Устройство для регистрации вольтфарадных характеристик

Союз Советскик Социалистических Республик(22) Заявлено 2 70 477 (2 24 81482/18-25 С 01 Н 31/26 С 01 Н 27/2 б с присоединением заявки Ио Государственный комитет СССР по лелам изобретений и открытий,2 (0888) 3 публ "ко-"вио 2 50 4.79, Боллетеиь о 15 Дата опубликования описания 50479 С,Ш,Балт янский, В,В.Зверева, Е,Н.Кузнецов,С,Е,Лях, А,Г,Рыжевский, С.М;Фельдберг, Б.В,Цыпини К,Н,Чернецов Пензенский политехнический институт и Пензенский ФилиалВсесоюзного научно-исследовательского институтаприборостроения(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ВОЛЬТ-,ФАРАДННХ ХАРАКТЕРИСТИКИзобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для проведения контроля качества полупроводниковых структур, например МДП-структур, в процессе производства.Иэнестны устройства для измерения и регистрации вольт-Фарадных характеристик, Они основаны на использовании как импульсно, так и высокочастотных 3 гармонических сигналов.Одно из известных устройств, основанное на использовании импульсного метода измерения емкостей МДП-струк 1 С тур,содержит генератор, счетчик, блок 5 управления измерения.ли и телетайп с перфоратором 11 .Исследуемая структура включается в контур генератора и при поступлении последовательности илпульсон напря;2 О ния на нее от блока управлвния измерениями происходит изменение частоты генератора, которая измеряется с помощью счетчика, После обработки пока-., заний счетчика в блоке управления из-7 мерениями производится регистрация значений емкости с помощью телетайпа и перфоратора, Устройство отличается сложностью построения узлов и невысокой точностью. 3 О Второе иэ известных устройств для измерения и регистрации вольт-фарадных характеристик содержит генератор высокой частоты (генератор гармонического сигнала), генератор пилообразного напряжения фаэовращатель, Формирователь прямоугольного опорного напрякения, усилитель, Фазочунствительный детектор и днухкоординатный самописец 121 .На исследуемую ИДП-структуру одно" нременно подаются сигналы с нысокочастотного генератора и с генератора пилообразного напряжения. Комплексный ток, протекающий через структуру,. зависит от ее емкости и проводимости, которые изменяются под действием пилообразного напряжения, Сигнал, пропорциональный комплексному току, после усиления поступает на первый нход Фазочувствительного детектора, На второй его вход подается прямоугольное опорное напряжение, сформированное из сигнала фаэовращателя. С помощью переключателя с фазонращателя можно получить сигнал с Фазоным сдвигом 0оили 90 относительно сигнала высокочастотного генератора. Благодаря зтсму на выходе фазочувстнительного дет.,ктора происходит кнадратурное раз 658508деление сигналов, пропорциональныхемкости или проводимости структуры изависящих от пилообразного напряжения,которые регистрируются самописцем.Это устройство обладает более широкими функциональными воэможностями, однако имеет невысокую точность измерения параметров низкодобротных структур из-эа влияния пилообразного напряжения смещения на работу усилителя.Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является (Оустройство, которое содержит генератор синусоидального напряжения, источник смещения, усилитель, ко входукоторого подключен образцовый резистор, а выход через выпрямитель соеди-(5нен с вертикальным входом самописца.,горизонтальный вход которого подключен к источнику смещения. Объект измерения и образцовое сопротивление образуют емкостно-омический делитель длясинусоидального напряжения )31,Недостатком известного устройстварегистрации вольт-фарадных характеристик является низкая точность измерения емкости МДП-структур с невысокой25добротностью из-эа влияния активнойсоставляющей проводимости утечки структуры на результаты измерений, Крометого, на результатах измерений, особенно на невысоких частотах синусоидального напряжения сказывается влия- З 0ние пилообразного напряжения источника смещения на работу усилителя.Целью изобретения является повышение точности,Поставленная цель достигается тем, 35что устройство снабжено инвертором,регулируемым сопротивлением, вторымусилителем, сумматором, Фильтром нижних частот, управляемым делителем напряжения и тремя образцовыми конденса торами, причем выход генератора синусоидального напряжения соединен с первыми входами управляемого делителя напряжения, индикатора синфазности исумматора, выход источника смещениясоединен со вторым входом сумматора,а также через инвертор и регулируемое сопротивление - со входом второго усилителя, к которому через объектизмерения подключен выход сумматора,при этом выход первого усилителя соединен со вторым входом индикатора синфазности, выход которого подключен ковторому входу управляемого делителянапряжения, выход упранляемого .делите.ля напряжения соединен с упомянутымобразцовым резистором, первый и второй образцовые конденсаторы включенысоответственно в целях обратной снязи первого и второго усилителей, авыход второго усилителя одновременно 60соединен через третий образцовый конденсатор со нходом первого усилителяи через фильтр нижних частот - с управляющим входом регулируемого сопротивления,На чертеже представлена функциональная схема устройстна,. выполненная согласно данному изобретению.