Устройство для измерения вольт-фарадных характеристик

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскинСоциалистическихРеспублик(23) П риорнтет Гееуаарстааннмй ннмнтнт СССРОпубликовано 28 02,83, Бюллетень 8 йе фалам наабратакнй н нткрмтнй(088,8) Дата опубликования описания 28.02,83 В.В.Лелявин, Ю,Н,Михеев, А,А.Мельников, Н.В.Морозов, Е,П,Осадчий, В,И,Рябинин, Т.Н,Рыжова, К,Н.%Фенов, .,"и С,М,Фельцберг )ьч Пензенский политехнический институт и Пензенский.филйал . Всесоюзного научно-исследовательского технолбгйФФскогеинститута приборостроения(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВОЛЬТ-ФАРАДНЫХ ХА РА КТЕ РИСТИК1Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для проведении контроля качества полупроводниковых и МДП-структур в процессе их производства,Известно устройство для контроля полупроводниковых приборов, которое содержит генератор синусоидального напряжения, источник смещения, образцовое сопротивление, усилитель, выпрямитель и самописец 111Объект измерения (МДП-структура) и образцовое сопротивление образуют емкостно-омический делитель для синусоидального напряжения. Напряжение на выходе выпрямителя пропорционально значению импеданса измеряемого объекта при условии, что значение образцового сопротивления много меньше значения импеданса исследуемого объекта., Сложность вы полнения данного условия в широком диапазоне измерения параметров исследуемого объекта существенно снижает точность измерения. 2Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения вольтфарадных характеристик, содержащее первый сумматорпервый вход которого соединен с выходом источника смещения и первым входом регистрирующего блока, а . торой вход подключен к генератору тест-сигнала и через переменный конденсатор к выходу переключателя, выход первого сумматора соединен с одной клеммой для подключения испытуемого прибора, а его другая клемма соединена с входом пер вого операционного усилителя, первым выходом переключателя и первой обкладкой первого образцового конденсатЬра, вторая обкладка которого подключена к входу выпрямителя, выход которого соединен с вторым входом регистрирующего блока 2 .К недостаткам данного устройства относится низкая точность измерения за счет наличия погрешности статизма, вызванной конечностью коэффициента усиления усилителя. Эта погрешнос гь пропорциональна величине 1/ К , где К - коэб3 100фициент усиления усилителя, а 3 - коэффициент передачи цепи обратной связи,Так какв каждом диапазоне меняетсяв единицы-десятки раз, а эс ( при использовании тест-сигнала, меняющегося в широком диапазоне частот) невелико, то погрешность устройства достаточно велика(до десятков процентов).Цель изобретения - повышение точности измерения,1 ОПоставленная пель достигается тем,что в устройство для измерения вольтфарадных характеристик, содержащее первый сумматор, первый вход которого сое;динен с выходом источника смещения и,первым входом регистрирующего блока,второй вход сумматора подключен к генератору тест-сигнала и через перемен -ный конденсатор к выходу переключателя,выход первого сумматора соединен с одной клеммой для подключения испытуемого прибора, а его другая клемма соединена с входом первого операционногоусилителя, первым выходом переключателя и первой обкладкой первого образцового конденсатора, вторая обкладка которого подключена к входу выпрямителя,выход которого соединен с вторым входом регистрирующего блока, введены второй операционный усилитель, второй образцовый конденсатор и второй сумматор,причем вход второго операционного усилителя соединен с вторым выходом переключателя и первой обкладкой второго образцового конденсатора, вторая обкладкакоторого соединена с выходом второгооперационного усилителя и первым вхо дом второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого операционного усилителя, а выход - к входу выпрямителя. На чертеже представлена структурнаясхема предлагаемого устройстваУстройство содержит источник напряжения смешения, генератор 2 (синусои 45дального) тест-сигнала, сумматор 3,объект 4 измерения (С э( ), операционныйусилитель 5, образцовый конденсатор 6(Со ), выпрямитель 7, устройство 8 дляобработки ццформоции, переменный конденсотор 9 (С (с), переключатель 10,второй оцероццонньэй усилитель 11, второй образцовый конденсатор 12 (Со ) ивторой суэжотор 13.