Устройство измерения электрофизических характеристик полупроводников

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советскик, Социанистическия Республик К АВТОРСКРМУ СВИ ИТЕЛЬСТВУ полиительиое к авт, саид-ву -3)М. Кл 22) Заявлен присоедине 912 79 (21)ем заявки йо 875/18-2 С 01 Р 31 дарственный комите СССР деяам изобретений и открытий. Рагаускас и Р. З.Шлит нечкуса Каунасский политехнический инстит(71) Заяви УСТРОЙСТВО ИЗИЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУПРОВОДНИКОВвысокихомехи потокаслучайнаячительно 20 Изобретение относится к полупро-: водниковой технике и может быть использовано для исследования электро- физических характеристик полупровод никовых материалов в процессе их технологической обработки.Известно устройство для измерения электрофизических характеристик полупроводников, имеющее клеммы для крепления исследуемого полупроводникового образца, источник постоянного магнитного поля, источник света, и выходное устройство, регистрирующее ток корот кого замыкания фотомагнитного эффек-,1 3,1Недостатком устройства является- невозможность измерения электрофиэических характеристик полупроводника непосредственно в процессе ионного распыления из-за шумов ионного потока. Известно устройство для измерения электрофизических характеристик полупроводника, содержащее две клеммы . 25 для подключения исследуемого образца, одна из которых заземлена, источниК постоянного тока, подключенный к неэаземленной клемме, источник переменного магнитного поля,источник потока 30 1 ионов, уэкополосовый фильтр и регистрирующий прибор 2 .Недостатком устройства являетсято, что оно не обеспечивает возможности непосредственного измерениявеличины эффективного времени жизниносителей. тока, неработоспособно впроцессе ионного распыления, таккак при распылении ионамиэнергий уровень шумовой иионов сильно возрастает,погрешность измерения знаувеличиваетсяЦель изобретения " повышение точности и обеспечение воэможности измерения величины эффективного временижизни носителей тока в исследуемомобразце непосредственно в процессеионного растыления.Поставленная цель достигаетсятем, что устройство измерения электрфизических характеристик полупроводников, содержащее две, клеммы длясоединения с исследуемым образцом,одна из которых заземлена, а другаясоединена с источником постоянноготока, две полевые пластины, источникпостоянного магнитного поля, источник потока ионов, узкополосный фильтри цифровой регистрирующий прибор,снабжено опорным генератором гармонического напряжения, управляеььм генератором гармонического напряжения, первый и вторым смесителями, полосовйм Фильтром, усилителем с дифференциальным выходом, фазовым дискриминатором, преобразователем фпериодцифра", фазосдвигателем, блоком управления, блоком поиска и ключом, причем опорный генератор через первый вход первого смесителя, полосовой фильтр и усилитель с дифференциальным выходом соединен с полевыми пластинами, источник постоянного тока через вто-рой смеситель, узкополосный фильтр, Фазовый дискриминатор, ключ и блок управления соединен с управляющим 15 входом управляемого генератора, выход которого соединен со вторыми входами первого и второго смесителей, выход фазового дискриминатора соединен с входом блока поиска, один из выходов 30 которого соединен с управляющим входом управляемого генератора, а второй - с управляющим входом ключа, выход полосового Фильтра через преобразователь "период-цифра" соединен со входом цифрового регистрирующего прибора, выход опорного генератора через фазосдвигатель подсоединен ко второму входу Фазового дискриминатора,На чертеже представлена функциональная схема устройства измерения электрофиэических характеристик полупроводников.Устройство содержит две клеммы 1, исследуемый образец 2, две полевые пластины 3, источник 4 постоянного магнитного поля, источник 5 постоянного тока, источник б потока ионов, узкополосный фильтр 7, цифровой регистрирующий прибор 8, опорный гене ратор 9 гарманического напряжения, управляемый генератор 10 гарманичес" кого напряжения, первый и второй смесители 11 и 12, полосовой Фильтр 13, усилитель 14 с дифференциальным выходом, фазовый дискриминатор 15,преобразователь 16 "период-циФра", Фазосдвигатель 17, блок 18 управления, блок 10 поиска и ключ 20.Устройство работает следующим 5 О образом.При отсутствии потока ионов и при воздействии на испытуемый образец 2, через клеммы 1 источника питания постоянного тока 5, и взаимно ортогональных постоянного магнитного поля от источника б и переменного электрического поля через полевые пластины 3, на незаземленной клемме 1 Формируется переменное напряжение с частотой изменения переменного электри О ческого поля полевых пластин 3. Амплитуда этого напряжения выражается О = Е ) В Г (О,)4) где 1 с - коэф6фициент, зависящий от объемных и геометрических параметров исследуемого 65 образца, 1 - ток источника 5 постоянного тока, 8 6 - индукция магнитного поля создаваемого источником б постоянного магнитного поля, Ф(О,)4 ) функция амплитуды напряжения О 4, приложенного к полевым пластинам З,описывающая полевой гальваномагниторекомбинационный эффект.На полевые пластины 3 через фильтр 13 подаются переменные напряжения в противофазе с выхода усилителя 14.Частота выходного напряжения полосового фильтра 13 в,результате преобразования частоты с помощью смесителя 11 определяется Г (с) = У,(с) - Г 9 где Г (с) - частота управляемого ге 40нератора 10, 59 - частота опорного генератора 9, 1 д - граничная частота полевого гальваномагниторекомбинационного эффекта.При этом поверхностные электростатические потенциалы и скорость поверхностной рекомбинации на гранях исследуемого образца 2 под полевыми пластинами 3 изменяются по синусоидальному закону противофаэно и обеспечивается линейность функции 1(Ц 4)=сопвс О . Частота о связана с измеряемой величиной эффективного времени живинка носителей тока в образце 2 формулойГзф= 1/2 )Игде То - период. Причем частота Г определяется как частота выходного переменного напряжения исследуемого образца 2, при котором фаза этого напряжения отстает на )Г/4 относи" тельно фазы переменного напряжения с частотой Гс на полевых пластинах 3.Частота выходного напряжения исследуемого образца 2 преобразуется с помощью смесителя 12(с) -(с) = Г = опс, т,е. при изменении частоты о(с) генератора 10 и изменении частоты сигнала на полевых пластинах 3, частота Г 7 выходного сигнала уэко- полосного Фильтра 7 постоянна.Разница фаз сигнала на выходе узкополосного Фильтра 7 и выходного сигнала опорного генератора 9 определяется как ЬЧ = ЬМ+ ЬЧ)4+ЬЧа где 69- сдвиг Фазы сигнала в полосовом Фильтре 13,А%44- сдвиг фазы сигнала в усилителе 14, 6 1 - сдвиг фазы в исследуемом образце 2.Фазовый сдвиг вносимый фазосдвигателем 17 выбран из условия Ь 7 = 45 О +Ю +а 94При этом сигнал ошибки ди на выходе фазового дискриминатора 15 появляется при разности фазЬЧ выходного сигнала исследуемого образца 2 и сигнала на полевых пластинах 3отличной от )/4, т.е, Д Ф(4.При распылении потоком иойов одной грани образца 2, перпендикулярной потоку ионов, на выходе образца генерируется интенсивный шумовой сигнал. При этом устройство работаетв два режима - в режиме поиска и режиме слежения.В режиме поиска, когда 4)О,т.е. (с) 4 Го, выходным сигналомпервого выхода блока 19 поиска часота управляемого генератора 105изменяется по пилообразному закону.При этом ключ 20 разомкнут. В момент,когда э(с)Го, т.е.Я,/ х О, выходным сигналом второго выхода блока19 поиска ключ 20 замыкается и подключает выход фазового дискриминатора15 к входу блока 18 управления.