Измеритель электрофизических характеристик мдп-структур

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРескублнк ц 924635(23) Приоритет Ь 01 Й 31/26 Гоеударспаиай комитет СССР ио делам иэибретеиий и открытия(72) Авторы изобретения кт Пензенский политехнический институт(54 ) ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОфИЗИЧ ЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МДП-СТРУКТУР Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для проведения контроля качества полупроводниковых структур, например, ИДП-структур, в процессе их производства.Известно устройство, позволяющее производить раздельное измерение параметров ИДП-структур, представляемых трехэлементной схемой замещения 11.Недостатком данного устройства является невысокая точность измерения параметров МДП-структур, так как последняя представляется неточной трехэлементной схемой замещения и при дальнейшем пересчете полученных значений для четырехэлементной схемы замещения, возникают значительные погрешности (до 15) .Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения электрофи" зических параметров МДП-структур,позволяющее производить измерение электрофизических параметров ИДП" структур на более точной четырех- элементной схеме замещения, содержащее блок управления, источник опор" ф ного напряжения, первый сумматор,исследуемый объект, операционный усилитель, образцовый конденсатор, управляемый делитель напряжения, 10первый ключ, второй сумматор, второй ключ, запоминающий блок, нуль- орган программируемый источник напряжения смещения, инвертор, регулируемое сопротивление, первый, второй и третий дополнительные ключи, дополнительный запоминающий блок, ключ, вычитатель напряжений, блок измерения постоянной времени, схема деления напряжений, коммутатор, самописец 21Недостатком известного устройства является высокая погрешность измерения параметра четырехэлементной схемы замещения С 1 и связанных с ним35 4входом второго ключа, управляющимвходом источника опорного напряжения и первым выходом генератора тактовых импульсов, второй выход которого соединен с управляющим входомблока компенсации напряжения смеще"ния, а вход - с входной клеммой измерителя.На фиг, 1,изображена структурнаясхема измерителя, на фиг, 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу,Схема содержит генератор 1 тактовых импульсов, управляемый источник2 опорного напряжения, первый 3,второй 4 и третийсумматоры исследуемый объект МДП"структура) 6,операционный усилитель 7, опорныйэлемент 8 (В ), первый 9 и второй10 интеграторы, масштабирующий усилитель 11, нуль"орган 12 первыйключ 13, второй ключ 14, блок 15 памяти, пиковый детектор 16, самописец 17, источник 18 напряжения смещения, блок 19 компенсации напряжениясмещения, содержащий инвертор 20,регулируемое сопротивление 21,ключ 22,Измеритель работает следующимобразом.По сигналу "Пуск" запускается генератор 1 тактовых импульсов который е свою очередь запускает и начинает управлять работой источника2 опорного напряжения, вырабатывающего сигнал в виде последовательности чередующихся импульсных напря-.жений пилообразной и йрямоугольнойформы фиг,2 с 1).8 начальный интервал времени Ьй,до введения ИДП-структуры в режимобогащения напряжения на выходе операционного усилителя 7 обусловленной подачей пилообразного напряженияЩ й на ИДП-структуру, имеет изображение вида Юо тО 9 Р (3 9246параметров С и Й, которая обусловлена тем, что о значении параметра Ссудят по измерению мгновенного значения выходносо напряжения операционного усилителя в момент подачина вход измерительной схемы скачкапостоянного напряжения, а измеренияподобного рода всегда сопряжены сбольшими случайными погрешностями,Цель изобретения - повышение точ" 1 Оности измерения.