волновым сопротивлением линий задержки, не позволяет подробно измерять отрицательные ветви ВАХ полупроводников как с й-, так и с 5-образными характеристиками. Устройству присущи также плохая наглядность и невозможность автоматизации измере" ний.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является устройство для исследования вольт-амперных характеристик полупроводниковых материалов, содержащее соединенные последовательно генератор, линию задержки, два резистивных зонда, выходы которых подключены ко входам стробоскопичег.93583

3 кого осциллографа и измерительную

I линию задержки, нагруженную на образец., входы синхронизации стробоскопыческого осциллографа соединены со входами второй линии задержки, один иэ которых подключен к генератору, .@ аналоговые выходы осциллографа через аналоговую вычислительную машину связаны с двухкоординатным самописцем (2). 10

Недостатками известногоустройства являются низкая чувствительность измерения тока при R 7 Zg и напряжения при R << Z!,, где R - сопротивление исследуемого образца, Z1,волновое сопрдтивление линии задержки, отсутствие возможности компенсации линейной составляющей ВАХ образца и, как следствие этого, низкая чувствительность при измерении малой нелинейности на фоне большой линейной составляющей ВАХ образца, единственный режим измерения ВАХ, в котором внутреннее сопротивление источника импульсов определяется только волновым сопротивлением линий задержки, что не позволяет подробно

;измерять отрицательные ветви ВАХ полупроводников как с S-, так и с

М-характеристиками, плохая наглядность

Цель изобретения - повышение чувствительности измерения BAX.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для измерения им; пульсных вольт-амперных характеристик полупроводниковых материалов, содерзз жащее последовательно соединенные генератор импульсов и измерительную линию задержки, в которую введены два резистивных зонда, выходы кото" о рых подключены к входам стробоскопического осциллографа, дополнитель. но введены две линии задержки, нагруженные на активные сопротивления, входы которых подключены параллельно входам стробоскопического осциллографа.

На чертеже изображена схема структурная схема устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные наносекундный генератор 1 импульсов, линию 2 задержки, два резистивных зонда 3 и 4, выходы которых подсоединены ко входам стробоскопического осциллографа 5, коак" сиальную измерительную линию 6 за-. держки и исследуемый образец 7. Параллельно входам осциллографа 5 подсоединены две идентичные коаксиаль» ные линии 8 и 9 задержки, нагружен5 4 ные на активные сопротивления IО и

11, а выходы осциллографа 5 подключены ко входам двухкоординатного самописца 12. Вход синхронизации осциллографа 5 соединен с выходом генератора 1.

Устройство работает следующим образом.

Импульс от генератора 1 через линию 2 задержки поступает на входы резистивных зондов 3 и 4, где раз" деляется на три части. Первые два импульса через реэистивные зонды 3 и

4 поступают на входы линий 8 и 9 задержки, а третий импульс подается непосредственно на вход линии 6 за" держки. Все три импульса отражаются от нагрузок линий задержки, по которым они распространяются и одновременно достигают входов резистивных зондов 3 и 4. При этом на выходе зонда 4 выделяется сумма импульса, отраженного от исследуемого образца

7, и импульса, отраженного от активного сопротивления 11, который пропорционален падающему на образец импульсу. Аналогичная сумма выделяется на выходе резистивного зонда 3.

Величины активных сопротивлений 10 и 11 выбираются такими, чтобы суммарный импульс на выходе реэистивного зонда 4 был пропорционален импульсу напряжения, а импульс на выходе резистивного зонда 3 - импульсу тока на исследуемом образце 7.

При измерении малых нелинейностей на фоне большой линейной составляющей ВАХ образца сопротивление 11 подбирается так, чтобы суммарный импульс на выходе резистивного зонда 4 был пропорционален напряжению на нелинейной составляющей ВАХ измеряемого образца.

В случае, когда сопротивление нагрузки значительно больше волнового сопротивления коаксиальных линий (R g>> Zg) получают существенный выигрыш в чувствительности при измерении тока по сравнению с известным устройством, при R ((Z i и при измерении малой нелинейности на фоне большой линейной составляющей BAX также получают существенный выигрыш в чувствительности измерения напряжения. Кроме того, подключая последовательно или параллельно образцу активное сопротивление и компенсируя

его, предлагаемое устройство позвоформула изобретения

Составитель Н. Чистякова

Техред 3. Палий Корректор М. Демчик

Редактор Л. Алексеенко, Тираж 717 Подписное.

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, I(-35 Рауаская наб., д. 4/5

Заказ 4202/46 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

S 9358 ляет измерять 8АХ образца в различных режимах, так как подключенное сопротивление изменяет режим подачи .импульсного сигнала на образец. Реализация различных режимов измерения з

ВАХ расширяет функциональные воэможности устройства, так как это позволяет более подробно измерять отрицательные ветви BAX полупроводников как с N-, так и с 5-образными харак- !в теристиками.

Предлагаемое устройство обладает при использовании следующими преимуществами:

1. Повышена чувствительность из- 15 мерения ВАХ при сопротивлении образца отличном от волнового сопротивления линий задержки.

2. Реализована возможность компенсации линейной составляющей в ВАХ 2о. образца, что приводит в частности к увеличению чувствительности при измерении малой нели айности на фоне большой линейной смставляоцей ВАХ образца и к возможности измерения ВАХ 2з в различных режимах. . 3. Увеличена наглядность измере" ний за счет подачи на осциллограф импульсов тока и напряжения (у известного устройства P2) падающий и зв отраженный импульсы). Последнее при35 6 водит также к воэможности индикации

ВАХ на экране осциллографа, что увеличивает экспрессность измерений.

Устройство для измерения импульсных вольт-амперных характеристик полупроводниковых материалов, содержащее последовательно соединенные генератор импульсов и измерительную линию задержки, в которую введены два реэистивных зонда, выходы которых подключены к входам стробоскопи" ческого осциллографа, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью ловы» шения чувствительности измерения, в него дополнительно введены две линии задержки, нагруженные на активные сопротивления, входы которых подключены параллельно входам стробоскопического осциллографа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Jantsoh W., Heinrich M. Revue

Scient dnstrument. ч. 41, 1970, р. 228.

2. Авторское свидетельство CCCP

И 543886, кл. G 01 R 27/00, 1975.