Этим осуществляется автоматический переход устройства в режиМ слежения. При этом выходной сигнал блока18 управления автоматически поддерживает частоту Го управляемого генератора 10 в таких пределах, чтобыЬЧйЮ)4. При этом выходной. сигналполосового Фильтра 13 с частотойэ(е) = 1 О (й) поступает на вход пре образователя фпериод-цифра" 16, свыхода которого цифровое значениепериода Уэ(е), равное Т (й)2 ВЗФ(с) поступает на регистрирующий прибор 8.В процессе ионного распыления величинаГфф в исследуемом образце 2изменяется во времени из-за кинетических процессов дефектообразования 30и на выходе регистрирукюего устройства 8 непосредственно в процессе распыления регистрируется измеряемаявременная зависимость зфф(),Таким образом, устройство обеспечивает возможность прямого измерениявеличины эффективного времени жизниносителей тока без привлечения дополнительных теоретических расчетовнепосредственно в процессе ионного , 4 Ораспыления, а также автоматизациюизмерения временной зависимости величины эффективного времени жизни носителей тока от характеристик ионного потока.При распылении ионами высоких 45энергий на полезный сигнал на клемме1 накладывается интесивная шумоваяпомеха потока ионов. Использованиеавтослежения по Фазе и измерение величины эффективного времени жизни .носителей тока путем преобразования9 фф(с)-ФГ,(1)и поЗволяет снизитьслучайную погрешность измерения допотенциально достижимого в измерительной технике минимума, так как 55автоследящий Фазовый фильтр, которыйреализован в предлагаемом устройстве,имеет минимально достижимую шумовуюполосу пропускания,Формула изобретения Устройство измерения электрофизических характеристик полупроводников,содержащее две клемьаю для соединения с исследуемым образцом, одна изкоторых заземлена, а другая соединена с источником постоянного тока,двеполевые пластины, источник постоянного магнитного поля,источник потока ионов, узкополосный фильтр и цифровой .регистрирующий прибор, о т -л и.сГ а ю щ е е с я тем, что, сцЬлью повышения точности и обеспечения возможности измерения величиныэффективного времени жизни носителейтока в исследуемом образце непосредственно в процессе ионного распыления, оно снабжено опорным генераторомгармонического напряжения, управляемым генератором гармонического напряжения, первым и вторым смесителями, полосовым фильтром, усилителемс дифференциальным выходом, фазовымдискриминатором, преобразователем"период-цифраф, фазосдвигателем,блоком управления, блоком поиска и ключом, причем опорный генератор черезпервый вход первого смесителя, полосовой фильтр и усилитель с дифференциальным выходом соединен с полевымипластинами, источник постоянного тока через второй смеситель,узкополосный фильтр, Фазовый дискриминатор,ключ и блок управления с управляющимвходом управляемого генератора, выход которого соединен со вторыми входами первого и второго смесителей,выход фазового дискриминатора соединен с входом. блока поиска, один извыходов которого соединен с управляющим входом управляемого генератора, а второй - с управляющим входомключа, выход полосового фильтра черезпреобразователь фпериод-цифра", соединен со входом цифрового регистрирующего прибора,. выход опорного генератора через Фазосдвигатель подсоединен ко второму входу Фазового дискриминатора.Источники информации,принятые во внимание при экспертнзе1. Зуев В.А., Сачвнко А.В., Толпыго К.Б. Неравновесные приповерхностные процессы в полупроводникахи полулроводниковых приборах. фСоветское радио", 1977, с. 148.2 Авторакое свидетельство СССРпо заявке 9 2678528/18-25,от23.10.78. 60Использование устройства особенно эффективно при технологическом контроле поверхностей полупроводников подвергаемых ионному распылению, атакже при научных исследованиях поверхностных явлений в полупроводниках. Устройство может быть использовано также при электронном и фотонном распылении.873166 орректор М. Шараши 6/71 Тираж 735 ВНИИПИ Государственного .комитета по делам иэобретеиий иоткрытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб.