Устройство контроля пробивного напряжения мдп-структур
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических республик
I "г (61) Дополнительйое к авт. свмд-ву(И1М.К . 6 01 R 31/26 (22) Заявлено .01Р980 (21) 2976088/18-21 с присоединением заявки N9— Государственный комитет СССР. но делам изобретений и открытий (23) Приоритет(33 УДК 621. 382. .2{088.8) Опубликовано 15Я9.82, Бюллетень. М 34 Дата опубликования описания 150982 % ° l ;.В г f (72) Авторы изобретени я М.Д. Адаскин и В.С. Мишин (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ПРОБИВНОГО. НАПРЯЖЕНИЯ. - МДП-СТРУКТУР Изобретение относится к электронной промышленности .и может. быть использовано в технике контроля параметров МДП-структур и пробивного напряжения р-и переходов. Известно устройство контроля про- бивного напряжения ИДН-структур и р-и переходов, которое содержит генератор линейно-изменяющегося напряжения, управляемый от блока управления, генератор высокой частоты, сумматор напряжений, входы которого подключены к выходам упомянутых генераторов, а его выход - к последовательно coqдиненным испытуемому р-и перекоду и измерительному резистору, который через высокочастотный фильтр и усилитель-ограничитель подключен к одному из входов фаэовогб:детектора;-другим входом подключенного через фаэовращатель к выходу генератора высокой частоты, а выходом - к входу блока управления (.1). Известное устройство позволяет измерять только пробивные напряжения р-и переходов полупроводниковйх приборов, так как в,основе его действия использован эффект изменения комплексной дифференциальной проводимости р-и перехода в предпробойной области обратных смещающих напряжений. Кроме того, оно обладает невысоким быстродействием из-за ограниченной скорости нарастания напряже ния пилообразной формы. Наиболее .близким к предлагаемому является устройство для контроля пробивного, напряжения МДП-структур, содержацее блок управления, генератор пилообразного напряжения, входной ключ упомянутого генератора, первый источник постоянного напряжения, защитный резистор, регистрирующий прибор, элемент зациты и преобразователь ток — напряжение, причем два выхода блока управления подключены к управляюцим входам генератора . пилообразного напряжения и его входного ключа, выход которого соединен с генератором пилообразного напряжения; а два его входа — с первым источником напряжения и обцей шиной соответственно, выход генератора пилообразного напряжения через пос25 ледовательно соединенные защитный резистор и испытуемую ИДП-структуру подключен к входу преобразователя ток- напряжение 2 ). В укаэанном устройстве элемент защиты включен в цепь испытуемой 958986 структуры последовательно с защитным резистором и.представляет собой электромагнйтное поле. При такой схеме не обеспечивается быстродействующая защита испытуемой структуры от разрушения окисла в условиях 5 пробОя. Установлено, что .в окисле МДП-структуры не происходит необратимых структурных измененйй (разру:шения)-, если ток пробоя не превышает 100-500 нА при длительйости дей- 0 ствия не более 0,5-1 мкс; в указан.1ной установке эти условия не реализуются и соответственно не обеспечивается неразрушающий контроль прове- ряемого .на пробой элемента. !5 Другим н достатком известного . Устройства является его низкое быстродействие, ограниченное невысокой скоростью нарастания пилообраэного напряжения, которая не может быть увеличена из-за наличия емкостного тока через испытуемую структуру. Большая величина емкостного тока при .высокой скорости нарастания пилообразного напряжения. может привести к ложному срабатыванию .элемента защиты. Цель изобретения †повышен быст. Родействия устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство контроля про- 30 бивного напряжения МДП-структур, со-, . держащее регистрирующий прибор и блок управления, два выхода которого подключены к управляющим входам генератора пилообразного напряжения и 33 ключа, выход которого соединен с генератором пилообразного напряжения, а два входа ключа — с первым источ.ником постоянного напряжения и общей. шиной соответственно, выход генера- 4й тора. пилообразного напряжения соединен с одним выводом защитного резистора, второй вывод которого подключен к первой клемме для подсоединения исследуемой МДП-стРУктуры; а вторая клемма соединена с входом преобразователя ток — напряжение„ элемент защиты, введены .усилитель постоянного тока, основной .компаратор и компаратор коррекции, триггер, элемент совпадения, интегратор с дОполнительным ключем, резистор коррекции, а также второй и третий источники постоянного напряжения, причем усилитель постоянного тока выпол- нен на операционном усилителе и.двух 55 масштабирующих резисторах, первый из которых включен между выходом преобразователя ток - напряжение и входом операционного усилителя, а другой — в цепь обратной связи операци- 60 Онного усилителя, выход которого-соединен с первыми входами основного компаратора и компаратора коррекции, а вход операционного усилителя через резистор коррекции подключен к выходу интегратора, к которому через дополнительный ключ подключен второй источник постоянного напряжения, \ третий источник .