Устройство контроля времени жизни неосновных носителей зарядов в полупроводниках

Устройство контроля времени жизни неосновных носителей зарядов в полупроводниках

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ВРЕМЕНИ ЖИЗНИ НЕОСНОВНЫХ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДОВ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ, содержащее генератор импульсов, резистор и клеммы для подключения исследуемой структуры , о т лич а ю щ еес я тем, что, с целью повьвоения точности контроля , оно снабжено блоком формирования инжектирующих импульсов, блоком формирования опорного напряжения , вторым резисторе, конденсаторсм , масштабирующим преобразователем , операционным усилителем, двумя блоками выборки и хранения и блоком сравнения, при этом первый выход генератора импульсов соединен с входом блока формирования инжектирующих импульсов и входом блока формирования опорного напряжения, выход которого соединен с первой клеммой для подключения исследуемой структуры через второй резистор и с первым входом операционного усилителя,второй вход которого соединен с общей шиной, а выход - с второй клеммой для подключения исследуемой структуры и первыми входами блоков выборки и хранения, вторые входы которых соединены соответственно с вторым и третьим выходами генератора импульсов , а выходы - с соответствующими входами блока сравнения, выход которого соединен с первым входом масштабирующего преобразователя, второй вход которого соединен с выходом блока формирования опорного напряжения, а выход через конденсатор - с первым входом операционного усилителя, соединенным через первый OD резистор с выходом блока формирова4; tc ния инжектирующих импульсов. 42

(19) (Н) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(5)) 0 01 R 31/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И (ЛНРЬГПФ 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . Н ABTOPCHOfVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3476249/l&-21 (22) 26.07.82 (46) 30.12.83. Бюл. М 48 (72) Е,Д. Абросимов, Н.И, Лукичева, А.И. Иартяшин, A.Â. Светлов, H ° H. Соловьев и .Б.B Цыпин (71) Пензенский политехнический институт и Государственный ордена Октябрьской Революции научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промыапенности (53) 621.382.2(088 .8)

Ъ (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 748250 р. кл. G Ol R 31/26, 1977.

2, Иглицын M,È., Концевой Ю.A. u др. Об измерении времени жизни носителей заряда в полупроводниках.ЖТФ, т.- ХХУ11, вып. 7, .1957, с. 14141424. (54)(57) УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ВРЕМЕНИ

ЖИЗНИ НЕОСНОВНЫХ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДОВ

В ПОЛУПРОВОДНИКАХ, содержащее генератор импульсов, резистор и клеммы для подключения исследуемой структуры, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности контроля, оно снабжено блоком формирования инжектирующих импульсов, блоком формирования опорного напряже ния, вторыи резистором, конденсатором, масштабирующим преобразователем, операционным усилителем, двумя блоками выборки и хранения и блоком сравнения, при этом первый выход генератора импульсов соединен с входом блока формирования инжектирующих импульсов и входом блока формирования опорного напряжения, выход которого соединен с первой клеммой для подключения исследуемой структуры через второй резистор и с первьм входом операционного усилителя,второй вход которого соединен с общей шиной, а выход — с второй клеммой для подключения исследуемой структуры и первыми входами блоков выборки Е и хранения, вторые входы которых соединены соответственно с вторым и третьим выходами генератора импульсов, а выходы - с соответствующими входами блока сравнения, выход которого соединен с первым входом масштабирующего преобразователя, второй вход которого соединен с выходом блока формирования опорного напряжения, а выход через конденсатор - с первым входом операционного усилителя, соединенным через первый резистор с выходом блока формирования инжектирующих импульсов.

1064247

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения и контроля параметров полущроводнико вых материалов, а именно измерения времени жизни неосновных носителей зарядов (н.н.s.) в полупроводниках .в иестационарном режиме.

Известно устройство для измерения времени жизни н.и.э . в полупроводниках, содержащее генератор тока, 10 генератор- переключающих импульсов, подключенный к клемме для, подключения анода испытуемой полупроводниковой структуры, токосъемный элемент, вход которого подключен к клемме для подключения катода испытуемой структуры, а выход - к последовательно соединенным усилителю и блоку регистрации, и электронный ключ, вход которого. соединен с генератором 0 тока, выход.-. с анодом испытуемой полупроводниковой структуры,, а уп равляющий вход — с усилителем (1) .

