Зондирующее устройство

(5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ СВИДЕТЕЛЪСТВ ОР К рметровом ди1 ил. оне частот. 1 з.п.ф-лы,Фю 1 21) 4867498/21 (22) 30.07,90 (46) 23,07.92 Бюл, М 27 (71) Научно-исследовательский институт физических проблем им. Ф.В.Лукина 72) А.Д,Антонюк, А.Г.Дьяченко, Э,А.Ильичев и В,А.Скорик (56) Амальская Р,М, и др. Бесконтактное выявление свилр-дефектов в монокристаллических кремниевых пластинах. Электронная техника. Сер,8. Управление качеством, стандартизация, метрология, испытания, 1988, вып, 4, с. 46 - 48,Воггедо .М., Войга Я ччапд М.Я., Рега) Р, Моп-сезтгцстче дагК гезз 1 чту ргойпд и Я- Оа Аз цзпд и)сгоааче гейесбоп/Ргосееспдз о 1 йе 5 Й СопГегепз оп Яеп)- и ырра( йд -Ч Матега 3 з, Ма 3 л)о, Явес 3 еп, 1988, р; 521-524, 54) ЗОНДИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО 57) Использование: исследование свойств . полупроводниковых и светочувствительныхматериалов при одновременном подведении в фиксированную точку исследуемого объекта как миллиметрового, так и оптического излучения и снятйя отклика от объекта на зти сигналы, Сущность изобретения: зондирующее устройство содержит источник миллиметрового излучения, источник оптического излучения, приемно-передающую антенну, развязывающее устройство, направленный ответвитель, детекторы и падающий и отраженной мощности, волновод 2, световод 4 с соответствующими связями. Чувствительность зондирующего устройства повышается зэ счет выполнения приемно-передающей ацтенны из диэлектрического волновода 1 с излучающей поверхность о, перпендикуфт. лярной оси волновода, в виде двухслой ного световода, размещенного в оболочке из диэлектрика с высокой диз- (Л лект ической проницаемастью в миллиновода перпендикулярная его оси.10 Предлагаемое устройство выполняет 20 Изобретение относится к электроннойтехнике и может быть использовано при исследовании свойств полупроводниковых исветочувствительных материалов, а также вдругих областях науки и техники, где требу, ется одновременное подведение в фиксированную точку исследуемого объекта какмиллиметрового ММ), так и оптического. излучения и снятия отклика от объекта на этисигналы.Известно зондирующее устройство, состОящее иэ двух лазеров, инфракрасного иоптического диапазонов, системы фокусировки излучений в Фиксированную точку ндповерхности исследуемого объекта и детекторов, регистрируащих уровень мощностиотраженного или прошедшего инфракрасного излучения, Это устройство громоздко,так как включает систему.юстировкй, которая обеспечивает совмещение падения излученияот двух источников в одну точку, т.е.совмещение центров распределения интенсивностй этих излучений в точке йадения.Другим недостатком устройства являетсявозможность нарушения юстировки и фокусировки ввиду тепловых уходов в процессепроведения измерений,Известно зондирующее устройство, содержащде малогабаритный диод Ганна, вкачестве источника зондирующего ММ излучения, систему металлических волноводов, направляющих это излучение,миллиметровую антенну рупорного типа,подводящую излучение к фиксированнойточке исследуемого объекта и принимающую отраженный сигнал, СВЧ-детекторы,регистрирующие величину падающего и отраженного ММ излучения, а также лазерныйсветодиод, а качестве источника возбуждающего оптического излучейия, и систему 4фокусировки его излучения в области падения на обьект ММ излучения, Недостаткомустройства является низкая точность измерения параметров исследуемого объекта,связанная с трудностью совмещения иэлучений двух источников в одной точи на поверхности исследуемого образца.возрастающая ввиду сложности визуализации этих излучений и увеличения областираспределения их интенсивности на поверхности объекта в силуслабой направленности источников, В результате наличиясистемы юстировки это устройство полностью не решает задачи минимизации размеров и улучшения надежности по сравнениюс известным устройством,С целью устранения укаэанных недостаткой; а именно уменьшения размеровустройства, улучшения точности и надежности измерения параметров исследуемого обьекта, приемно-передающая миллиметровая антенна выполнена из диэлектрического волновода, состоящего из двухслойного световода, размещенного в оболочке из диэлектрика с высокой диэлектрической проницаемостью в миллиметровом диапазоне частот, причем излучающей частью антенны является поверхность волфункцию аналога и прототипа, а именно подводит ММ и оптическое излучение в фиксированную точку исследуемого объекта со