постоянного напряжения соединен с вторым входом основного компаратора, выход которого сое динен с одним из входов элемента совпадения, другим своим входом .подключенного: к выходу триггера, а выходом . к первому входу блока управлений, второй вход компаратора коррекции. подключен к общей шине, его выход соединен с вторым входом блока управления, и с первым входом триггера, другой вход которого подключен к третьему выходу блока управления, четвертый выход которого соединен с управляющим входом дополнительного ключа, пятый выход - с управляющим входом интегратора, шестой. выход - с управляющим входом элемента защиты, выход которого соединен с выходом ;генератора пилообразного напряжения,. седьмой выход — с управляющим входом .. ! .Регистрирующего прибора,. выход которого подключен к второму выводу защитного резистора. На чертеже показана схема предлагаемого устройства. Схема включает. блок 1 управления, содержащий, например, пульт 2 опера:тора, линию 3 задержки, регистр 4, два элемента 5 и б совпадения, ключ 7 генератора пилообразного напряже::ия; генератор 8 пилообразного напряжения, выполненный, например, в виде элект-. ронного интегратора, защитный резистор 9, испытуемую МДП-структуру 10, преобразователь 11.ток-.напряжение, содержащий,например, операционный усилитель 12 и масштабный резистор 13, усилитель 14 постоянного тока, выполненный на операционном усилителе 15 и масштабирующих Резисторах 16 и 17, основной компаратор 18,. компаратор 19 коррекции, триггер 20, элемент 21 совпадения, дополнительный ключ 22 интегратора, интегратор 23, резистор 24 цепи коррекции, элемент-25 защиты, например электрон-. ный ключ, цифровой вольтметр 26, источники 27, 28 и 29 постоянного напряженки. В устройстве контроля МДП-структур выходы блока 1 управления соединены с входами генератора8 пилооб- . разного напряжения., ключа 7 гейератора и- цифрового вольтметра 26 соот-. ветственно. цифровой вольтметр 26 подключен к выходу генератора 8, . а элемент. 25 защиты . — к.испытуемой .структуре 10. Второй вход ключа 7 генератора 8 подключен к выходу первого источника 27 постоянного. на.пряжения, защитный резистор 9 включен между выходом генератора 8 и испытуе« мой. структурой 10, выход операционного усилителя 12 преобразователя 11, 958986 6 соединен с первым масштабирующим резистором 16, который подключен к . входу операционного .усилителя 15, а второй масштабирующий резистор 17 включен в цепь обратной связи усили- теля 15, к входу которого подключен также резистор 24 цепи коррекции, другой вывод которого соединен с выходом интегратора 23, выход. усилителя постоянного. тока подключен к первым входам основного компаратора 18 10 и комйаратора 19 коррекции, второй вход компаратора 19 соединен с шиной нулевого потенциала, его выход входами. триггера 20 и блока 1 управления, второй вход которого соединен с выходом элемента 21 аовпадения„ первый вход которой соединен а выходом основного компаратора 18, второй вход - с выходом трйггера 20, второй. вход которого соединен с четвертым выходом блока 1 управления, пятый, шестой и седьмой выходы которого соединены соответственно. с вторыми входами интегратора 23, элемента 25 20.защиты и дополнительного ключа 22 интегратора, второй вход которого соединен с вторым источником 28 постоянного напряжения, выход - с первым .входом интегратора 23. Запуск устройства контроля Произ-. водится с пульта 2 оператора. По сигналу оператора устанавливается . Зо в исходное состояние регистр 4., при этом производится сброс генератора 8 пилообразного напряжения, интегра- ! тора. 23 и переключается триггер -. Ç5 20, который через элемент И совпаде- . ния блокирует прохождение сигналов от компаратора 18 в блок 1 управления. устанавливаются исходные уровни напряжений .Регулируемйх источников 27 и 28 постоянного напряжения. Величина напряжения источника 27 характеризует крутизну пилообразного напряжения на выходе генератора .8, напря- . жение источника 28 - крутизну .пило- образного .напряжения на выходе интегратора 23, напряжение источника 29:величину тока пробоя через испытуе.-. мую структуру 10. По сигналам из блока 1 управления ключ 7 .подключает напряжение источника 27 к входу генератора 8 пилооб разного напряжения, генератор 8 вырабатывает пилообразное. испытательное напряжение "которое через защитный 55 резистор 9 поступает на испытуемую структуру 10. Ключ 22 интегратора подключает напряжение источника 28 к входу интегратора 23, который вырабатывает пилообразное напряжение, поступающее через резистор 24 цепи коррекции на вход операциоиного усили- теля 15 . При отсутствии пробоя через структуру 10 протекает емкостной ток, который преобразуется преобразовате- á5 ;лем 11 в напряжение, поступающее через усилитель 14 постоянного тока на первые входы компараторов 18 и 19. Для компенсации емкостного тока в предлагаемом устройстве используется цепь коррекции, состоящая из клю- ча 22 интегратора, источника 28 постоянного, напряжения, интыратора 23, резистора 24 цепи коррекции. ИнтеГратор 23 вырабатывает компенси-. рующее пилообразное напряжение, противойоложное по знаку:напряжению, вызванному на выходе преобразователя 11 емкостным током. Напряжение.с выхода интегратора; 23 через резистор 24 цейи коррекции подается на вход . операционного усилителя 15,.на выходе кбторого,вырабатывается .