Устройство для измерения с-g-v характеристик мдп-структур

О П И С А Н И Е ( )юо 94 вИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУОпубликовано 28.02.83, Бюллетень8 яв девам кзфвретеккй и еткрытийДата опубликования описания 28.02.83 Ю, С. Гаевский, А. И. Мартяшин, А. В. Светлдв, В, М. Чайковский и Б, В, Цыпин(72) Авторы изобретения ШЧПензенский политехнический институт(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ С-С-Ч ХАРАКТЕРИСТИК МДП-СТРУКТУРИзобретение огносигся к контрольноизмерительной технике и можег быть использовано для осуществления контроля качества полупроводниковых структур, например МДП-структур, в процессе их5 производства.Известно устройство, в котором осушесгвляегся раздельное изменение емкости исследуемой МДП-структуры и активной проводимости утечки в широком динамическом диапазоне изменения параметров исследуемого объекта (11 Недостаток этого устройсгва невысокая точность измерения реальных параметров МДП-структур из-за использования неточной схемы замешения. Наиболее близким к предлагаемомуявляется устройство для измерения элек щтрофизических параметров МДП-структур,содержашее блок управления,источникопорного напряжения, первый сумматор,исследуемый обьекг, операционный усили 2тель, оЬразцовый конденсагор, управляемый делитель напряжения, первый ключ, вгорой сумматор, второй ключ, запоминак ший блок, нуль-орган, программируемый источник смешения, инвертор, регулируемое сопротивление, первый, вгорой и третий дополнительные ключи, дополнигельный запоминающий блок, ключ, вычига. тель напряжений, блок измерения постоянной времени, схему деления напряжений, коммутатор и самописец 21Известное устройство характеризуется недостаточной точносгью измерения, Кроме того, оно имеет в своем составе контур с положительной обрагной связью (контур компенсации влияния емкости диэлектрика С 1) что приводит к снижению устойчивости и стабильности его работы. Действие положигельнои обраэной связи приводит к усиленик неравно мерносгей амплигудно-частогной характеристики устройсгва, а меняк шнеся в процессе работы временные задир кки сигнала. в контуре обратной связц ызывают3 1000 изменение крутизны фронтов импульсных сигналов, что огражаегся на точносги измерения параметра С , определяемого по мгновенному значению напряжения на выходе операционного усилителя при помо щи ключа. Остальные параметры МДЛ- структуры также изменя 1 отся с большой погрешностью, поскольку они определяюгся с учетом измеренного значения С,Все указанные факторы привоцят к 10 снижению точности измерения параметров я щ-с 1 руктурЦель изобретения - повышение точности измерения С У характеристик М БП-структур. 5Поставленная цепь постигается тем, что в устройство пля измерения С T характеристик МДП-структур, содержащее блок управления, первый выход которого соединен с управляющим входом источ- И ника опорного напряжения, второй выход подключен к управляющему вхоцу программируемого источника смешения, выхоп которого подключен к первому входу само- писца и первой клемме пля подключения 25 исследуемого объекта, вторая клемма которого соединена с вхоцом операционного усилителя и оцной из обкладок опорного конденсатора, вторая обкладка которого поцкл 1 очена к выходу источника опорного ЗО напряжения и входу пелигеля, въпрд которого подключен к первому входу вычигателя напряжений, второй вхоц когорого соединен с выходом операционного усилителя, измеритель постоянной времени,вход которого соецинен с входом нуль, органа, а выход - с вхоцом ключа, атакже коммутагор, выход когорого подключен к второму входу самописца, введены разцелцгельный конденсатор, источник управляющего напряжения, второйделитель напрюкения, первый и вгоройпиковые детекторы, блок измерения напряжения дополнительный вычигатель напряжений,блок сравнения и фильтр нижних ичастот, причем первая обкладка разпелительного конденсатора соединена с первой клеммой для подключения исследуемого объекта, а вторая - с выходом операционного усилителя, выход вычитателя 56напряжений соецинен с вхоцами первого пикового пегектора, второго целителя,напрвкения, нуль-орган и блока измеренияпостоянной времени, выхоц первого пикового петектора соединен с первым вхоцом 55блока сравнения и первым входом коммутатора, выход второго целителя напряжения соецинен с входами второ 1 о пикового 4детектора и блока измерения напряжения, управляющий вход которого соединен с третьим выходом блока управления, а выход - с вторым входом коммутатора и первым вхоцом вгорого вьтчигагеля напряжений, второй вход которого подключен к выхоцу второго пикового детектора, управляющему входу ключа, выхоц которого через фильтр нижних частот соецинен с трегьим входом коммутатора, управляющий вхоц вгорого пикового цетектора подключен к входу первого пикового цетекгора и четвертому выходу блока управления, пятый выход которого соединен с первъм входом исгочника управляющего напряжения, второй вхоц когорого подключен к выхопу нуль-органа, а выход соединен с входом первого целителя и четвертым вхоцом коммутатора, выход дополнительного вычигателя напряжений подключен к второму входу блока сравнения, выход которого соединен с управляющим входом второго целителя. На чертеже приведена структурнаясхема предлагаемого устройства,Устройство содержиг блок 1 управления, источник 2 опорного напряжения,опорный конденсатор 3, операционныйусилитель 4, исследуемый объект К 5,программируемый исгочник 6 смешения,разделительный конпенсатор 7, вычитагель8 напряжений, первый управляемый делитель 9 напряжения, источник 10 управляющего напряжения, нуль-орган 11, первый пиковый детектор 12, второй. управляемый делитель 13 напряжения, блок14 измерения постоянной времени, второйпиковый детектор 15, блок 16 измеренияустановившегося значения напряжения,дополнительный вычитагель 17, напряжений, сравнивающее устройство 18,ключ 19, фильтр 20 нижних частот, коммутатор 21 и самописец 22.Управляющий вхоц источника 2 опорного напряжения подключен к одному иэвыходов блока 1 управления. Выход источника 2 опорного напряжения соединенчерез первый управляемый делитель 9напряжения с первым входом вьяитателя8 напряжений, а через опорный конденсатор 3 - с входом операционного усилителя4 и с одной клеммой исследуемого объекта Б, Другая клемма исследуемого объекта 5 подключена к выхоцу программируемого источника 6 смещения, а черезразделительный конденсатор 7 - к выходу операционного усилигеля 4 и второмувхопу вычитагеля 8 напряжений, выхоц1000 С+СЗ С+СБоСс Сэ й оСо ССЯ оСО фС 2 Сэ.Е Сс,е +Се обогащения,о кость С обеа настолькотруктуры драке ктрика.обогащения ходе опера 55 режиме обогащения емслоя полупровоцникчто емкость МДП-с и равна емкости циэл цовательно, в режиме эС напряжение на вь го усилителя 4 ненного в жим тическ Н 4вления источяженияпоцает. го управляемо при Сдион По ник 10 на упра манце блока упрауправляющего нап вляюший вход пер которого соецинен с вхопами первого пикового детектора 12, второго управляемого делителя 13 напряжения, нуль-органа 11 и блока 14 измерения постоянной времени, Выхоп нуль-органа 11 через 5 источник 10 управляющего напряжения подключен к управляющему входу первого управляемого целителя 9 напряжения. Выход второго управляемого целителя 13 напряжения соединен с входами второго пикового детектора 15 и блока 16 измерения установившегося значения напряжения. Выхоа второго пикового цетектора 15 соединен с входом ключа 19 и первым входом дополнительного вычитаге ля 17 напряжений, второй вход которого подключен к выходу блока 16 измерения установившегося значения напряжения.Выход дополнительного вычитателя 17 напряжений соединен с первым вхоцом 10 сравнивающего устройства 18, второй вхоп которого соединен с выходом первого пикового петектора 12. Выход сравнивающего устройства 18 подключен к управляющему входу второго делителя напряже-"5 ний 13. Выход блока 14 измерения постоянной времени соецинен с управляющимlвхоцом ключа 19, выход которого попключен к входу фильтра 20 нижних частот. Управляющие входы источника 10 управля-ЗО юшего напряжения, первого и второго пиковых детекторов 12 и 15, блока 16 гце СС - емкость опорного конденсатора,У оС- емкость диэлекгрика,С - емкость обедненного слоя полупроводникаСи К- емкость и сопротивление, связанные с поверхностными сос 45. тояниями и зависящие от поверхностного потенциала.В течение цругого полупериоца это напряжение имеет противоположную поляр ность,946 4измерения установившегося значения напряжения соецинены с соответствующимивыходами блока 1 управления. Выходыисточника 10 управляющего напряжения,первого пикового детектора 12, блока 16измерения установившегося значения напряжения и фильтра 20 нижних частотсоеаг",ены с соответствующими вхоцамикоммутатора 21. Выход последнего поцключен к сигнальному входу самописца22, горизонтальный вход которого соединен с выходом программируемого источника 6 смещения. Устройство работает слецуюшим образ ем. По команде блока 1 управления программируемый истсчник 6 смешения по пает на исследуемую М 11 П-структуру 5 такое напряжение смешения, которое вводит МДП-структуру в режим сильного обогащения (это напряжение должно быть положительным цля структуры П типа и отрицательным для структуры р -типа).Источник 2 опорного напряжения вьэрабатывает опорное (тестовое) напряжение в випе пвуполярных прямоугольных импульсов амплитудой о, При этом в течение оцного из полупериоаов опорного напряжения выходное напряжение операционного усилителя 4 имеет вип Выходное напряжение первого управляемого делителя 9 напряженияуАЮ -оАННапряжение на выхопе вычитателя 8напряжений в общем випеС+ Со -о СС йВа = ЕС9 1000зуя значение постоянной времени этогонапряжения в длительность импульса Выхопное напряжение блока 14 измерения постоянной времени лопается на управляющий вхоп ключа 19, огкрывая 16 его на время действии импульса Ь,На выхопе ключа 19 формируюгся прямоугольные импульсы амплигупой 7 п и длительностью Д 1, Вольф-секунпная площапь этих импульсов 35ЕоСо(С+С С 2 СЯ4 пРЛС стС ьЕоСо.20 фильтр 20 нижних частот нахопит сред- нее значение напряжения на выхопе ключа (пропорциональное 5). Выхоп фильтра 20 нижних частот через коммутатор 21 попключается к самописцу 22. 23Таким образом, на самописец вывопятся постоянные напряжения, пропорционален ные текущим значениям параметров всех элементов четырехэлементной схемы замещения МДП-сгруктуры (/СС,2 зе /СЯ ) в зависимости от приложенного напряжения смешения.При этом при смене режимов рабогы в схеме не произвопится никаких перекоммутаций, отсутствует петля обратной связи, что в конечном счете привопит к повышению точности измерения С -6-У характеристик МДП-структур.Формула изобретения40Устройство пля измерения С ) характеристик МДП-структур, содержащее блок управления, первый выхоп которого соепинен с управляющим вхопом источника опорного напряжения, вгорой выхоп 4 з подключен к управляющему вхопу программируемого источника смешения, выход которого попключен к первому входу само. писца и первой клемме пля подключения исслепуемого объекта, вгорая клемма ко- у торого соединена с вхопом операционного усилителя и опной из обклапок опорного конпенсатора, вторая обклапка которого . подключена к выхопу источника опорного , напряжения и входу целителя, выхоп кото- рого попкдючен к первому вхопу вычита теля напряжений, вгорой вхоп которого соединен с выхоцом операционного усили 946 10теди измеритель постоянной времени, вход которого соепинен с вхопом нуль-органа, а выхоп - с вхопом ключа, а также коммутатор, выхоп которого попключен к второму вхопу самописца, о т л и ч а юш е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него ввепены разцелительный конпенсагор, источник управляюшего напряжения, второй целитель напряжения, первый и вгорой пиковые петекторы, блок измерения напряжения, пополнительный вычитатель напряжений, блок сравнения и фильтр нижних частот, причем первая обкладка разпелительного конпенсатора соепинена с первой клеммой пля попключения исследуемого обьекта, а вгорая - с выхопом .операционного усилителя, выхоп вычитателя напряжений соепинен свхопами первого пикового петектора, второго пелителя напряжения, нуль-органа и блока измерения постоянной времени, выхоп первого пикового петекгора соединен с первым вхоном блока сравнения и первым вхопом комму- тагора, выхоп второго целителя напряжения соепинен с входами второго пико,вого пегектора и блока измерения напряжения, управляюший вхоп которого соединен с третьим выхопом блока управления, а выхоп - с вторым вхопом коммутагора и первым вхопом вгорого вычитателя напряжений, второй вхон которого попключен к выхопу второго пикового пегекгора, управляющему вхопу ключа, выхоп которого через фильгр нижних частот соединен с третьим вхопом коммутатора, управляющий вхоп второго пикового пегектора попключен к входу первого пикового петектора и четвертому выхопу блока управле. ния, пятый выхоп которого соепинен с первым вхопом источника управляющего напряжения, второй вхоп которого попключен к выхопу нуль-органа, а выхоп соепинен с вхопом первого пелигеля и чегвертым вхопом коммутатора, выхоп пополни- тельного вычитателя напряжений попключен к вгорому входу блока сравнения, выхоп которого соепинен с управляющим вхоцом второго целителя.Источники. информации,принягые во внимание при экспертизе1, Авторское свипегельство, СССР658508 в кл, С 01 Д 31/26,25.04.79.2. Авторское свипегельсгво по заявке2926071/18-21, кл. Д 01131/26,20,11.80 (прототип).ВНИИПИ Заказ ПП тент,/48 Тираж 708 гороа, ул. Проектна пни