Устройство для измерения вольт-фарадных характеристик

Устройство для измерения вольт-фарадных характеристик

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскин

Социалистических

Республик (I) 1000947 (6I ) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 13.10.8т (2 I ) 3345952/18 с присоединением заявки № (51)М. Кл.

Cj 01 Я 31/26 (23) П риорнтет

Гввуанрстнаннмй ннмнтнт

СССР

Опубликовано 28,02.83. Бюллетень №8 не фалам наайратакнй н нткрмтнй (53) УДК 621. .382.3 (088.8) Дата опубликования описания 28.02.83

B.B.JIåëÿBèH, Ю.Н.Михеев, A.А.Мельников, Н.В.Морозов, E.Ï.Îñàö÷èé, В.И.Рябинин, Т.Н.Рыжова, К.Н.% фенов, . .

4 и С.М.Фельцберг )

Пензенский политехнический институт и Пензенский. филйал .

Всесоюзного научно-исследова тельского технолбгйФвск оге--института приборостроения (72) Авторы изобретения (7 ) Заявители (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВОЛЬТ-ФАРАДНЫХ

ХА РА КТЕ РИСТИК

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для проведении контроля качества полупроводниковых и МДП-структур в процессе их производства.

Известно устройство для контроля полу-5 проводниковых приборов, которое содержит генератор синусоидального напряжения, источник смещения, образцовое сопротивление, усилитель, выпрямитель и самописец 111

Объект измерения (МДП-структура) и образцовое сопротивление образуют емкос тно-омический делитель для синусоидального напряжения. Напряжение на выходе выпрямителя пропорционально значению импеданса измеряемого объекта при условии, что значение образцового сопротивления много меньше значения импеданса исследуемого объекта, Сложность вы- 2О полнения данного условия в широком диапазоне измерения параметров исследуемого объекта существенно снижает точность измерения.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для изь.ерения вольтфарадных характеристик, содержащее первый сумматор„первый вход которого соединен с выходом источника смещения и первым входом регистрирующего блока, а торой вход подключен к генератору тест-сигнала и через переменный конденсатор к выходу переключателя, выход первого сумматора соединен с одной клеммой для подключения испытуемого прибора, а его другая клемма соединена с входом пер вого операционного усилителя, первым выходом переключателя и первой обкладкой первого образцового конденсатора, вторая обкладка которого подключена к входу выпрямителя, выход которого соединен с вторым входом регистрирующего блока (2) .

К недостаткам данного устройства относится низкая точность измерения за счет наличия погрешности статизма, вызванной конечностью коэффициента усиления усилителя. Эта погрешность пропорциональна величине 1/ К Р, где К вЂ” коэй1 к= pc„

3 100 фициент усиления усилителя, a P - goeIII фициент передачи цепи обратной связи.

Так как )% в каждом диапазоне меняется в единицы-десятки раз, à K (при использовании тест-сигнала, меняющегося в широком диапазоне частот) невелико, то погрешность устройства достаточно велика (до десятков процентов).

Hemü изобретения — повышение точности измерения.

1О

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения вольтфарадных характеристик, содержащее первый сумматор, первый вход которого сое; динен с выходом источника смещения и .первым входом регистрирующего блока, второй вход сумматора подключен к генератору тест-сигнала и через перемен— ный конденсатор к вь ходу переключателя, выход первого сумматора соединен с одной клеммой для подключения испытуемого прибора, а его другая клемма соединена с входом первого операционного усилителя, первым выходом переключателя и первой обкладкой первого образцового конденсатора, вторая обкладка которого подключена к входу выпрямителя, выход которого соединен с вторым входом регистрируюшего блока, введены второй операционный усилитель, второй образцовый конденсатор и второй сумматор, причем вход второго операционного усилителя соединен с вторым выходом переключателя и первой обкладкой второго образцового конденсатора, вторая обкладка которого соединена с выходом второго операционного усилителя и первым вхо дом второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого операционного усилителя, а выход — к входу выпрямителя.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит источник напряжения смешения, генератор 2 (синусои45 дального) тест-сигнала, сумматор 3, объект 4 измерения (С y }, операционный усилитель 5, образцовый конденсатор 6 (Co ), выпрямитель 7, устройство 8 для обработки информации, переменный конflcHcoTop 9 (С с ), переключатель 10, второй операционный усилитель 11, второй образцовый конденсатор 12 (Со ) и

1 второй сумма тор 1 3.

Устройство работает следующим образом.