напряжение, пропорциональное сумме разнополярных напряжений:преобразовате.ля 11 и интегратора 23, которое подается на первые входы компараторов 18 и 19. В момент компенсации емкостного тока изменяется знак напряжения на .выходе усилителя 14 постоянного тока, при. этом, срабатывает ком- . паратор 19 .Коррекции, что приводит к тому, что элемент 5 совпадений через регистр 4 переключает ключ 22 интегратора к шине нулевого потенциа-, ла, а Интегратор 23 переводится в режим хранения выходного напряжения. Переключается триггер 20 и подает. на вход элемен.га 21 совпадений уровень напряжения, разрешающий прохож дение сигналов от основного комнара- тора 18 В бяок:1 управления, т.е.уатановка подготавлнваетая для конт-: роля пробйвного напряжения. В момент пробоя увеличение:тока через испытуемую .структуру 10. приводит к срабатыванию компаратора 18., который через элементы 21 и 6 совпадений, регистр 4 включает элемент.. 25. защиты, который коммутирует вход испытуемой структуры 10 к.шине..нулевого потенциала, т.е. испытательное напряжение отключается от струйту-. ры 10. Одновременно ключ 7 переклю чает вход генератора 8 к шине нулево- го потенциала, при этом генератор 8 ., переводится в режим хранения выходного напряжения. Блок 1 управления включает цифровой вольтметр 26, который измеряет величину испытательного напряжения в момент пробоя испытуемой. структуры 10. Использование цепИ коррекции дЛя предварительной компенсации емкостного тока позволяет увеличить крутизну .выходного напряжения генера- тора 8 .и тем самым повысить быстродействие всего устройства контроля . пробивного найряжения МДП-структур. Эффективность.,неразрушающего контроля предлагаемого устройства.опреде-. ляется быстродействием измерительного тракта.- .преобразователя 11 958986 ток-напряжение, усилителя 14, основного компаратора 18, элемента 25 защиты. Из перечисленных узлов измерительного тракта наибольшие трудности в получении высокого быстродействия вызывает преобразователь 11 токнапряжение. Включение масштабного резистора 13.между входом и выходом широкополосного операционного усилителя 12 позволяет существенно снизить влияние паразитной емкости на входе преобразователя 11 и добиться повышения. быстродействия измерительного тракта, а также обеспечить неразрушающий контроль структур благодаря быстродействию элемента защиты. Формула изобретения Устройство контроля пробивного напряжения ИДП-структур, содержащее регистрирующий прибор и блок управления, .два .выхода которого подключены соответственно к управляющим входам генератора пилообразного напряжепия и ключа, выход ключа соединен с генератором пилообразного. напряжения, а два входа ключа — e первым источником постоянного напряжения и общей шиной соответственно, выход генератора пилообразного напряжения соединен с одним выводом защитного резистора, второй вывод которого подключен к первой клемме для подсоединения исследуемой ИДПструктуры, а вторая клемма соединена с входом преобразователя ток-напряжение, и элемент защиты,о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быотродействия, в него введены уснлитель постоянного тока,,основной компаратор и компаратор кор-. рекции, триггер, элемент совпадения, интегратор с Дополнительным ключом, резистор коррекции., а также второй и третий .источники постоянного напряжения, причем усилитель постоянного 1 тока выполнен на операционном усилителе и двух масштабирующих резисторах, первый иэ которых включен между выходом преобразователя ток-напряже-. ние и входом операционного усилителя, а второй включен в цепь обратной связи операционного усилителя, выход которого соединен с первыми входами основного компаратора и компаратора коррекции, а вход операционного уси10 1лителя через резистор коррекции под ключен к выходу интегратора, к которому через дополнительный ключ подключен второй источник постоянного напряжения, третий источник постоян-, )5 ного напряжения соединен с вторым входом основного компаратора, выход которого соединен с однигл из входов элемента совпадения, другим своим входОм подключенного к выходу триг2О, гера, а выходом — к первому входу блока управления, второй вход компаратора коррекции подключен к общей шине, его. выход соединен с вторым входом блока управления и с первым 2 входом триггера, другой вход которого подключен к третьему выходу блока управления, четвертый выход которого соединен с управляющим входом дополнительного ключа, пятый выход — с управляющим входом интегратора, шестой выход — с управляющим входом. эле-, мента защиты, выход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, седьмой выход — c управляющим входом регистрирующего прибора, выход которого подключен ко второму выводу защитного резистора. источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1 ° BQpHcoB Н.А. Устройство для 40 измерения пробивного напряжения р-и переходов "Электронная техника", сер. 8, вып. 3, 1977, с. 80-83. 2. Костычев Г.И. Явление. пробоя в тонких слоях.ИОП-структур, "Элект45.ронная промышленность", 1971, 9 1 c. 80-81 (прототип), 958986 J7 Составитель Ю. Брызгалов Редактор Л. Авраменко Техред Л.Пекарь Корректор А. ференц Заказ 7009/б1 Тираж 717 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
