Устройство для регистрации параметров мдп-структур

Устройство для регистрации параметров мдп-структур

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

„.SU„„1 А

СОЮЗ СОВЕ СНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИИ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ .:®Ц;;. q

f: Х

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3379431/18-21 .(22) 06.01.82 (46 ) 15.09.83. .Бюл. У 34 (72) С. Ш. Балтянский, A. A. Богородицкий, В. В. Зверева, A. A. Мельников, Ю. H. Михеев, Н. В. Морозов;

В. Ф. Рыжов, В. И. Рябинин, С. М. Фельдберг и К. Н. Чернецов, (71) Пензенский политехнический институт и Пензенский филиал Всесоюзного научно-исследовательского технологического института приборостроения (53) 621.382.2(088.8) (56) 1. Концевой Ю. A. Кудин В. Д.

Методы контроля технологии производства полупроводниковых приборов.

М., "Энергия", 1973, с. 48.

2. Авторское свидетельство СССР

9 658508, K . G 01 R 31/26, 1977. теля, выход которого подключен через третий образцовый конденсатор к его входу и к первому входу фаэочувствительного детектора, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повыаения точности, s него введены второй и третий сумматоры, коммутатор, индикатор нуля, блок стабилизации, четвертый образцовый конденсатор и третий усилитель, выход которого подключен к первому входу третьего сумматора, а через четвертый образцовый конденсатор подсоединен к его входу и .к входу первого усилителя, выход источника смещения подключен к второму входу третьего сумматора, выход которого подсоединен

Ф к первому входу регистратора, второй вход которого йодключен через коммутатор к первому и второму выходам фаэочувствительного детектора, второй вход которого подключен к входу индикатора нуля, к выходу второго сумматора, и к входу блока стабилизации, выход которого подключен к входу генератора, выход которого подсоединен к первому входу второго сумматора, второй вход когорого подключен к выходу первого усилителя, при этом первый, второй и четвертый образцовые конденсаторы Выполнены в виде блока синхронно регулируемых конденсаторов. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ

ПАРАМЕТРОВ МДП-СТРУКТУР, содержащее регистратор, генератор, выхОд кото рого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого подсоединен к выходу источника сме-. щения, а выход подключен через структуру к входу первого усилителя, выход которого подсоединен через йервый образцовый конденсатор к его входу, а через второй образцовый конденсатор — к входу второго усили1041967

Изобретение относится к электронной технике и может быть исполь-" зовано для проведения контроля качества и исследования структур металл — диэлектрик — полупроводник (МДП-структур) в процессе производства интегральных схем на их основе.

Известно устройство для регистра- . ции параметров МДП-структур, содержащее генератор еинусоидального напряжения, источник смещения,,усилитель, .к входу которого подключен образцовый резистор, а выход через выпрямитель соединен с вертикальным входом самописца, горизонтальный вход которого подключен к источнику сме- 15 щения. Объект измерения и образцовое сопротивление образуют емкостноомический делитель для синусоидального напряжения (1) .:

Недостатками данного устройства являются низкая точность и ограниченные функциональные возможности, определяемые упрощенным представлением

МДП-структуры в виде одной эквивалентной емкости.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому устройство для регистрации параметров МДП-структур, содержащее регистратор, генератор, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого подсоединен к выходу источника смещения, а выход подключен через образец к входу первого усилителя, выход которого подсоединен через первый образцовый конден- 35 сатор к его входу, а через второй образцовый конденсатор - к входу второго усилителя, выход которого подключен через третий образцовый конденсатор к его входу и к входу 40 детектора, выход которого подсоединен к первому входу регистратора, второй вход которого подключен к выходу источника смещения, выход котоРого подключен р з ннвертор и Ре- 45 гулируемое сопротивление к входу первого усилителя, выход которого подсоединен через фильтр нижних частот к управляющему входу регулируемого сопротивления. При этом

50 выход второго усилителй подключен через индикатор синфазности, инвертор и образцовый резистор к своему входу (2) .