Устройство работает следующим образом,В цо эопьций момент времени переключатель 10 находится в положении 1. К 0947 4исследуемой МДП-структуре 4 прикладывается сумма синусоидального тест-сигнала Оо с выхода генератора, 2 и напряжение смещения Ом от источника 1 напряжения смещения. Напряжение ц ь(х на выходе второго сумматора 13 равнооэ доОныххОой)КК(3 К(32 где Оо =-Оо - значение напряжениятестового сигнала навыходе сумматора 3;ЕС - значение сопротивлесэния образцового конденсатора 6;7,: -- значение сопротивленияХ- рСисследуемого объекта 4измерения;- значение сопротивления переменного компенсирующего конденсатора 9; Изменяя значение переменного конденсатора 9 добиваются равенства- нулю напряжения О ьэх на выходе второго сумматора 13, При равенстве нулю напряжения Оьых значение 2 к = Е к .После этого переключатель 10 устанавливается в положение 2. Значение напряжения О 1 на выходе операционного усилителя 11 равнооО =- О - (2Е КК 3 где(эд (э=,Напряжение на выходе операционногоусилителя 5 равноО,=- (Оо, Ягде, О- О вьэ1 Ф оПоставив выражение (4) в (3), полуО 2 к "о (.(о (ээык, 7 5)из которого с учетом выражения (2) итого, что2 х"аых ("1 э эд)(эдЭ,б1000947 4после несложных преобразований получим устройства зависит ог того, какое значе+ + о хъ 2 ние компенсирующего сопротивления 2,д о "Р 2. 2 К( мы выбираем,О=-0,х 11 При этом погрешность измерения в-- каждой гочка аодаг фарадиой каракгарио 81- тики определяется в соответствии с выраПогрешность коэффициента передачи жением (7), откуда видно, что погрешвсего устройстваность измерения много меньше, чем в+ - ."1+Формула изобретенияй) .р,)Устройство для измерения вольт-йрапосле несложных преобразований и пренеб- радных характеристик, содержащее перрежения величинами второго порядка ма вый сумматор, первый вход котороголости приводится к виду соединен с выходом источника смещения Источники информации,принятые во вниманпе прц экспертизе1. Концевой Ю. Ь., Кудин В. Д. Методы контроля технологии производстваполупроводниковых приборов. М., Энергия", 1973, с. 262, Близин В, И. и пр. Прибор для измерения и регистрации вольт-фарадныххарактеристик полупроводниковых структур, -"Приборы и системы управления",1978, Мо,7 й с, 23прото тип) . 1 ОУчитывая, что Еа = 2 о х = 2 к,выражение (8) приобретает видДКР15т. е. погрешность передачи всего устройсва определяется погрешностью сумматора13, сниженной в К й раз.Напряжение О рй выпрямляется блоком7 и регистрируется с помощью самопис 30ца 8,Иалее, переводя переключатель 10 вположение 1, изменяют напряжение смешения на выходе генератора 1 смешений.При этом изменяется значение сопротивлеиия Е Х исследуемой структуры 4.Изме- З 5няя значение сопротивления компенсирующего конденсатора 9 ( ЕК), добиваютсяравенства его новому значению сопротивления исследуемого объекта 2" описант 2ным выше образом. После достичения ра- овенства Е= Е х переводят переключатель 10 в положение 2 и фиксируют с помощью самописца 8 новое значение Ойьхпропорциональное значению 2 х , Повторяяэти измерения, записывают по точкам 45вольт-фарадную характеристику исследуемой структуры, При этом погрешность посравнению с устройством-прототипомуменьшается в Краз,При воздействии на исследуемый 50объект пилообразного напряжения смещения, когда значение компенсирующего сопротивления выбирается один раз, значениепогрешности коэффициента передачи всего и первым входом регистрирующего блока,а второй вход подклкгчен к генераторутест-сигнала и через переменный конденсатор к выходу переключателя, выходпервого сумматора соединен с однойклеммой для подключения испытуемого,прибора, а его другая клемма соединенас входом первого операционного усилителя, первым выходом переключателя и первой обкладкой первого образцового конденсатора, вторая обкладка которого под-ключена к входу выпрямителя, выход которого соединен с вторым входом регистрирующего блока, о т л и ч а ю ы е е с ятем, что, с целью повышения точностиизмерения, в него введены второй операционный усилитель, второй образцовыйконденсатор и второй сумматор, причемвход второго операционного усилителясоединен с вторым выходом переключателя и первой обкладкой второго образцового конденсатора, вторая обкладкакоторого соединена с выходом второгооперационного усилителя и первым входомвторого сумматора, второй вход которогоподключен к выходу первого операционного усилителя, а выход - к входу выпрямителя,1000947 Составитель Н, ШияновРедактор А, Лежнина Техред А,Бабинеп Корректор Зак тная, 4 ППП Патент", г. Уагород и ираж 708арственного к изобретений ва, Ж, Р 378/48 Т ВНИИПИ Госуд по делам 113035,МоскПодписноемитета СССРи открытийушская наб., д, 4/