Способ измерения зависимости барьерной емкости от напряжения

 

Союз Советск мн

Социалистических

Республик (E1) К АВТОРСКОМУ .СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. санд-ву (22) Заявлено 02. 03. 81 (21) 3254760/18-21 (5t)NL. Кл, G 01 R 31/26 с присоединением заявки И

1ЪеудаРствкнный комнтет

СССР (23) Приоритет(53) УДК 621.

° 382.3(088.8) ло делам изобретений н аткрытнй

Опубликовано 30.08.82. Бюллетень М 32

Дата опубликования описания 30.08.82

1з .к 1. () Я,)Дауд Я (72) Авторы изобретения

А.P. Ромейков и Н.А. Семушкина

ИЛПЖ1110 (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЗАВИСИМОСТИ БАРЬЕРНОЙ

ЕМКОСТИ ОТ НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для исследования параметров полупроводниковых приборов.

Известен ряд способов исследования барьерных емкостей полупроводниковых переходов, среди которых наибольшее распространение получил способ, использующий наложение гармонического сигнала на напряжение обратного смещения перехода. Изменение величины напряжения смещения позволяет получить зависимость барьерной емкости от. напряжения. Реализация метода требует наличия генератора гармонических сигналов, регулируемого источника обратного смещения, селективных усилителей или фазовых детекторов и измерительного устройства tlj

Недостатком известного способа является необходимость использования сложного комплекта аппаратуры и значительная протяженноСть процесса измерения во времени.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ определения зависимости барьерной емкости от напряжения, включающий подачу на исследуемую структуру по5 следовательности запирающих импульсов и измерения тока в цепи структуры (2).

Способ измерения заключается в следующем: Генератор выдает напряжение

10 Ф пилообразной йормы Ч(С)з и при 0 < t (tz. Если емкость измеряемого прибора зависит от напряжения по

1s закону С С(Ч), то мгновенное значеwe тока, протекающего по токосъемному резистору, приближенно выражается формулой

О< С4 Си1 т.е. форма тока, протекающего по токосъемному резистору, повторяет за3 95490 висимость емкости от напряжения. На-: пряжение с TOKocъемного резистора flo дается на вход усилителя вертикального отклонения осциллографа. При этом на горизонтальные пластины подается входное пилообразное напряжение, а на .экране осциллографа воспроизводится зависимость барьерной емкости от напряжения.

Основным недостатком данного мето- tO да является низкая точность, вызванная невозможностью обеспечить высокую степень линейности пилообразных импульсов, что приводит к невыполнению условия У = const во всем диапа- 15

dt зоне изменения напряжения от 0 до

Ч „, поэтому форма тока не точно повторяет зависимость С(Ч), а также невозможностью выделения только емкостной составляющей тока,- так как 2р ток обратно смещенного. перехода представляет собой сумму реактивного тока заряда барьерной емкости и активного обратного тока, который возрастает с увеличением напряжения, по- 25 вторяя форму пилообразного импульса.

При увеличении напряжения V точность метода ухудшается, так как активный ток возрастает, а емкостный ток умень. шается. Именно эти причины не поэво- зв ляют широко распространять в практике рассмотренный способ, несмотря на простоту его реализации.

Другим недостатком известного способа является то, что в нем переход исследуется в режиме непрерывного изменения напряжения, что не позволяет достичь состояния равновесия при наличии медленных процессов в полупроводниковых переходах. За счет этого точность измерения емкости ухудшается.

Цель изобретения - повышение точности измерения при5сохранении простоты аппаратурной реализации импульс- 5 ного способа.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения зависимости барьерной емкости от напряжения, включающем подачу на исследуе- SO мую структуру последовательности запирающих импульсов и измерение тока в цепи структуры, в качестве запирающих импульсов напряжения используются импульсы трапецеидальной фориы с за" SS данной крутизной нарастания фронта и среза, длительность которых превышает время переходных процессов струк.