строгим выполнением требования совпадения центров распределения интенсивностей этих излучений в этой точке и одновременно принимает отраженный миллиметровый сигнал, При укаэанном выполнении приемно-передающей антенны достигается значительное уменьшение размеров зондирУющего устройства, так как становятся ненужными системы фокусировки и совмещенйя оптического и ММ излучения в фиксированной точке на поверхности исследуемого объекта. Операция совмещения осуществляется автоматически эа счет конструктивного исполнения устройства, в котором зондирующее ММ излучение и возбуждающее оптическое излучение падают на исследуемый обьект из одной точки, Погрешность совмещения центров распределений ММ и оптического излучений на поверхности исследуемого обьекта определяется точностью совмещения осей световода и ДВ при изготовлении предлагаемого зондирующего устройства, Перенос стадии юстировки устройства с момента подготовки к измерениям на процесс его производства обеспечивает повышение надежности и устраняет температурный дрейф метрологических параметров устройства при измерениях,Размеры областей распределения интенсивности ММ и оптического излучений на поверхности исследуемого объекта зависят от дифракционных параметров излучателя и расстояния между ним и объектом. При использовании антенны из ДВ, у которой излучающей поверхностью является поверхность среза волновода перпендикулярного его оси, ММ излучатель можно сколь угодно близко подвести к исследуемому объекту и для расстояния порядка поперечного размера используемого ДВ размер области распределения интенсивности ММ излучения на поверхности образца будет ограничен величиной порядка длины волны зондирующего излучения в воздухе,Размер области распределения интенсивности возбуждающего оптического излучения на поверхности объекта определяется расстоянием торца световода до образца и углом расхождения свето- вого потока, зависящего от диаметра центральной части двухслойного световода. Соотношение размеров областей распределения интенсивности ММ и оптического излучений зависит от положения среза световода относительно торца, окружающей его диэлектрической оболочки, образующей ДВ. При введении в предлагаемое зондирующее, устройство механической системы перемещения световода относительно окружающей диэлектрической оболочки обеспечивается регулировка размеров светового пятна в пределах от размера центральной жилы световода до размеров, превышающих область ММ облучения на исследуемом образце.Изменение положения исследуемой области на объекте при использовании предлагаемого зондирующего устройства может производиться как за счет перемещения исследуемого объекта, так й посредством перемещения самого устройства, что обеспечено его компактность о.Предлагаемая конструкция также позволяет значительно расширить диапазон частотной перестройки зондирующего излучения без потери функциональных качеств устройства.На чертеже изображено зондирующее устройство,Зондирующее устройство включает источник ММ излучения - диод Ганна. источник оптического излучения - лазерный светодиод, диэлектрический волновод 1 (ДВ), выполняющий функцию приемно-передающей антенны. К ДВ 1 от источника через невэаимное раэвяэывающее устройство и направленный отоетвитель с детекторами падающей и,отраженной мощности по металлическому волноводу 2 подается ММ излучение, В волновод 2 через отверстие 3 вводится световод 4, по которому от источника распространяется оптической излучение, причем световод на отдельном участке охвачен микраметрическиги винтом 5, вращением которого можно изменять длину участка световода, введенного в металлический волновод и являющегося частью ДВ 1. ДВ состоит из двухслойного световода 4 с центральной жилой б и оболочки 7, охватывающей световод со всех сторон. Часть ДВ 1 со стороны подключения диода Ганна выполнена со скосом имеет переменное сечение), что обеспечивает согласование ДВ и . металлического волновода в широком час 10 перпендикулярный его оси, однако положе 20 поверхности образца,Для конкретного случая, измерения локального распределения фоточуостоительности полупроводниковой структуры, 35 предложенное зондирующее устройство ра 40 50 25 30 тотном диапазоне ММ излучения. С этой стороны ДВ также осуществляется его связь со световодом 10.