Недостатком известного устройства являются относительно низкая точность и ограниченные функциональ. ные воэможности, обусловленные тем, что выходные сигналы несут информацию лишь о емкости и проводимости всей МДП-структуры в функции прило- 60 женного напряжения смещения. Для получения зависимостей емкости и проводимости только полупроводниковой части в функции от падающего на ней напряжения смещения необходимо про- 65 вести соответствующие вычислительные операции. При этом происходит также и трансформация погрешностей данного устройства в большую сторону в тех случаях, когда комплексное сопротивление изолятора больше комплексного сопротивления полупровод- никовой части исследуемой МДП-структуры, что характерно для большинства режимов при регистрации характеристик МДП-структур.

Цель изббретения - повышение точности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для регистрации параметров МдП-структур, содержащее регистратор, генератор, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого подсоединен к выходу источника смещения, а выход подключен через образец к входу первого усилителя, выход которого подсоединен.через первый образцовый конденсатор к его входу, а через второй образцовый конденсатор — к входу второго усилителя, выход которого . подключен через третий образцовый конденсатор к его входу и к первому входу фаэочувствительного детектора,, введены второй и третий сумматоры, коммутатор, индикатор нуля„ блок стабилизации, четвертый образцовый конденсатор и третий усилитель, выход которого подключен к первому входу третьего сумматора, а через четвертый образцовый конденсатор .подсоединен к его входу и к входу первого усилителя, выход источника смещения подключен к второму входу третьего сумматора, выход которого подсоединен к первому входу регистратора, второй вход которого подключен через коммутатор к первому и второму выходам фазочувствительного детектора, второй вход которого подключен к входу индикатора нуля, к выходу второго сумматора и к входу блока стабилизации, выход которого подключен к входу генератора, выход которого подсоединен к первому входу второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого усилителя, при этом первый, второй и четвертый образцовые конденсаторы выполнены в виде блока синхроннр регулируемых конденсаторов.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство для регистрации параметров МДП-структур содержит генератор 1 синусоидального напряжения„ источник смещения 2, блок 3 стабилизации, выход которого подключен к входу генератора 1, выход которого подсоединен к первому входу первого сумматора 4, выход которого подключен к структуре 5. Вход блока 3 свя1041967 (С»С =Се=с, Выходное напряжение усилителя 11 при этом становится равным по мо.— дулю и противоположным по фазе тест.сигналу на входе структуры 5

С»

U =-0- — и ОСа (2)

60 и критерием окончания регулировки служит равенство нулю их суммы на выходе сумматора 7, что фиксируется по.индикатору 6 нуля. 65 эан с входом индикатора 6 нуля и вы.ходом зторого сумматора 7, первый вход которого соединен с выходом генератора 1, а второй вход подключен

-к первому образцовому конденсатору 8, образующему блок конденсаторов с четвертым конденсатором 9 и вторым онденсатором 10. Конденсатор 8 вклюен в цепь обратной связи,первого усилителя 11, а конденсатор 9цепь обратйой связи усилителя 12,- l0

ыход которого подключей к входу сумматора 13.:К конденсатору 10 подключен усилитель 14 с конденсатором 15 в цепи обратной связи, вы-. ход- которого подключен к входу фа- 15 эочувствительного детектора 16, выходы которого через нове»утатор 17 подсоединены к регистратору 18.

Источник, 2 подключен к второму вхо-. ду Сумматора 13. Второй вход фазо- 20 чувствительного детектора 16 соединен с входом индикатора 6 нуля.

Эквивалентная схема структуры 5 представляет собЬй последовательное соединение емкости изолятора 19 (CC) 25 с-параллельно.соединенйыми проводимостью полупроводника 20 (op) и емкостью полупроводника 21 (Ср).

Устройство работает следующим образом.

К образцу 5 прикладывается через сумматор 4 сумма линейно изменя- . ющегося напряжения смещения П ® от источника 2 и синусоидальное напряжение требуемой частоты (тест-сигнал) U от генератора 1. 35

В начальный момент времени на образец 5 подается такое напряжение смещения (положительное для струк- . туры и-типа и отрицательное для структуры р-типа), которое вводит 40

МДП-структуру. в режим сильного обогащения (режим аккумуляции). В этом режиме коэффициент передачи обраэца

5 определяется только емкостью изо- лятора 19 (С; ), и падение напряже- 45 ния на полупроводниковой части практически равно нулю Ос = О. Регули- руя емкость блока образцовых конденсаторов 8, 9 и 10, добиваются равенства их емкостей емкости изолятора, 19 (С ) После вывода МДП-структуры иэ режима аккумуляции напряжение на выходе усилителя 11 будет равно с учетом (1) Cp Gp о„=-о.

»а С; <1а Ср» С»р (3) В этом случае выходное напряжение сумматора 7 определится следующим выражением

j wC1 (4)

)аС;» аѻѻ что соответствует падению напряжения на полупроводниковой части МД1структуры, т.е. (5) ll t = u cp,ар

jwC»» j wCp» Gp () =0 о Z

Подставляя значение Uä в (3), получают

»ЩСр» Gp

О =-О

И )ас» (7) ь

Напряжение с усилителя 11 подается на вход усилителя 14 через образцовый конденсатор 10.

Напряжение на выходе усилителя 14 равно

Сэ

О =-0

»» С или с учетом (1) и (7) (8) . (9) Напряжение с усилителя 14 посту= пает на вход фазочувствительного де.. тектора 16, осуществляющего квадратурное разделение напряжения U 4Ä опорным для которого является напряжение U< с выхода сумматора 7.

В результате на одном выходе фазочувствительного детектора 16 имеется синфазная составляющая напряжения ц 4

Ь="i

Введение блока стабилизации 3 позволяет изменять выходное напряжение генератора 1 и таким образом, чтобы напряжение 37, а значит и О-,,Gð было постоянным в выбранном диЖ азоне изменения значений Ср и Ор. Из (4) можно записать

5 1041967 друго . выходе - квадратурную составляющую п

Составитель В. Новожилов

Редактор Л. Веселовская Техред М.Тепер

Корректор Ю. Макаренко .

Заказ 7121/46 Тираж 710

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

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

Таким образом, на выходах фазочувствительного детектора 16 получены сигналы, пропорциональные змкости и,проводимости полупроводниковой части исследуемой МДП-структуры.

Напряжение на выходе усилителя 12 вследствие равенства емкостей регулируемого образцового конденсатора

9 {С ) и изолятора 19 (c;) согласно (1),равно по модулю и противоположно по фазе падению напряжения смещения на емкости изолятора 19. На сумматоре 13 выходное напряжение усилителя 12 складывается с общим напряжением смещения, приложенным к структуре 5. В результате напряжение на выходе сумматора 13 равно падению напряжения смещения на полупроводниковой части МДП-структуры.

Напряжение с выхода сумматора 1 одается на горизонтальный вход регистра 18, на вертикальный вход которого подается сигнал через комму5 татор 17 с квадратурного или синфаэного выхода фаэочувствительного детектора 16.

Регистратор 18 регистрирует зависимости емкости или проводимости полупроводниковой части МДП-структуры от приложенного к ним напряжения смещения. Дополнительно по значениям одного из регулируемых образцовых конденсаторов отсчитывают значение емкости изолятора 19 (с; ).

15 Таким образом, предлагаемое устройство позволяет измерять параметры МДП-структуры по более точной трехэлементной схеме замещения, что исключает методические погрешности измерения емкости и проводимости полупроводниковой части, а также позволяет регистрировать значение емкости и.проводимости полупроводниковой части в функции приложенного к ним напряжения смещения.