1 4 туры, а амплитуда не превышает значения. пробивного напряжения.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, иллюстрирующего реализацию предложенного способа; на фиг ° 2 - эпюры токов заряда и разряда емкости перехода, форма испытательного импульса и активного тока структуры.

Способ осуществляется следующим образом.

На измеряемую структуру 1 от генератора 2 подают трапецеидальные импульсы напряжения. Крутизну фронта измеряют измерительным устройством, на которое подается импульс генератора через ключ 3. Трапецеидальные импульсы напряжения вызывают появление тока заряда и разряда барьерной . емкости, который протекает во время существования фронта импульса и име1 ет максимум, соответствующий линейному участку фронта. Ток заряда и разряда барьерной емкости вызывает падение напряжения на образцовом резисторе 4, которое через ключ 3 подают на вход измерительного устройства 5. Величину емкости определяют уо согласно соо;ношению С где

1o"

Ч - максимальное напряжение на этао лонном резисторе R, а К - крутизна фронта —, Амплитуда импульсов рав8У

dt на напряжению, при котором определяется значение барьерной емкости. Изменяя амплитуду импульсов, получают зависимость барьерной емкости от напряжения.

Повышение точности по сравнению с прототипом достигается за счет того, что величину емкости определяют по амплитуде тока разряда, соответствующему линейному участку фронта импульса, когда величина У равна К. Использование трапецеидальных импульсов позвопяет разделить максимумы емкостного и активного токов по времени.

Действительно, емкостной ток i про" текает в течение фронта импульса V а к моменту установления амплитуды импульса МИ спадает до нуля (фиг. 2).

Активный ток i©, совпадая по фазе с напряжением, достигает амплитудноro значения к тому моменту, когда емкостной ток заканчивается. Возможность раздапения емкостной и активной составляющих тока также повышает точность измерений емкости.

Формула изобретения

5 954

Применение трапецеидальных импуль" сов с фиксированной амплитудой и длительностью, превосходящей время переходных процессов в переходе, позволяет по сравнению с прототипом уста- S новить режим и точнее определить барьерную емкость, соответствующую заданному напряжению.

Последовательность операций при реализации предлагаемого способа следующая.

К генератору 2 трапецеидальных импульсов подключают последовательно включенные исследуемую барьерную емкость и эталонный резистор 4. Устанавливают амплитуду запирающих импульсов Ч„. Подключают вход измерительного устройства к выходу генера,тора импульсов ключом 3 и определяют крутизну фронта К = в- . Подключают 20 сИ вход измерительного устройства к эталонному резистору 4 и измеряют амплитуду импульса напряжения V вызванного током разряда барьерной емкости при амплитуде импульса. Определяют 2$, величину барьерной емкости расчетным путем или методом сопоставления для данного Ч„ . Изменяя амплитуду импульса в соответствии с требуемыми значениями напряжения, повторяют 3Q определение крутизны фронта, амплиту.ды импульса напряжения и барьерной емкости и получают зависимость барьерной емкости от напряжения.

Предлагаемый способ может быть осу.з> ществлен на серийных генераторах им901 6 пульсов в осциллографах. Точность способа определяется точностью определения крутизны фронта и разрешающей способностью измерительного устройства.

Способ применим также для исследований свойств стуктур-металл - диэлектрик - полупроводник и барьеров металл - полупроводник.

Способ измерения зависимости барьерной емкости от напряжения, включающий подачу на исследуемую структуру последовательности запирающих импульсов и измерения тока в цепи структуры, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в качестве запирающих импульсов напряжения используются импульсы трапецеидальной формы с заданной крутизной нарастания фронта и среза, длительность которых превышает время переходных процессов структуры, а амплитуда не .превышает значения пробивного напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

H 616597, кл. G 01 R 31/26, 01.02.77.

2. Аронов В.Л., федотов 8.Я. Испытание и исследование полупроводниковых приборов. H., 1975, с. 129 (прототип)

954901

du

Заказ. 6425/45

Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал Illlll "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Н. Шиянов

Редактор И. Тыкей Техред Ж.Кастелевич Корректор Н. Король