В начальний момент времени переключатель 1 находится в положении 1. К

0947 4 исследуемой МДП-структуре 4 прикладывается сумма синусоидального тест-сигнала Uo с выхода генератора, 2 и нап-! ряжение смещения Uq от источника 1 напряжения смещения. Напряжение 0 >> х на выходе второго сумматора 13 равно о о

UBbx4 х

uо, (И

К

К(3„ КР2 где Uo =-Uo - значение напряжения тестового сигнала на выходе сумматора 3;

- значение сопротивлео ния образцового конденсатора 6; — значение сопротивления

Х рС„ исследуемого объекта 4 измерения; — значение сопротивления переменного компенсирующего конденсатора 9; Х К

Д х о к+ о

Изменяя значение переменного конденсатора 9„ добиваются равенства- нулю напряжения 0 Вь )с на выходе второго сумматора 13. При равенстве нулю напряжения 0аы)с значение 2К = L К °

После этого переключатель 10 устанавливается в положение 2. Значение напряжения 0 на выходе операционного усилителя 11 равно o

u,=-u,— г

Kv. +—

К 3 где

Р =Р =, „

Напряжение на выходе операционного усилителя 5 равно (1 о- Zó, (4

U -"вь о

° o

Поставив выражение (4) в (3), полу« (= - К Оо- (о- " ЭЫ к, 7 1 из которого с учетом выражения (2) и того, что

2 х

> U BblX -(U< 01)(< д ), S

1000947 4 после несложных преобразований получим устройства зависит ог того, какое значе + + о х

2 ние компенсирующего сопротивления 3 о Я Z р, „Ê мы выбираем. ив =-и „, (а õ 11 При этом погрешность измерения в

j (I > + — ) а каждой гочка дода г-фарадиой каракгариов, в тики определяется в соответствии с выраПогРешность коэффициента передачи жением (7), откуда видно, что погрешвсего устройства ность измерения много меньше, чем в

) + — . -о Х извес тных устройствах.

Ь—

КР 4 y. "-о <р1

,() (11, "

1+

Формула изобретения

v.pq) "Рг ж(1„

Устройство для измерения вольт-фаи ле несложных преобразований и пренеб- Радных хаРактеристик, содержащее перрежения веющчинами второго порядка ма- g вый сумматор, первый вход которого лости приводится к виду соединен с выходом источника смещения

Источники информации, принятые во вниманпе прп экспертизе

1. Концевой N. Ь., Кудин В. ll. Методы контроля технологии производства полупроводниковых приборов. M., Энергия", 1973, с. 26 °

2. Близин В. И. и др. Прибор для измерения и регистрации вольт-фарадных характеристик полупроводшп<овык структур, -"Приборы и системы управления, 1978, Мо.7, с. 23 1протогцп).

Учитывая, что а = o х к выражение (8) приобретает вид

Ь= — Ь

КР

25 т. е. погрешность передачи всего устройсва определяется погрешностью сумматора

13, сниженной в К P q раз.

Напряжение V SblX выпрямляется блоком

7 и регистрируется с помощью самопис30 ца 8.

Иалее, переводя переключатель 10 в положение 1, изменяют напряжение смешения на выходе генератора 1 смещений.

При этом изменяется значение сопротивления Е х исследуемой структуры 4.Изме- З няя значение сопротивления компенсирующего конденсатора 9 (Е К), добиваются равенства его новому значению сопротивления исследуемого объекта Х - описаний 2 ным выше образом. После достичения ра- 0 венства Е = 2 х переводят переключа2 тель 10 в положение 2 и фиксируют с помощью самописца 8 новое значение U gb<< пропорциональное значению 2 x . Повторяя эти измерения, записывают по точкам вольт-фарадную характеристику исследуемой структуры. При этом погрешность по сравнению с устройством-прототипом уменьшается в К раз.

При воздействии на исследуемый 50 объект пилообразного напряжения смещения, когда значение компенсирующего сопротивления выбирается один раз, значение погрешности коэффициента передачи всего и первым входом регистрирующего блока, а второй вход подклкчен к генератору тест-сигнала и через переменный конденсатор к выходу .ереключателя, выход первого сумматора соединен с одной клеммой для подключения испытуемого, прибора, а его другая клемма соединена с входом первого операционного усилителя, первым выходом переключателя и первой обкладкой первого образцового конденсатора, вторая обкладка которого подключена к входу выпрямителя, выход которого соединен с вторым входом регистрирующего блока, î r л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены второй операционный усилитель, второй образцовый конденсатор и второй сумматор, причем вход второго операционного усилителя соединен с вторым выходом переключателя и первой обкладкой второго образ цового конденсатора, вторая обкладка которого соединена с выходом второго операционного усилителя и первым входом второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого операционного усилителя, а выход — к входу выпрямителя, 1000947

Составитель H. Шиянов

Редактор А. Лепнина Техред А.Бабинеп Корректор М, Шароши

Заказ 1378/48 Тирам 708 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4