Поставленная цель достигаетсятем, что в измеритель электрофизических характеристик ИДП"структур,содержащий нуль-орган, источник 3опорного напряжения, выход котооогосоединен с первым входом первогосумматора, выход которого соединенс первой клеммой для подключения исследуемого объекта, а ко второйклемме подключены вход операционного,усилителя с опорным элементом в це"пи обратной связи и выход блока компенсации напряжения смещения, первыйвход которого соединен с выходомоперационного усилителя, а второйвход " с выходом источника напряже"ния смещения, первым входом самопис"ца и со вторым входом первого сумматора, третий вход которого черезпервый ключ соединен с одним входомвторого сумматора, другой вход которого подключен к выходу источникаопорного напряжения, выход операционного усилителя через второй ключсоединен с блоком памяти, введеныгенератор тактовых импульсов, дваинтегратора, масштабирующий усилитель, дополнительный сумматор, пиковый детектор, причем выход операцион"ного усилителя соединен через после 40довательно включенные первый интегратор и масштабирующий усилитель с од-,ним входом второго сумматора, выходкоторого подключен к нуль-органудругой выход второго ключа соединенчерез пиковый детектор со вторымвходом самописца, а через второй интегратор с первым входом дополнительного сумматора и третьим входом ,гдесамописца, четвертый вход которогочерез дополнительный сумматор подключен к выходу блока памяти, другойвход которого .соединен. ср вторым Е - крутизна пилообразного напряжения," изображение передаточнойфункции измерительнойсхемы,-вого резистора, 3С и Я, - емкость и сопротивление, связанное с поверхностными состояниямиаИзображение напряжения 13 р) во 1 в временной области имеет вид фиг.26) где С,ервал времени д 1, до введеструктуры в режим обогащения ие на выходе операционного пя 7, обусловленное подачей остоянного напряжения ампли"имеет изображение вида: В иния ИДапряжесипитекачкауды 1323 ИР) амплитуд ажение на й области Цф) воздействия ряжения 13 ар имеет вид (фАЧ. С где 13 О " ИзобрЯ. 1Режим обогащения достигается пу тем подачи на ИДП"структуру высоко го постоянного напряжения смещения которое выдается источником 18 на" пряжения смещения, путем перевода , последнего из режима линейно изменяющегося напряжения в режим постоянного напряжения обогащения. огащения емкость С оя полупроводника начто емкость ИДПтически равна емкостирежиме обенного с ко велик туры пра ктрика. едол струк диэле Слтельно, в ре а напряж онного усили емени д 1имсмещся Р+йаТаким образом достигается компенсация емкости диэлектрика С 1.Аналогично компенсируется емкость диэлектрика и для интервала времени Ь, ,е. выходное напряжение операционного усилителя 7 не зависит от параметра С при подаче на ИДПструктуру 6 воздействия любого вида.После того, как емкость диэлектри. ка С,1 скомпенсирована, начинается процесс снятия С-С-Ч-характеристик.Обеспечение компенсации влияния напряжения смещения О ена режим работы операционного усилителя 7 по постоянному току достигается при помощи блока 19 компенсации напряжения смещения, состоящего из интервала 20, регулируемого сопротивления 21 и ключа 22.На регулируемое сопротивление 21 подается инвертированное, линейно изменяющееся напряжение. смещения УВ и далее на вход операционного усилителя 7, выходное напряжение которого поступая на управляющий вход регулируемого сопротивления 21 через ключ 22, открываемый импульсом от генера" 5 6дпя интервала времени д 1(р) О ф)ф 5(Р)о о 1К = РС,ВО; 1313 КС 8(С).После введения ИДП"структуры в ре"жим обогащения регулируют коэффициент передачи масштабирующегр усили"теля 1 1 до равенства напряжения Цна выходе сумматора Й нулю, т.е, домомента, когда 13 1 в о щ 13,1 = О, Кактолько Ц = 0, срабатывает нуль-орган 12, что свидетельствует о том,что коэффициент передачи КР) последовательно соединенных первого интег"ратора 9 и масштабирующего усилителя 11 становится равенКР) = УС.После этого МДП-структура б выводится из режима обогащения. путемперевода источника 18 напряженияения в режим линейноизменяющегонапряжения и замыкается ключ 13.Тогда для интервала времени д 1на выходе операционного усилителя 7имеет напряжение, вида .(фиг,26), изменяет значение коэФфи циента передачи регулируемого сопротивления 20 так, чтобы выходное на пряжение операционного усилителя 7 в момент времени С лподдерживалось равным нулю (фиг.2д) .Напряжение От 8 во временной области имеет вид для интервала времени 10 йА 1 (фиг.2 К), индекс К показывает, что интервал времени взят после мо.мента компенсации С О (к) Кооо(Ст+Сэ)-ОйСа -1 Яса - е -КО,уе для интервала времени Ь 1 К (фиг.2 о) 20 О И,)ф 0 ЯоСфЖ ОбозначимО Ю= о о 6 о3 ойоСьсГЮ25Как показывают расчеты, погрешность измерения в интервал времени МК, вызванная наличием реакции измерительной схемы д(й) на скачок постоянного напряжения 13, не превышает 1,5 Ф по всему диайаэону измерения, поэтому можно считать, чтоОооо -Ц ВС а- еНапряжение 13( ), пропорциональ 35 ное значению параметра С = 4/Й, поступает на вход пикового детектора 16, на выходе которого имеем"ь= "о"40 где К - коэФФициент передачи пикоф вого детектора 16.Напряжение 11 (Й 1 ) при К =к УСТравно Ц 7 фиг) Ц 3 оо( + С)45т.е, 13.,( ) пропорционально суммепараметров С 5 и СЗ,Значение Сус г выбрано иэ условия,что уст (5"61, так как при== (5-:6) : е с 1. 50Напряжение Бт(й ) через ключ 14,управляемый генератором 1 тактовыхимпульсов, поступает на блок 15 памяти и далее на один из входов сум"матора 5.В интервале времени ййк напряжение Ц 1(12 к) через ключ 14 поступает на второй интегратор 10, на выходе которого напряжение имеетвид (Фиг,Ю)+ Вс1(й) = -- 13 КС (1 - е ),о го о. где Т - постоянная интегрированияинтегратора 10,При 1 = йст имеемт.е, Ц (уст) пропорционально значению параметра С .Напряжение 1 й ) поступает на другой вход сумматора 5 напряжение на выходе которого равно 0 1) - КО к, С КОоРоС+о 1 о 2КОойоС,фф 1при условии, что 1( = 1/Ги.Таким образом, выходное напряжение сумматора 5 Ц (с) пропорционально значению прраметра С 38 интервал времени 5 й передним Фронтом тактового импульса от генератора 1 тактовых импульсов сбрасывается в исходное состояние блок15 памяти.Напряжения Ц Ц , У поступаютЮ 5 48на вертикальные входы самописца 17, на горизонтальный вход которого подается напряжение смещения Б . На ленте самописца 17 Фиксируются кривые С -У; С-У; С-У.Путем исйользования предлагаемого измерителя удается усъранить влия- ние случайной составляющей погрешности измерения параметра С за счет измерения значения напряжения, пропорционального данному параметру, после окончания .переходного процесса в измерительной схеме, т.е, в установившийся момент времени, а не в момент подачи скачкообразного воздействия на объект измерения, когда крутизна экспоненциальной составляющей выходного напряжения операционного усилителя максимальна и значение случайной составляющей погрешности измерения напряжения, пропорционального параметру С , может быть достаточно велико. Формула изобретения Измеритель электрофизических хаактеристик ИДП-структур, содержащий9216нуль-орган, источник опорного напряжения, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, выход которого соединен с. первой клеммой для подключения исследуемого 5 объекта, а ко второй клемме подключены вход операционного усилителя с опорным элементом в цепи обратной связи и выход блока компенсации напряжения смещения, первый вход кото О рого соединен с выходом операционного усилителя, а второй вход - с выходом источника напряжения смещения, первым входом самописца и со вторым входом первого сумматора, третий И ,вход которого через первый ключ соединен с одним входом второго сумматора, другой вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения, выход операционного уси- ЗО лителя через второй ключ соединен с блоком памяти, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены генератор тактовых импульсов, два ин тегратора, масштабирующий усилитель, дополнительный сумматор, пиковый детектор, причем выход операционного усилителя соединен через послеаова 35 1 Отельно включенные первый интегратори масштабирующий усилитель с однимвходом второго сумматора, выход которого подключен к нуль-органу, другой выход второго ключа соединенчерез пиковый детектор со вторым входом самописца, а через второй интегратор с первым входом дополйительно"го сумматора и третьим входом самописца, четвертый вход которого через дополнительный сумматор подключен к выходу блока памяти, другойвход которого соединен со вторымвходом второго ключа, управляющимвходом источника опорного напряженияи первым выходом генератора тактовыхимпульсов, второй выход которого соединен с управляющим входом блокакомпенсации напряжения смещения, авход - с входной клеммой измерителя,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРИ 763821, кл. С 01 Е 31/26, 1978.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке Ю 2926071/18-21,кл. С 01 К 31/26, 20.11.80 (прототип),924635 Кл. РР Составитель Н,ЧистякоТехред М.Рейвес Корректор М,Лем етра едакт Заказ 48 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная ЬрЬоУ л72 Тираж 7198 НИИПИ Государственногопо делам изобретений и 13035, Москва, Ж, Раушская Подписноеитета СССРкрытийб., д. 4/5