Недостатком данного устройства является необходимость измерения времени жизни н.н.э. в полупроводниковых р-п-структурах, что требует специального технологического оборудования для создания р-д-структур. метод практически непригоден для 30 промышленного контроля качества полупроводниковых. кристаллов, слитков.

Точность определения времени жизни н.н.э. в устройстве низка, поскольку в качестве отсчетного устройства используется осциллограф.

Наиболее близким техническим ре- шением к предлагаемому является устройство, содержащее генератор импульсов, резистор, клеммы для подключения исследуемой полупроводни- 40 ковой структуры и осциллограф 2) .

Однако известное устройство характеризуется низкой точностью контроля времени жизни н.н ° з., что обусловле- 45 но необходимостью визуального определения изменения амплитуды тестового, импульса при различных значениях времени задержки.

Цель изобретения — повышение точ50 ности контроля, Поставленная цель достигается тем, что в устройство контроля времени жизни неосновных носителей зарядов в полупроводниках, содержащее генератор импульсов, резистор и клеммы для подключения исследуемой структуры, дополнительно введены блок формирования инжектирующих импуль- сов, блок формирования опорного на- 60 пряжения,второй резистор, конденсатор, масштабирующий преобразователь, операционный усилитель, два блока выборки и хранения и блок сравнения, при этом первый выход генератора 65 импульсов соединен с входом блока формирования инжектирующих импульсов и входом блока фофмирования опорного напряжения, выход которого соединен с первой клеммой для подключения исследуемой структуры через второй резистор и с первЫм- входом операционного усилителя, второй вход которого соединен с,общей шиной, а выход - с второй клеммой для подключения исследуемой структуры и первы ми входами блоков выборки и хранения, вторые входы,которых соединены соответственно с вторым и третьим выходами генератора импульсов, а вы« ходы - с соответствующими входами блока сравнения, выход которого соединен с первыч,входом масштабирующего1преобраэователя, второй вход которого соединен с выходом блока формирования опорного напряжения, а выход через конденсаторс первым входом операционного усилителя, соединенним через первый резистор с выходом блока формирования инжектирующих,импульсов.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройствами на фиг.2 полные временные диаграммы его рабо-!

TH °

Устройство содержит генератор, 1 импульсов, резистор 2, клеммы 3 и 4 для подключения исследуемой структуры, блок 5 формирования ин .ектирующих импульсов, блок 6 формирова,ния опорного напряжения, второй резистор 7, конденсатор 8, масштабиРунййй преобразователь 9, опера-. ционный усилитель 10, два блока ll и 1? выборки и хранения и блок 13 сравнения, при этом первый выход генератора 1 импульсов соединен с входом блока 5 формирования инжектирующих импульсов и входом блока

6 формирования опорного напряжения, выход которого соединен с первой клеммой 3 для подключения исследуемой структуры через второй резистор

7 и с первым входом. операционного усилителя 10, второй вход которого соединен с общей Ыиной, а выход с второй клеммой 4 для.подключения исследуемой структуры и первыми входами блоков 11 и 12 выборки и хранения, вторые входи которых соединены соответственно с вторым и третьим .выходами генератора 1 импульcos а выходы - с соответствующими входами блока 13 сравнения, -выход которого соединен с первым входом масштабирующего преобразователя 9, второй вход которого ñàåдинен с выходом блока б формирования опорного напряженная, а выход через конденсатор 8 - с первым входом операционного усилителя 10, соединенным через первый резистор 2 с

1064247

25

® КлЛR2Ф где R — неизменяющаяся во времени часть сопротивления (сопро-, тивление толщи образца, 50 контактное переходное со-. противление);

Н (Ц- изменяющаяся по экспонен- циальному закону с постоянной времени ь часть сопро- 55 тивления структуры.

Постоянная времени с переходного процесса в измерительной цепи (процесса рекомбинации) характеризует время жизни н.н.з. в полупроводнике. О

Сопротивление полупроводниковой структуры в операторной форме имеет вид

В, (И

p+ выходом блока 5 формирования инжектирующих импульсов, Устройство работает следующим образом.

К клеьи4ам 3 и 4 подключают исследуемую полупроводниковую структуру.

Генератор 1 импуЛьсов вырабаты;вает последовательность импульсов (фиг. 2а), синхрониэирующую работу блока 5 формирования инжектирующих импульсов и блока 6 формирования опорного напряжения и управляющую работой первого и второго блоков .

11 и 12 выборки и хранения (фиг .2б) . .Блок 5 формирования инжектирую.щих импульсов через первый резистор 15 . 2 сопротивлением R, подает на вход операционного усилителя 10 инжектирующие импульсы, полярность которых выбирается в зависимости от типа проводимости. исследуемой полупровод- 2О никовой структуры (для полупроводника и -типа — импульсы положительной полярности, р-типа - отрицательной).

Во время действия инжектирующих импульсов выходное напряжение блока

6 формирования опорного напряжения (фиг . 2д) равно -нулю. В исследуемой полупроводниковой структуре, включенной в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя 10„ задается необходимый ток инжекции, значение которого в течение действия инжектирующего импульса остается неизменнын независимо от уменьшения сопротивления структуры, вызванного . инжекцией носителей зарядов. После окбнчания действия инжектирующего импульса происходит рекомбинация н.н.э. приводящая к увеличению сопротивления полупроводника. Увеличение сопротивления структуры в процес.-4() се рекомбинации происходит в первом приближении по экспоненциальнсжу закону. Сопротивление полупроводни-. ковой структуры

После окончания действия инжекТИ рующего импульса блок 6 формирования опорного напряжения через второй резистор 7 сопротивлением Ко подает на вход операционного усилителя 10 опорное напряжение U« а через масштабирующий преобразователь 9 с коэффициентом передачи К и конденсатор

8 емкостью Co - напряжение КИо.й результате суммирования этих напряжений иэображение по Лапласу выход« кого напряжения операционного усилителя 10 имеет вид (фиг ° 2е)

ОoR g Оо(4 un Ñ

Цо,®= „+ „„, °, PC Rл+ о о р(р+ 1

R р ()О Л () О(2

Ф РС + + . л(р " 1 "о Р "о" ко,с,к, KU<)C Rл л 1 ф ф1

Р+х

Переходя к оригиналам, получаем

"o« "о г - =. КооС Я

Ц и)*д ° — „(1-е ")iau,с, Р,цц, о

U,((),+e,> .аО,c,R,цс)м,e ("" „*) ! ко о

Первый и второй блоки 11 и 12 выборки и хранения, управляемые импульсами с второго и .третьего выходов генератора 1 импульсов (фиг.2 б, в), осуществляют измерение и запоминание мгновенных значений выходного напряжения операционного усилителя 10 в разные моменты времени на определенных этапах рекомбинационного процесса. Блок 13 сравнения осуществляет сравнение выходных напряжений блоков. 11- н 12 выборки и хранения (фиг . 2 ж,з) ° B случае неравенства этих напряжений выходной сигнал блока 13 сравнения (фиг,: 2 и), поступающий на управляющий вход масштабирующего преобразователя 9, изменяет коэффициент передачи К до тех. пор, пока не сравняются выходные напряжения блоков 11 и 12 выборки и хранения, .т.е. пока не будет скомпенсирована изменяющаяся по экспоненциальному закону (фиг ° 2г) часть выходного напряжения операционного усилителя 10. Это происходит при

XCоРг Rç, — - — =о, к=—

Ro (оCî

Измеряя любым известным способом амплитуду выходного напряжения масштабирующего преобразователя 9 ио л и«® К".о о о

1064247 а) в) и!

Составитель Т. Иванова

Редактор A. Orap Техред A. Бабинец, КоРРектоР О. Билак:

3аказ 10527/4S Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 можно судить о значении т.е. времени жизни н.н.з. в полупроводниках.

При наличии нескомпенсированной изменяющейся по экспоненциальному закону составляющей выходного напря.жения операционного усилителя 10 выходные напряжения первого и второ«

ro блоков 11 и 12 выборки и хранения не равны между собой и напряжение на выходе блока 13 сравнения отлично от нуля. Выходное напряжение блока

l3 сравнения, воздействуя на масштабирующий преобразователь 9, изменяет его коэффициент передачи до тех пор, пока не будет сксмпенсирована изменяющаяся по экспоненциальному закону составляющая выходного . напряжения операционного усилителя 10, i

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет автоматизировать операцию контроля времени жизни н.н.з. и тем самщч существенно повысить производительность труда прн

10 выполнении этой операции. при этом также повышается достоверность контроля в результате, устранения ошибок субъективного характера, допускаемых оператором при осциллографических

15 измерениях.