Способ измерения характеристик мдп-структур и устройство для его реализации

(23) Приоритет Опубликовано 300580, Бюллетень М 2 20 Дата опубликования описания 3005,80 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(71) Заявители Каунасский политехнический институт им.Антанаса Снечкуса и Институт физики полупроводников АН Литовской ССР(54) СПОСОБИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК МДП-СТРУКТУР И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИИзобретение относится к областиизмерительной техники, к разделуизмерений. параметров полупроводниковых приборов со структурой металлдиэлектрик-полупроводник (МДП).Известны способы измерения характеристик МДП-структур, заключающиесяв подаче на МДП-структуру напряжениясмещения и измерительного сигнала,а также регистрации 1 изменения вовремени параметров измерительногосигнала,Способы осуществляются устройствами измерения характеристик МДП структур, содержащие МДП-структуру, источник напряжения смещения, источник измерительного сигнала и анализатор.Недостатком известных способов 2 О является отсутствие возможности одновременного измерения как реактивной (емкости), так и активной (йроводимости) составляющих полного импеданса МДП-структуры и ограничен-, ное быстродействие, Это,. напримвр, не позволяет испольэовать известные способы при измерении характеристик пробоя МДП-структур короткими СВЧ" импульсами, длительностью 0,01-1 мкс,ЗО 2Прототипом предлагаемого способаявляется известный способ, заклю-чающийся в подаче,на МДП-структурунапряжения смещения и измерительногосигнала, а также регистрации изменения во времеви параметра измерительного сигнала, Устройство для рвализации способа содержит РтЦП-структуру, помещенную в волновод, к которому подключен генератор импульсовСВЧ-частот, источник напряжениясмещения, источник измерительногосигнала и анализатор,Данные способы и устройство имеютнедостатки, которые заключаются в малом быстродействии, следствием чегоявляется низкая точность измерения.Цель изобретения - обеспечениевозможности одновременного измерения емкости и проводимости МДП-структуры, а также повщаение точностиизмерения,Поставленная цель достигается тем,что одновременно с облучением МДПструктуры СВЧ-импульсным электромагнитным полем, .на нее подают переменные напряжения двух различных частотц 2, и ш, удовлетворяющих условиющ,са с (и, где Озо - несущая частотаСВЧ ймпульсов, а в качестве инфор-.-мщионных параметров йспольэуют амлитуды сигналов каждой частоты,выделенных из общего спектра результирующего сигнала на МДП-структуре.В устройстве поставленная цельдостигается тем, что источник иэмери.тельного сигнала выполнен в виде ге нератора тока двух разнесенных почастоте гармонических колебаний, анализатор выполнен в виде двух параллельных приемников однополосной амплитудной модуляции, причем междуточкой соединенйя МДП-структуры систочником измерительного сигналаи входом анализатора введен полосовой фильтр, соединенный последовательно с устройстдом автокомпенсациистационарных составляющих измеритель ного сигнала, который связан с генератором измерительного сигнала,На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для осуществления способа; на Фиг, 2 - спектро-.граммы, поясняющие его работу,Устройство содержит МДП-структуру 1, помещенную в волновод 2, ккоторому подключен генератор 3 имПульсов СВЧ, источник 4 напряжениясмешения и источник 5 измерительногосигнала.Источник 5 измерительного сйгналасодержит два параллельных генерато ра б и 7 токов двух разнесенныхпочастоте гармонических колебаний-Генераторы 6 и 7 соединены с сумматором 8, выход которого подключен: Другой электрод МДП-структуры 1 соединен с корпусом волновода 2, К выходусумматора через полосовой фильтр 9подкЛючен компенсатор 10 стационар;ных составляющих измерительных сиг- фйалов, Компенсатор 10 выполнен, на.пример, в виде двух параллельныхканйлов, сбдержащих сумматоры 11 и12, охваченные цепями автоматической регулировки амплитуды и Фазы 45сигнала компенсации, состоящими изседективных усилителей разностныхсигйалов 13, 14 и регулируемых аттенюаторов-фазоврашателей 15, 16К выходаМ компенсатсра 10 подключен 5 Оанализатор 17 измерительного сигнала, который выполнен в. виде двухпараллельных приемников 18 и 19 од нополосной амплитудной модуляции,"связанныхс генераторами 6 и 7 соответствйнно, причем выходы 20, 21приемников 18 и 19 являются выходамиустройства,Устройство работает следующимобразом, В стационарном режиме, когда СВЧ-импульсов от генератора 3 не 60поступает (или в паузах между импульсами) к МДП-структуре 1 приложены синусоидальные напряжения двухчастот щ и ш , поступающие с выходасумматора 8, На фиг. 2 схематически 65 показаны огибающие Ц,(о)спектров сигналов (кривые а, а" , б и в) навходе фильтра 9 и частотные зависимости коэффициентов затухания р (Ш)Фильтра 9 (кривая г), приемника 18(кривая д) и приемника 19 (кривая е),В стационарном режиме на входефильтра 9 действуют только две спектральные компоненты с частотами щ ищ, Амплитуды и Фазы этих компонентопределяются стационарными величинами импеданса МДП-структуры 1 начастотах щ, и оз, В компенсаторе 10с помощью инерционной автоматическойподстройки амплитуд и фаз сигналов,подаваемых с соответствующих генераторов б и 7 на регулируемые аттенюаторы-Фазовращатели 15 и 16, производится компенсация комПонент щ иШ в спектре информационного сигнала(Фиг. 2), Этим обеспечена независимость метрологических характеристикустройства от стационарных составляющих измеряемых компонентов импеданса МДП-структуры 1,В нестационарном режиме, при поступлении СВЧ-импульсов от генератора, в результате разогрева носителейзаряда в полупроводнике и диэлектрике, последовательные емкость и проводимость МДП-структуры 1 изменяютсявплоть,до пробоя диэлектрика илиподложки, При этом на входе Фильтра9 появляется весь спектр СВЧ-импульсов (кривая а, Фиг, 2) и спектр видеосигнала (кривая а, фиг. 2) в результате нелинейной зависимости импеданса МДП-структуры 1 от мощностиСВЧ-импульсов, В предложенном устройстве установленощ о 3, . При этомна частоте ю, получается информацияо последовательной динамической емкости, а на частоте щ - о последовательной проводимостй МДП-структуры. Частота щ установлена выше граничной частоты спектра видеосигнала,а частота оз - ниже граничной частогты спектра СВЧ-импульсов (Фиг, 2),Реально несущая частота СВЧ-импульсов устанавливается выше 10 МГц,Пробой МДП-структуры наступает привоздействии СВЧ-импульсом, длительностью .порядка 1 мкс, При этом эффек,тивная ширина спектра видеосигналаимеетпорядок 10 МГц, а ширинаспектра СВЧ импульса - порядка 1 МГц.Следовательно, вреальных условияхнеравенство оз)оо, выполняется строго,Полосовой Фильтр 9 обеспечиваетчастичное подавление мешающих сигналов (фнг,2, г), Полезные сигналы, несущие информацию об изменении вовремени последовательной емкостиМДП-структуры 1 (огибающая спектраэтого сигнала в , кривая б на фиг, 2)и его последовательной проводимостисом, выделяются соответственно приемниками 18 и 19, детектируются синхронными детекторами и поступают навыходные зажимы 20 и 21 устройстйа.При использовании однополосных приемников 18 и 19 в устройстве дляосуществления способа обеспеченамаксимально достигаемая ширйна диапазонов передаваемых частот двухнезависимых каналов измерения,обеспечивающих воэможность раздельной регистрации быстропротекающихпроцессов, вызывающих изменение емкости и последовательной проводимости МДП-структуры. Например, прииспользовании приемников 18 и 19с полосой 40 МГц по промежуточнойчастоте, длительность собственногопереходного процесса устройства пообоим каналам имеет порядок 10 нс,что существенно превышает быстродействие известных устройств, Следо-.вательно обеспечено .уменьшение динамической погрешности измерений иувеличена точност-.,Применение способа измерения характеристик МДП-структур и устройства для его осуществления, вследствиеобспеченной возможности одновремен.ного измерения емкости и проводимости МДП-структуры, а также увеличения быстродействия, позволяет получить новую инФормацию о быстропротекающих злектрофиэических процессах в МДП-структурах, позволяетпроводить их динамическое йсследование в ранее недостижимом диапазонедлительностей переходных процессов,обеспечивает повышение точности измерений,Использование изобретения позволитпостроить быстродействующие контрольно-измерительные установки измерениянестационарныххарактеристик МДПструктур, предйазначенные для научных исследований и технологическогоконтроля,Формула изобретения1, Способ измерения характеристикМДП-структур, заключающийся в подачена МДП-структуру напряжения смещенияи,измерительного сигнала, а такжерегистрации изменения во времени параметров измерительного сигнала, о тл и ч аю щ ий с я,тем, что, с цельюодновременного измерения емкости и 30проводимости МДП-структур а такжеповышенияточности измерений, одноФвременно с облучением МДП-структурыСВЧ-импульсным электромагнитным полем,на нее подают переменные напряжениядвух различных частоты, и м, удов летворяющих условию м,(щуко , гдец) - несущая частота СВЧ-.импульсов,а в качестве инФормациойных параметров используют амплитуду сигналакаждой частоты, выделенных иэ общего спектра результирующего сигналана МДП-структуре. 2. Устройство для реализации,:спбсоба по п.1, содержащее МДП-струкр 5 туру, помещенную в волновод, к которому подключен генератор импульсовСВЧ, источник напряжения смещения,источник измерительного сигнала ианализатор, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что источник измерительного сигнала выполнен в виде генератора тока двух разнесенных по частоте гармонических колебаний, анализаторвыполнен в виде двух параллельныхприемников однополосной амплитудноймодуляции, причем между точкой соединения МДП-структуры с источником измерительного сигнала и входом анализатора введен полосовой Фильтрсоединенный последовательно с40 устройством автокомпенсации стационарных составляющих измери-тельного сигнала, которой свя-занс генераторомф измерительногосигнала,/5 илиал ЛПППатент, г, Ужгород, ул. Проектна Т ИИПИ по д 5, Уо аж 1019 .сударственного ам изобретений ва, Ж, Раую Подписноекомитета СССРи открытийкая наб., д,