Устройство содержит генератор синусоидального напряжения 1, объект измерения 2, источник смещения 3, управляемый делитель напряжения 4, образцовое сопротивление 5 (В ), усилитель б, выпрямитель 7, самописец 8, индикатор синфазнос; 9, иннертор 10, второй усилитель 11, образцовые конденсаторы 12 (С( ), 13 (С), 14 (С), сумматор 15, Фильтр нижних частот 16 регулируемое сопротивление 17.Эквивалентная схема объекта измерения 2 представляет сооой параллельно соединенные емкость контура (Сх ) 18, и проводимость утечки 19 (1/В),Устройство работает следующим образом.К объекту измерения 2 прикладывает ся через сумматор 15 сумма линейно изменяющегося напряжения смещения от источника 3 и синусоидального напряжения требуемой частоты от генератора 1, Для исключения влияния напряжения смещения на режим усилителя 11 по постоянному току в схему включены фильтр нижних частот 1 б,регулируемое сопротивление 17 и иннертор 10.На со,противления 17 подается инвертирован ное напряжение смещения. Поступающая с фильтра 16 постоянная составляющая выходного напряжения усилителя 11 рег лирует величину сопротивления 17 так, чтобы постоянное напряжение на выходе усилителя 11, а, следовательно, и на его входе поддерживалось равным нулю.С выхода усилителя 11 сигнал, пропорциональный комплексной пронодимости объекта измерения, поступает через образцовый конденсатор 13 на вход усилителя 6. Для исключения на выходе усилителя 6 составляющей сигнала, про порциональной проводимости утечки 19(1/В) объекта измерения, усилитель б охвачен цепью обратной связи, состоящей иэ образцового конденсатора 1 образцового сопротивления 5, индикатора синфазности 9 и управляемого делителя напряжения 4, Индикатор синфаз ности 9 сравнивает фазы напряжений генератора 1 и выходного с усилителя 6 и регулирует коэффициент передачи управляемого делителя напряжения 4 до достижения равенства фаз, что соответствует условию равенства нулю составляющей сигнала, зависящей от проводимости утечки объекта измерения, на выходе у.-илителя б.Напряжение с выхода усилителя б, пропорциональное емкости 18 ( С) объекта измерения, детектируется выпрямителем 7 и подается на вертикальный вход самописца 8, на горизонтальный вход которого подается напряжение смещения от источника 3.Напряжение на выходе управляемого делителя напряжения 4 при этом про658508 Формула изобретения пь Ю.Врыз андрейко оставит ехред О оворректор И,Муск Редактор А,йбрамо ж 108 твенн Тир ИИПИ Государ по делам иэо сква, Ж, Заказ 2050/4 Подписно о комитета СССР и открытий набд.4 /5 бретенк Раушска 11303 илиал ППП Патент, г.ужгород, ул,Проектна порционально проводимости утечки 19(1/В ) объекта измерен я,Испытания данного устройства показали, что в нем погрешность измеренияемкости уменьшена в 3 раза, т.е, онообеспечивает повышение точности измерения, Кроме того, существенно расширен 5диапазон измеряемых емкостей, чтопозволяет использовать устройство дляконтрсля МДП - структур различных площадей,Устройство для регистр .ции вольтфарадных характеристик, содержащее генератор синусоидального напряжения, источник смещенкя, усилитель, ко входу которого подключен образцовый резистор, а выход через выпрямитель соединен с вертккальнил входом самописца, гори"0 зонтальный вход которого подключен к источнику смещения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повь.шения точности, оно снабжено инвертором, регулируемым сопротивлением, вторым усилителем, сумматором, фильтром нижних25 частот, управляемым делителем напряжения и тремя образцовыми конденсаторами, причем выход генератора синусоидального напряжения соединен с первыми входами управляемого делителя напряжения, индикатора синфаэности и сумматора, выход источника смещения соединен со вторым входом сумматора, а также через инвертор к регулир; емое сопротквление - со входом второго усилкте"ля, к которому через объект измеренияподключен выход сумматора, при этомвыход первого усилителя соединен совторым вхоом индикатора синфаэностк,выход которого подключен ко второмувходу управляемого делителя напряжения, выход управляемого делителя напряжения соединен с упомянутьм образцовым резистором, первый к второй образцовые конденсаторы включены соответственно в цечях обратной связипервого и второго усилителей, а выходвторого усилителя одновременно соединен через третий образцовый,конденса"тор со входом первого усилителя и через фильтр нижних частот - с управляющим входом регулируемого сопротивленкя. Источники информацки, принятые вовнимание при экспертизе1, Новый импульсныйния емкостей МОП - структур в зависимости от напряжения и времени,фПркборы для научных исследований,1976,т.47, УЗ, с.69-73,2, Попов В,И Лактюшккн О,Н,фУстановка для исследования плотносткповерхностных состояний МБП - структур, Физкка полупроводников и микроэлектроника (Межвузовский сборник)Вып.2, Рязань, 1976, с,110 в 1.3. Концевой Ю,Л Кудин В.Д,Методы контроля технологии производства полупроводниковых приборов,М Знергия, 1973, с,48.