Устройство для измерения концентрации примесей в полупроводниках

Союз Советских оциаписткческих РеснубпикИДЕТ ЕДЬСТВ ВТОРСКО 61) Дополнительное к авт. сеид-ву6.80 (21) 2935288/182)Заявлено присоелиненнем заявки оударспкииый коките 3) Приорите З) УДК 621.382ублкковано 30, 0 ч . 82, бюллетеньата опубликования описания 30.0 Ь елаи изобретеи открытий) Заявитель восибирский государственный ун им. Ленинского комсомола тет 5 Й) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИ ПРИМЕСЕЙ В ПОЛУПРОВОДНИКАХение относ ельной тех ьзовано дл нцентрации лупроводни о ах пла тся к к ике и мо Изобре но-измери быть испо профиля к месей в и нтролжетенияих прукту"енках тока, задатчик опорног логарифмический усилит тель, переменный кондеНедостатком известнва является низкая точ ния, обусловленная тем димая для измерения ра тота получается с испо преобразования, в кана сопри этом ее подавление лителе затруднено, а т иэ-за использования ли торов величина отношен шум в канале измерения лЦель изобретенияыости измерения концент сей. определегируоцовых стинах, и ля определей в полупровыи и вто астоты, генеилитель, десмещения и е точ риме" овыш рдци достигаетсяо для измеренияй в полупроводрвый избирательй избирательныйилитель, соедирах - приб р , ст ли т,д.Известно устройство дния концентрации примесеводниках, содержащее перрой генераторы высокой чратор низкой частоты, устектор, фильтрт задатчикусилитель 11,Недостатком известного устройствявляется низкаяточность измерения.Наиболее близким .к предлагаемомуявляет ся устройство для определенияконцентрации примесей в полупроводнках, содержащее первый и второй избирательные усилители, усилитель,резистор, первый и второй высокочастотные генераторы, линейные детекторы, фильт р, усилитель постоянного Поставленная целтем, что в устройвтконцентрации примесниках, содержащее иный усилитель, второусилитель, первый у о напряжения,ль, вычитансатор 21.го уст ройст"ость измеречто необхоностная часьэованиеме измеренияво втором усикже тем, чтоейных детек"я сигнал- недостаточ924634 1 а 30 3ненный первым входом через первый резистор с выходом первого генератора, выходом с входом второго усилителя, вторым входом через фильтр с выходом усилителя постоянного тока, соединенного первымвходом с выходом задатцика опорного напряжения, логарифмицеский усилитель, соединенный выходом и входом с первым и вторым выходами устройства, первые выходы второго усилителя соединены с первыми выводами испытуемого полупроводника, переменного конденсатора соответственно и выходом задат чика смещения, вычитатель, соединенный первым й вторым входами с вторым и первым выходами первого и второго генераторов соответственно, введены переключатель, дешифратор, индикатор, блок конденсаторов, повторитель, второй резистор, блок деления, первый, второй, третий и четвертый синхронные детекторы, соединенные первыми входами с третьим выходом первого генератора, первый выход повторителя соединен с входом первого избирательного усилителя, второй выход - с первым входом второго избирательного усилителя, вход - с вторыми выводами испытуемого полупроводника и переменного конденсатора и первым входом переключателя, соединенного выходом с входом блока конденсатора и входом дешифратора, первый выход которого соединен с вхо 35 дом индикатора, второй выход - с вторым входом второго избирательного усилителя, соединенного выходом с первым входом блока деления, второй вход которого соединен с вторым вхо 40 дом первого усилителя, выход - с первым входом третьего синхронного детектора, соединенного выходом с входом логарифмического усилителя, вторым входом .с выходом выцитателя,45 выходом первый синхронный детектор соединен со вторым входом усилителя постоянного тока, первым входом - с выходом первого избирательного усилителя и вторым входом - с вторым входом второго синхронного детектора, соединенного выходом с третьим выходом устройства, четвертый выход которого соединен с выходом четвертого синхронного детектора, соединенного вторым входом с вторым выходом второго усилителя, выход второго генератора через второй резистор соединен с первым входом первого усилителя. 4На чертеже приведена блок-схемаустройства,Устройство содержит первый 1 ивторой 2 генераторы высокой частоты,первый 3 и второй 4 усилители, задатцик 5 смещения испытуемый полупроводник 6, переменный конденсатор 7, повторитель 8, первый избирательный усилитель 9, первый синхрон.ный детектор 10, усилитель 11 постоянного тока, фильтр 12, второй синхронный детектор 13, второй избирательный усилитель 14, блок 15 деления, 1 ретий синхронный детектор 16,логарифмический усилитель 17, четвертый синхронный детектор 18, выцитатель 19, переключатель 20, дешифратор 21, индикатор 22, блок 23 конденсаторов, первый 24 и второй 25 резисторы, задатчик 26 опорного напряжения.Устройство работает следующиМ образом.Высокочастотный сигнал Г от генератора 1 церез развязывающий резистор 24 поступает на вход усилителя 3, куда поступает также высокочастотный сигнал частотой Г от ге-,нератора 2. С выхода усилителя 3усиленный суммарный сигнал поступает на вход усилителя 4, который подавляет комбинационную частоту Г,-Г,возникающую в усилителе 3, и разде.ляет частоты Г, и Г так, что наконденсатор 7 и на вход синхронногодетектора 18 поступает сигнал с частотой Г а на испытуемый полупроводник 6 - суммарный сигнал частотойГ +Г 1. Конденсатор 7 компенсируетток утечки, текущий через паразитнуюемкость испытуемого полупроводника 6для того, чтобы сигнал на входе повторителя 8 был пропорционален только емкости (С) объединенного слояполупроводника б. Сигналы с частотой Ги Г, проходя через полупроводник 6, выделяются на малом реактивном сопротивлении блока 23 конденса 1 оров, переклюцаемых переключателем 20 в зависимости от измеряемой емкости полупроводника б.Сигналы Ги Гпоступают на входповторителя 8, с выхода которогосигнал через измерительный усилитель 9, выделяющий частоту Г , поступает на входы синхронных детекторов 10 и 13. Опорный сигнал поступает на них от генератора 2 счасто 1 ой Г, Детектор 13 настроен(4)4т.е. обратно пропорционально добротности исследуемого полупроводника,и выводится на измерительный прибори вертикальный вход самописца, чтопозволяет снять зависимость О (Х).При прохождении сигналов с частотами Г ., и Г,1 через полупроводник 6они смешиваются на нелинейной емкости образца и на малом реактивном сопротивлении блока 23 выделяется наЯпряжение Ч- М " - ф М Х (5)Сгде 1 = Г- Г,Й - концентрация примесей. 5 9246на сигнал проводимости, т.е. на выходе его регистрируют сигнал, пропорциональный проводимости С испытуемого полупроводника 6. Сигнал,пропорциональный емкости С полупроподника 6, поступает с детектора 10на вход усилителя 11 постоянноготока, на второй вход которого поступает опорный сигнал с задатчика 26, Разностный сигнал усиливает 1 оусилитель 11 и через ВС-фильтр 12подает его на вход усилителя 3,Обозначим амплитудные значениянапряжения сигнала на выходе усилителя 4 через Ч, на выходе синхронного детектора 10 - Ч , на выходесинхронного детектора 13 - Ч , тогдаоЧС=Ч С д (1Чг,=ЧС,, (2)где с - некоторый коэффициент пропорциональности.Отрицательная обратнаэ связь с выхода. детектора 1 О через блоки 1 О и12 поддерживает напряжение Ч с тоц- дностью 13 при изменении емкостиполупроводника не более, цем в 10 раэ(3)1С ЭОт.е. напряжение на выходе усилителя 4, поступающее на полупроводник 6, обратно пропорционально емкости и, следовательно, прямо пропорционально расстоянию Х (глубине).Это напряжение поступает на синхронный детектор 18, детектируется,подается на стрелоцный прибор и нагоризонтальную развертку (Х) двухкоординатного самописца.На выходе синхронного детектора13 из формул (3) и (2) напряжение 34 6Через повторитель 8 сигнал Г поступает на вход избирательного усилителя 14 через фильтр на его входе, подавляоций частоты Г и 1 поступает на блок 15 деления. Блок 15 вырабатывает на выходе сигнал, пропорциональный отношению сигналов на его входах. На один его вход поступает сигнал с выхода филь 1 ра 12, величина которого определяется по формуле (1), а на другой вход - сигнал, определенный иэ формулы (5), и на его выходе будет напряжениеМ ЧС М СССт.е. на выходе блока 15 деления сигнал пропорционален концентрации при" месей в полупроводнике, Сигнал с выхода блока 15 поступает на синхронный детектор 16, на который поступает опорный сигнал от вычитателя 19. На выходе вычитателя 19 выделяет сигнал разностной частотыСигнал с выхода детектора 16 поступает на логарифмический усилитель 17. Сигналы с выходов усилителя 17 и синхронного детектора 16 поступают на стрелоцный прибор (или цифровой) и на вертикальный вход У двухкоординатного самописца.