Положение ДВ 1 и световода 4 относительно стенок волновода фйксируется диэлектрическими вставками 8 с малой диэлектрической йроницаемостью (например, пористый пенопласт илй фторопласт). Противоположный конец ДВ имеет срез ние торца световода (его центральной жилы 6) может меняться по отношению к срезу оболочки 7 за счет перемещения световода при помощи микрометрйческого вйнта 5. Излучение от ММ источника посредством ДВ 1 подается на поверхность исследуемого образца 9, часть отраженного от поверхности сигнала поступает в ДВ, который служит приемной антенной ММ излучения, и направляется к детектору. Для уменьшения влияния на отракенный сигнал различных переотражейий к флэнцу волновода 2 прикреплен специальный поглотитель 10. Расстояние между ДВ и образцом регулируется за счет перемещения всего устройства, а зазор междусоетооодом и образцом дополнительно может изменяться путем перемещения соетовода с помощью приспособления, что обеепечиоает регулировку размеров светового пятна на ботает следующим образом. На образец посредством зондирующего устройства подается одновременно непрерывный сигнал ММ излучения и модулированный сигнал оптического излучения. В полупроводнике при падении на него оптиче ского излучения генерируется плазма неравновесных носителей заряда, плотность которой пропорциональна фоточувствительности (о частном случае,времени жизни неравновесных носителей заряда). Величина отраженного ММ сигнала пропорциональна плотности носителей заряда на поверхности образца и поэтому на детектор отраженного.сигнала поступает модулированный ММ сигнал, который методами синхронного детектирооания усиливается и по его величине вычисляется фотачувствительность в фиксированной точке полупроводникавойструктуры. Далее перемещая либо само зондирующее устоойство, либообразец относительно устройства снимается распределение фоточувствительности по площадиобразца,1749838 Составитель А, ДьяченкоТехред М.Моргентал Корректор В, Гирняк Редактор М. Бланар Заказ 2594 Тираж . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 03035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101 В предложенном практическом варианте зондирующего устройства при расчете на работу с излучением диапазона 4 мм использовались стандартные металлйческие валноводы сечения 3,6 х 1,8 мм, ДВ сече-.гния 1,0 х 1,0 ммг изготовлялись из полуизолирующего арсенида галлия, а двухслойный световод с диаметром 80 мкм оставлялся в прямоугольное отверстие в центре ДВ, сделанйое путем выпиливания в арсенидгаллиевых стержнях сечения 1,0 х 0,5 мм борозд сечения 100 х 50 мкм и склеивания двух таких структур в волновод. Длина ДВ выбиралась порядка 40 мм, длина согласующего скоса порядка 10 мм,С целью дополнительного повышения точности и локальйости измерений, проводимых при помощи предлагаемого устройства, целесообразно изготавливать ДВ из одномодового световода, окружейного керамикой типа окиси титана бария (я - 90),Предлагаемое зондирующее устройство целесообразноиспользовать при реализации способов бесконтактнь 1 х йзмерений времени жизни неравновесных носителей заряда, характеристик глубоких уровней .и поверхностных состояний в полупроводниковых структурах.Введение этого устройства в измерительные схемы прйводит к уменьшению размеров и повышению надежности работы метрологической аппаратуры, что позволяет использовать их в технологических системахдля контроля качества проводимйх операций, в том числе непосредственно встраивая в технологическое оборудование, За счет повышения точности измерений, связанных с повышением уровня чувстви тельности при локальныхизмерениях припомощи предлагаемого устройства можно значительно расширить класс контролируемых параметров и типы исследуемых полупроводниковых структур.10 Формула изобретения1, Зондирующее устройство содержащее источник зондирующего излучения миллиметрового диапазона и источник возбуждающего оптического излучения, опти чески связанные с приемно-передающейантенной; о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения габаритов и повышения точности и надежности измерений параметров обьектов за счет автоматического со 1 20 вмещения излучений в фиксированнойточке исследуемого объекта, приемно-передающая миллиметровай антенна выполнена. из диэлектрического волновода с излучаю- щЕй поверхностью, перпендикулярной оси 25 волновода, в виде двухслойного световода,размещенного в оболочке из диэлектрика с высокой диэлектрической проницаемостью в миллиметровом диапазоне частот.2,Устройство поп.1, отл ича ю ще е с я тем, что, с целью повышения чувствительности, оно снабжено элементом перемещения световода, размещенным на волноводе приемно-передающей антенны.