Измеритель характеристик диодной структуры

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоцналмстнческмкреспублик и 938170(5 )М, Кл,С 01 К 17/10 3 Ъоударстакней коинтет СССР ао долам нзобретеннй н открытий" -Ъ Ордена Трудового Красного Знамени институт физики полупроводников АН Литовской ССР(5 Й) ИЗМЕРИТЕЛЬ ХАРАКТЕРИСТИК ДИОДНОЙСТРУКТУРЫ 3Изобретение относится к электроизмерительной технике и может бытьиспоЛьзовано для измерения электрических характеристик полупроводниковых структур, содержащих потенциальный барьер,Известен измеритель характеристикдиодной структуры, выполненный в виде симметричного моста, в диагональпитания которого включен источникимпульсного напряжения сложной формы.Она представляет собой три импульса,два из которых сдвинуты относительнодруг друга и наложены на третийпрямоугольныи импульс 3 1 1.Недостатком указанного устройства является то, цто при его помощинельзя определить зависимости параметров эквивалентной схемы исследуемой структуры от частоты переменного 20напряжения.Наиболее близким техническим ре,шением является измерительный мост,содержащий клеммы в плече измерения 2для подключения испытуемого объекта, два переменных резистора и переменный конденсатор, включенных в плечо сравнения по трехэлементной эквивалент". ной схеме полупроводникового диода, два резистора в плечах отношения, осциллограф с дифференциальным входом в диагонали индикации и источник импульсов напряжения сложной формы в диагонали питания. Электрический сигнал. на выходе этого источника имеет форму двух прямоугольных импульсов, которые наложены друг на друга. Вершина верхнего импульса при этом модулирована синусоидой23,Характеристики, которые можно измерить при помощи данного моста, содержат сравнительно мало информации о глубоких примесных центрах в полупроводнике, из которого изготовлена исследуемая структура. Из них,. например, нельзя получить данных о вероятности заполнения этих уровней, о коэффициентах захвата ими30 40 3 93317носителей заряда, а при наличии двухтипов центров (донорных и акцептор-,ных) также и об их энергии активации. Такую информацию в принципеможно получить, исследуя изменениево времени барьерной емкости структуры при темновой перезарядке глубоких примесных центров, происходящей при переключении структуры отпрямого ро обратного напряжения, Од онако, для осуществления этого способа измерения известное устройствоможет быть применено только в томслучве, когда время релаксации барьерной емкости при переключении намного больше времени, необходимогодля уравновешивания моста,Цель изобретения - расширениедиапазона измерения.Эта цель достигается тем, что измеритель, выполненный в виде симметричного моста и содержащий клеммы для подключения испытуемой струк.туры в плечо измерения, два переменных резистора и перемен25ный конденсатор, включенных в плечо сравнения по трехэлементной эквивалентной схеме полупроводникового диода, два резистора в плечахотношения, осциллограф с дифференциальным входом в диагонали индикации и источник импульсов напряжения сложной формы, состоящий издвух генераторов прямоугольных импульсов напряжения смещения и уравновешивания, источника переменного З 5Ънапряжения уравновешивания, двухсумматоров, ограничителя и блокасдвинутых импульсов запуска, снабжен источником напряжения возбуждения , вторым блоком сдвинутыхимпульсов запуска, двухканальнымкоммутатором с блоком коммутирующего напряжения, выход которого подключен к диагонали питания моста,а к его различным входам подключеныисточники напряжения сложной формыи напряжения возбуждения, входзапуска последнего соединен с одним из выходов второго блока сдвинутых импульсов запуска, к второму выходу которого подключен блоккоммутирующего напряжения и первыйблок сдвинутых импульсов запуска.На чертеже представлена блок схема измерителя характеристик диод.ной структуры,Измеритель содержит переменныерезисторы 1 и 2, переменный конден 0 4сатор 3, резисторы 4 и 5, измеряемую диодную структуру 6,генераторы 7 и 8 импульсов напряжения смещения и уравновешивания, соответственно, источник 9 переменного напряжения уравновешивания , сумматоры 10 и 11, ограничитель 12, блоки 13 и 14 сдвинутых импульсов запуска, источник 15 напряжения возбуждения, двухканальный коммутатор 16, блок 17 коммутирующего напряжения, двухлучевой осциллограф 18 с дифференциальным входом.Резисторы 1 и 2 и конденсатор 3 в плече сравнения моста включены по трехэлементной эквивалентной схеме исследуемой структуры 6, включенной в плечо измерения, Резисторы 4 и 5 включены в различные плечи отношения моста, Генератор 8 и источник 9 через различные каналы сумматора 10 и ограничитель 12 соединены с одним из входов сумматора 11, к другому входу которого подключен генератор 7, Входы запуска генераторов 7 и 8 соединены с раэлич. ными выходами блока 13 сдвинутых импульсов запуска. В диагональ питания моста включен коммутатор 16 с блоком 17 коммутирующего напряжения. К различным входам коммутатора 16 подключены сумматор 11 и источник 15 напряжения возбуждения. Вход запуска пос. леднего соединен с одним иэ выходов блока 14 сдвинутых импульсов. К друго му выходу этого блока подключены блоки 13 и 17 сдвинутых импульсов и коммутирующего напряжения соответствен но, Один из каналов вертикального отклонения луча осциллографа 18 включен в диагональ индикации моста, а другой подключен к выходу коммутато-, ра 16.При помощи генератора 8, источника 9, сумматора 10 и ограничителя 12 Формируется напряжение уравновешивания, представляющее собой прямоугольный импульс напряжения с вершиной, модулированной переменным сигналом. Это напряжение при помощи сумматора 11 суммируется с импульсомЪнапряжения смещеЬия, поступающим от генеоатооа 7, Залеожка между импульсами запуска на выходе блока 13 и тем самым моменты запуска генераторов 7 и 8 подбираются таким образом, что на выходе сумматора 1 1 импульс уравновешивания, наложенный на импульсе смещения, был бы сдвинут по отношению начала последнего на интервал времени не меньше продолжительности переходных процессов уравновешенного . моста, Длительности уравновешивания и смещения при этом подбираются такими, что первая иэ них была бы не меньше продолжительности указанных переходных процессов, а вторая - не меньше суммы длительности импульса уравновешивания и его задержки.В исходном состоянии коммутатор 16 пропускает на диагональ питания моста сигнал, поступающий от источника напряжения возбуждения 15, который запускается основным импульсом напряжения, генерируемого блоком 111. Задержанным импульсом с второго выхода этого блока запускается блок 13 сдвинутых импульсов и одновременно блок коммутирующего напряжения 17, который переключает каналы коммутатора 16. В результате прекращается воздействие на исследуемую структуру возбуждающего напряжения и на диагональ питания моста поступает импульс. напряжения, состоящий из напяжений смещения и уравновешивания.1 осле уменьшения напряжения на выходе блока 17 до нуля коммутатор 16 возвращается в исходное состояние и описанный процесс повторяется снацала. Таким образом, на диагональ питания моста попеременно поступают импульс напряжения возбуждения структуры и импульс напряжения сложной формы, включающий в себе напряжения смещения исследуемого объекта и уравновешивания моста.Цель изобретения достигается за счет подачи на диагональ питания моста возбуждающего и измерительного напряжений, что обеспечивает в период одного процесса уравновешивания моста многократное возбуждение исследуемой структуры и тем самым периодическое восстановление его моментного исследуемого состояния в течение всей продолжительности процесса измерения барьерной емкости и остальных двух активных составляющих эквивалентной схемы исследуемой структуры.Уравновещивание моста производят следующим образом.Регулированием резистора 1 на экране осциллографа 18 вершину импульса уравновешивания совмещают с вершиной импульса смещения. Регули 5 1 О 15 20 25 30 рованием резистора 2 и конденсатора 3 сводят синусоиду на экране осциллографа к прямой линии. Эти операции в указанном порядке повторяют до полного баланса моста (практически 2-3 раза), Значения составляющих эквивалентной схемы исследуемой структуры отсчитывают по значениям элементов плеча сравнения,умноженным на коэффициент отношения,. Величину аргумента (время) при исследовании релаксации параметров эквивалентной схемы диодной структуры определяют по длительности задержки между импульсами возбуждения и уравновешивания.Предлагаемый измеритель обеспечивает возможность провести более широкий, по сравнению с Известным,круг исследований, а именно дополнительно измерять релаксацию барьерной емкости после воздействия напряжения возбуждения в пропускном направлении, что дает возможность получить больше информации о глубоких примесных центрах в области приконтактного объемного заряда. Из совокупности измеренных характеристик можно определить такие параметры глубоких центров, как их концентпация, энергия активации, вероятность заполнения соотношение коэффициентов захвата дырок и электронов сечение захвата носителей за 55 РЯДаПредлагаемое устройство обеспечи.вает возможность провести вышеуказанные исследования при продолжительности процесса перезарядки глубоких центров порядка секунд и долисекунд, т,е. при практически на 3-11порядка меньшей продолжительности,чем известный измеритель, что позволяет провести исследования при 45, более высоких температурах, например комнатных. Это в свою очередьдает возможность избегать усложненийэксперимента которые связаны принизких температурах с заполнениемпримесных центров, ионизированных 50в нормальных условиях.Кроме того, предлагаемое устройство дает возможность более точнои надежно измерять стационарныевольтфарадные характеристики послевоздействия ионизирующего поля.Это достигается тем, что при различных напряжениях смещения поддержива.ется одинаковая степень возбуждения8170 8новешивания, двух сумматоров, ограничителя и блока сдвинутых импульсовзапуска, о т л и ч а ю щ и й с яЬтем, что, с целью расширения диапаЗ зона измерения, в него введены источник напряжения возбуждения, второйблок сдвинутых импульсов запуска идвухканальный коммутатор с блокомкоммутирующего напряжения, выходО которого подключен к диагонали пита.ния моста, а к его различным входам подключены источники напряжения сложнои формы и напряжения возбуждения, вход запуска последнего соеди 5 нен с одним из выходов второго блокасдвинутых импульсов запуска, к второму выходу которого подключен блоккоммутирующего напряжения и первыйблок сдвинутых импульсов запуска.ро Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРй 344367, кл. 0 О 1 й 2702, 9702. Авторское свидетельство СССР2 з Й 244503, кл.,б 01 К 17/1 О, 1967(прототип),Измеритель характеристик диодной структуры в виде симметричного моста, содержащий клеммы для подключения испытуемой структуры в плечо измерения, два переменных резистора и переменный конденсатор, включенных в плечо сравнения по трехэлементной эквивалентной схеме полупроводниково. го диода, два резистора в плечах отношения, осциллограф с дифференциальным входом в диагонали индикации и источник импульсов напряжения слож" ной формы, состоящий из двух генераторов прямоугольных импульсов напряжения смещения и уравновешивания, источника переменного напряжения урав НИИПИ Заказ 4452/6Тираж 717 Подписное глубоких уровней, которая в своюочередь достигается благодаря вышеупомянутому попеременному поступлению импульса напряжения возбужденияпостоянной амплитуды и напряженияпитания моста,формула изобретения илиал ППП "Патент",Ужгород,ул.Проектная,4