Переключатель 20 диапазона выдает управляющий сигнал, который поступает на шкалу индикатора 22 через дешифратор 21, сигнал с которого управляет шкалой индикатора 22, показывающей с 1 тепень измеряемой концентрации (10- 10 ), соответствующую полному отклонению стрелки прибора. Дешифратор 21 вырабатывает управляющий сигнал, который поступает на из" бирательный усилитель 14, изменяя усиление его в 10 раз при изменении диапазона (шкалы) измерений.Таким образом, соединение выхода генератора 2 с входом усилителя 3 позволяет без преобразований в канале измерения концентрации получить частоту Г Э щ 11 - Г,1, оптимальноудобную для дальнейших преобразований, упрощает схему подавления час" соты Г Э в выходном устройстве и т,д., позволяет ввести переключатель 20 пределов диапазонов на измеряемой глубине (емкости) обедненного слоя полупроводникового образца. Включе-. ние переключателя диапазонов по глу". бине Х с положением "Калибровка" вцепь обратной связи позволяет измен,ть ток, текущий через образец, те. ртутным зондом одного диаметра вести измерения всего динамического диапазона по измеряемой концентрации и глубине, исключить ошибку, возникающую при измерении образцов с емкостью, меяьшей ЗПФ.Введение детектора 16 и 18 в цепи измерения концентрации и глубины позволяет увеличить линейность детекторов, увеличить соотношение сигнал - шум, т.е. повысить точность измерений.Введение детектора 10 в цепи обратной связи с опорным сигналом от высокочастотного генератора 1 исключает ошибку, возникающую на выходе линейного детектора известного устройстваа, которьй реагирует на комплексную составляющую тока через образец. Э го позволяет измерять концентрацию примесей в полупроводниках с низкой добротностью без дополнительных погрешностей.Введение блоков 21 и 22 и связи с блока 21 на избирательный усилитель 1 ч позволяет получать истинное значение концентрации Й независимо от положения переключателя 20 диапазонов по глубине и изменения уси ления в измерительном тракте кон" центрации, а это исключает работу с эталонным образцом по градуиров. ке снятой зависимости концентрации от глубины М(Х) что упрощает работу с устройст вом. Формула изобретенияпроводника, переменного конденсаторасоответственно и выходом эадатчикасмещения, вычитатель, соединенныйпервым и вторым входами с вторым ипервым выходами первого и второго генераторов соответственно, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в устройство введены переключатель, де О шифратор, индикатор, блок конденса- ч торов, повторитель, второи резистор,блок деления, первый, второй, третий и четвертый синхронные детекторы, соединенные первыми входами с третьим выходом первого генератора, первый выход повторителя соединен с 15 входом первого избирательного усилителя, второй выход - с первым входом второго избирательного усилите 20 ля, вход - с вторыми выводами испытуемого полупроводника и переменного конденсатора и первым входом переключателя, соединенного выходом свходом блока конденсатора и входомдешифратора, первый выход которогосоединен с входом индикатора, второй выход - с вторым входом второго избирательного усилителя, соединенного выходом с первым входом блока нен с вторым входом первого усилителя, выход - с первым входом третьего синхронного детектора, соединенного выходом с входом логарифмического усилителя, вторым входомс выходом вычитателя, выходом первый синхронный детектор соединен свторым входом усилителя постоянного тока, первым входом - с выходом первого избирательного усилителя и втоЗо деления, второй вход которого соеди Устройство для измерения концентрации примесей в полупроводниках, , содержащее первый избирательный уси" литель, второй избирательный усилитель, первый усилитель, соединенный первым входом через первый резистор с выходом первого генератора, выходом с входом второго усилителя, вторым входом через фильтр с выходом усилителя постоянного тока, соединен О ного первым входом с выходом задатчика опорного напряжения, логарифмический усилитель, соединенный выходом и входом с первым и вторым выходами устройства, первые выходы второго усилителя соединены соответственно с первыми выводами испытуемого полу рым входом - с вторым входом второго синхронного детектора, соединенного выходом с третьим выходом устройстваа, четвертый выход которого соединен с выходом четвертого синхронного детектора, соединенного вторым входом с вторым выходом второго усилителя, выход второго генераторач через второи резистор соединен с пер.вым входом первого усилителя. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе