Устройство для исследования процессов релаксации емкости полупроводниковых диодов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 9) 31 26 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ г коммутадами пе ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(71 ) Институт полупроводников АН УССР (72) И,Б. Пузин и А.И. Хорунжий (53) 621.382 (088.8)(56) Пузин И,Б, Установка для исследования параметров дефектов кристаллической решетки в полупроводниковых диодных структурах емкостным мето" дом. - ПТЭ, 1983, У 4, с. 155-157.Вге 1 епя 1 ехп О. У, сарас 1 апсе Ме 1 ег о 1 Нх 8 Ь аЬяо 1 оее ЯепяхС 1 чду ЯцаЫе Гог Ясаппщ Р 1 ТЯ арр 1 хса 1- оп. РЬуя. ЯСа 1. Яо 1. (а), т, 71, В 1, с. 159-167, 1982.(54 )(57 )УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ РЕЛАКСАЦИИ ЕМКОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ, содержащее измеритель емкости, источник отрицательного постоянного напряжения, две клеммы для подключения исследуемого диода, первая клемма для подключения которого соединена с первым входом блока коммутации, второй вход котороо подключен к выходу источника положительного постоянного напряжения, а третий и четвертый входы блока коммутации соединены соответственно с первым и вторым выходами блока управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия измерений блок коммутации выполнен в виде трех электронных ключей и резистора, причем первый вход блокации соединен с первыми .выворвого и второго электронных ключей, второй вывод первого элект. - ронного ключа соединен соответственно с выходом блока коммутации и через последовательно соединенные резистор и третий электронный ключ подключен к общей шине, второй вывод второго электронного ключа соединен с вторым входом блока коммутации, пя. тый вход которого подключен к третьему выходу блока управления, а третий, четвертыйи пятый входы блока коммутации соединены соответственно с управляющими входами первого, второго и третьего ключей, выход блока коммутации соединен с первым входом измерителя емкости, второй вход кото- Е рого подключен к выходу источника отрицательного постоянного напряжения, при этом измеритель емкости выполнен в виде измерительного контура и 2 Т-моста, вход которого соединен с е выходом измерительного контура, первый вход которого соединен с первым входом измерителя емкости, а второй вход измерительного контура соединен с вторым входом измерителя емкости, при этом измерительный кон" тур выполнен в виде переменного конденсатора, параллельно которому подключены последовательно соединенные индуктивность и конденсатор, точка соединения которых подключена к второму"входу измерительного контура, а точка соединения конденсаторов контура подключена к общей шине, с которой также соединена вторая клемма для подключения исследуемого диода.Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано на производстве для технологического контроля выпускаемых полупроводниковых приборов р-и-переходов, диодов Шоттки, ВЩП-структур и т.п., в науке - в полупроводниковом материаловедении, в исследовательских лабораториях и особенно эффективно в составе РЬТ 8 -спектрометров.Цель изобретения - повышение быстродействия измерений емкостей полупроводниковых диодов путем уменьшения времени затухания собственных колебаний в измерительном контуре, возникающих после подачи импульса инжекции на исследуемый полупроводниковый диод, за счет отключения этого диода от измерительного контура на время подачи импульса инжекции и последующего шунтирования контура сопротивлением после повторного подключения диода к контуру после окончания импульса инжекции, для обеспечения минимального времени,затухания собственных колебаний в контуре,На фиг. 1 представлена блок-схема поясняющая работу устройства для исследования процессов релаксации емкости. полупроводниковых диодов; на фиг. 2 - временная диаграмма, по,ясняющая работу устройства; на фиг. 3 - пример выполнения блока уп-. павления. Предлагаемое устройство содержит измеритель 1 емкости, источник 2 отрицательного постоянного напряжения, две клеммы З,и 4 для подключения исследуемого полупроводникового диода, первая клемма 3 для подключения которого соединена с первым входом блока 5 коммутации, второй вход которого подключен к источнику 6 положительного постоянного напряжения, а третий и четвертый входы блока 5 коммутации соединены соответ ственно с первым и вторым выходами блока 7 управления, Блок 5 коммута-. ции выполнен в виде трех электронных ключей 8-10 и резистора 11. Причем первый вход блока 5 коммутации соединен с первыми выводами первого 8 и второго 9 электронных ключей,второй вывод первого электронного ключа 8 соединен с выходом блока 5 коммутации и через последовательно соединенные резистор 11 и третий элект-.ронный ключ 1 О подключен к общей шинеВторой вывод второго электронногоключа 9 соединен с вторым входом блока 5 коммутации, третий вход которого .соединен с управляющими входамисоответственно первого 8, второго 9и третьего 10 электронного ключей.Выход блока 5 коммутации соединен спервым входом измерителя 1 емкости,1 О второй вход. которого подключен к выходу источника 2 отрицательного постоянного напряжения. Измеритель 1 емкости выполнен в виде измерительного контура 12 и 2 Т моста 13, вход которого соединен свыходом измерительного контура 12,первый вход которого соединен с первым входом измерителя 1 емкости, авторой вход измерительного контура12 соединен с вторым входом измерителя 1 емкости. При этом измерительный контур 12 выполнен в виде .пере 15 20 менного измерительного конденсатора 14, параллельно которому подключены последовательно соединенные индуктивность 15 и конденсатор 16, точка соединения которых подключена к второму входу измерительного контура 1, а точка соединения конденсаторов 14 и 16 контура подключена к общей шине, с которой также соединена вторая клемма 4 для подключения исследуемого диода.Блок 7 управления (фиг,З) выполнен в виде трех 17-19 генераторов. Первый выход первого генератора 17 соединен с входами второго 18 и третьего 19 генераторов, Выходы первого17, второго 18 и третьего 19 генераторов соединены соответственно с пер.вым, вторым и третьим выходами блока7 управления. Три одинаковых генератора импульсных сигналов, например,типа Г 5-72, засинхронизированы междусобой. Импульсы синхронизации первого генератора, который работает вавтоматическом режиме, управляют работой второго и третьего генераторов. Так как в каждом из генераторовимеются встроенные блоки регулируемой задержки, то это позволяет реализовать последовательность импульсовуправления ключами 8 - 10 блока коммутации,Устройство работает следующим образом,40 45 5055 25 ЗО 35 Испытуемый диод подключают к соответствующим клеммам 3 и 4 для подключения исследуемого полупроводникового диода. Работа моста в динамическом режиме осуществляется коммутацией ключей в соответствии с временными диаграммами (фиг. 2) и происходит следующим образом. Размыканием ключа 8 исследуемый полупроводниковый прибор отключается от 2 Т-моста 13. При этом конденсаторы 14 и 16 остаются под тем же постоянным потенциалом 0, мо по высокой чатоте баланс моста нарушается. Через время Т .замыкается ключ 8 и на исследуемый полупроводниковый прибор в течение времени с, подается постоянное положительное напряжение 02, т.е. импульс инжекции, который заполняют соответствующие глубокие уровни электронами или дырками. Это приводит к изменению зарядового состояния этих уровней и, как следствие к изменению величины емкости исследуемого образца. Затем ключ 9 размы-. кается и через время Т 2 опять замыкается ключ 8. Наличие ключей 8 и 9 позволяет обойтись без запирания (на время подачи импульса инжекции) усилителя, стоящего на выходе 2 Т- моста (не показано), Одновременно с замыканием ключа 8 замыкается ключ 10, подключающий на время Тз резистор 11 соответствующей величины к контуру ЬС (15,14). В результате добротность контура резко падает и амплитуда собственных колебаний, возникших в нем вследствие перепада напряжений на емкостях исследуемого диода и конденсатора 14 после окончания импульса инжекцни, успевает настолько уменьшиться за время Тз, что становится возможным наблюдение релаксации исследуемой емкости.Теоретический расчет показывает, что при работе предлагаемого измерителя на частоте 28 МГц (как н у известного устройства) н прн наличии высокодобротной катушки индуктивносЬОмкГн можно было бь нс следовать полупроводниковые приборы С 00 пф с минимальной длительностью процесса релаксации емкости Г-8мин " "-3,6.10 с уже через время Т =а 53,6,10 с с приблизительно такой же точностью, как и у известного устройства. Однако практическая реализация электронных ключей, способных обеспечить такое быстродействие,представляет собой очень сложнуютехническую задачу, Тем не менее,используя принципы, изложенные приописании предлагаемого устройства,можно исследовать более. быстрые, чему известного устройства, процессырелаксации емкости полупроводниковых приборов и через значительноболее короткие промежутки времени 10 после окончания импульса инжекции. Для проверки работы измерителя вдинамическом режиме в качестве ключей 8-10 использовались герконовые 15 реле типа РЭС 55 Б, РС 4, 569.630. Навыходе 2 Т-моста 13 применялся специально разработанный высокочастотный усилитель, собранный на полевыхтранзисторах КПБ чувствитель 20 ностью 420 нВ (4,2 1 О В), ширина полосы которого на частоте 1 ОМГц была100 кГц, Импульсы управления ключами8-10 подавались, с частотой 40 Гц оттрех синхронизированных импульсных 25 генераторов типа Г 5-48 или же специально разработанного счетчика натриггерах. При этом были полученыследующие результаты: минимальнаядлительность импульсов инжекции, 30 которую удалось получить посредством герконовых реле, была порядка60 мкс (6 10 с), а минимальный фронтсигнала релаксации емкости оказалсяравным 10 мкс. Здесь следует отметить два обстоятельства: 1-быстродействие измерителя, в случае приме"нения системы ключей 8-10 и предложенного способа их коммутации, определяется лишь параметрами элементов, 40 входящих в схему 2 Т-моста и не зависит от параметров исследуемогополупроводникового прибора; 2 - воз"можно, что даже герконовые реле могут обеспечить более быстрый, чем 45 10 мкс, спад сигнала релаксации емкости, так как полученное значениевремени релаксации определяется нестолько параметрами реле, сколькошириной полосы пропускания ВЧ-усилителя (100 кГЦ) стоящего на Выходе измерителя емкости. Однако формирование ключами на основе герконовыхреле импульсов инжекции с длительностями порядка 1 мкс и ниже не представляется реальным, Здесь необходимо испольэовать только быстродействующие электронные ключи.1196784 Составитель Т. ИвановаТехред Л,Мартяшова Корректор Г.Решетн кин ак Заказ 7559/43ВНИИПИ Г сно 11303 лиал ППП "Патент, г, Ужгород, ул. Проектн Т осударствен ам изобрете Москва, Жраж 747 Поого комитета СССРий и открытийРаушская наб д. доокммуеа- и