Способ измерения характеристик мдп-структур и устройство для его реализации

Способ измерения характеристик мдп-структур и устройство для его реализации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

»щ,Я ЯЦД (6 l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 280377 (21) 2467214/18-25

С 01 и 31/26 с присоединением заявки М 2 475868/18-25 (23) Приоритет

Опубликовано 3005.80. Бюллетень т»о 20

Дата опубликования описания 3005.80

Государственный комитет

СССР

f10 делам изобретений и открытий (53) УДК 621. 382 (088.8) (72) Авторы изобретения

В.И.Милальникас, A.В,Рагаускас и Р.П,Паташюс (71) Заявители

Каунасский политехнический институт им.Антанаса Снечкуса и Институт физики полупроводников AH Литовской ССР (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК МДП-СТРУКТУР

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

Изобретение относится к области измерительной техники, к разделу измерений- параметров полупроводниковых приборов со структурой металл диэлектрик-полупроводник (МДП).

Известны способы измерения характеристик МДП-структур, заключающиеся в подаче на МДП-структуру напряжения . смещения и измерительного сигнала, а также регистрации )изменения во времени параметров измерительного сигнала, Способы осуществляются устройствами измерения характеристик МДПструктур, содержащие МДП-структуру, источник напряжения смещения, источник измерительного сигнала и анали. затор.

Недостатком известных способов является отсутствие возможности одновременного измерения как реактивной {емкости), так и активной (йроводимости) составляющих полного импеданса МДП-структуры и ограничен-. ное быстродействие. Э;"о,. например, не позволяет испольэовать известные способы при измерении характеристик пробоя МДП-структур короткими СВЧимпульсами, длительностью 0,01-1 мкс.30

Прототипом предлагаемого способа является известный способ, заклю- чающийся в подаче, на МДП-структуру напряжения смещения и измерительного сигнала, а также регистрации изменения во времени параметра измерительного сигнала, Устройство для рвализации способа содержит ЬтДП-структуру помещенную в волновод, к которому подключен генератор импульсов

СВЧ-частот, источник напряжения смещения, источник измерительного сигнала и анализатор, Данные способы и устройство имеют недостатки, которые заключаются в малом быстродействии, следствием чего является низкая точность измерения.

Цель изобретения — обеспечение возможности одновременного измерения емкости и проводимости МДП-структуры, а также повькаение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что одновременно с облучением МДПструктуры СВЧ-импульсным электромагнитным полем, на нее подают переменные напряжения двух различных частот ж, и ш, удовлетворяющих условию щ,«шц<((и„, где шо - несущая частота

СВЧ ймпульсов, а в качестве инфор737890 мйционных параметров используют амйлитуды сигналов каждой частоты, выделенных из общего спектра результирующего сигнала на МДП-структуре.

В устройстве поставленная цель достигается тем, что источник измерительного сигнала выполнен н виде ге нератОра тока двух разнесенных по частоте гармонических колебаний, анализатор выполнен в виде двух парал лельных приемников однополосной амплитудной модуляции, причем между точкой соединенйя МДП-структуры с источником измерительного сигнала и входом анализатора введен полосовой фильтр, соединенный последовательно с устройст ом автокомпенсации стационарных составляюших измеритель ного сигнала, который связан с генератором измерительного сигнала, На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для осушестнления способа; на фиг. 2 — спектро-. граммы, поясняюшие его работу, Устройство содержит МДП-структуру 1, помешенную в волнонод 2, к которому подключен генератор 3 им- 25

Пульсон СВЧ, источйик 4 напряжения смешения и источник 5 измерительного сигнала.

Источник 5 измерительного сигнала содержит два параллельных генерато ра 6 и 7 токов двух разнесенных по частоте гармонических колебаний.

-Генераторы 6 и 7 соединены с сумматором 8, ныход которого подключен

"к точке соединения источника 4 на— пряжения смешения и МДП-структуры 1. : Другой электрод МДП-структуры 1 соединен с корпусом нолнонода 2. К выходу сумматора через полосовой фильтр 9 подкЛючен компенсатор 10 стационар;ных составляюших измерительных сигйалов. Компенсатор 10 выполнен, на.пример, s виде двух параллельных канйлов, сбдержаших сумматоры 11 и 12, охваченные цепями автоматической регулировки амплитуды и фазы 45 сигнала компенсации, состоящими из седективных усилителей разностных сигиалов 13, 14 и регулируемых аттенюаторов-фазонрашателей 15, 16.

К выходаМ компенсатсра 10 подключен 5О анализатор 17 измерительного сигнала, который выполнен в виде двух параллельных приемников 18 и 19 од нополосной амплитудной модуляции, " связанных с генераторами 6 и 7 соответственно, причем выходы 20, 21 приемников 18 и 39 являются выходами устрой ст в а.

Устройство работает следуюшим

"" образом, В стационарном режиме, когда СВЧ-импульсов от генератора 3 не 40

--поступает (или в паузах между импульсами) к МДП-структуре 1 прило жены синусоидальные напряжения двух частот щ и ш, поступаюшие с выхода сумматора 8, На фиг. 2 схематически 65 показаны огибаюшие U (w) спектрон сигналов (кривые а, а", б и в) на входе фильтра 9 и частотные зависимости коэффициентов затухания р (UJ) фильтра 9 (криная r), приемника 18 (кривая д) и приемника 19 (криная е), В стационарном режиме на входе фильтра 9 действуют только две спект ральные компоненты с частотами Lu, и щ . Амплитуды и фазы этих компонент определяются стационарными величинами импеданса МДП-структуры 1 на частотах W, и и . В компенсаторе 10 с помошью инерционной автоматической подстройки амплитуд и фаз сигналов, подаваемых с соответствующих генераторов 6 и 7 на регулируемые аттенюаторы-фазоврашатели 15 и 16, производится компенсация ком )онент (Ai< и

Ш в спектре информационного сигнала (фиг. 2), Этим обеспечена независимость метрологических характеристик устройства от стационарных составляю ших измеряемых компонентов импеданса МДП-структуры 1.

В нестационарном режиме, при поступлении СВЧ-импульсов от генератора, н результате разогрева носителей заряда в полупроводнике и диэлектрике, последовательные емкость и проводимость МДП-структуры 1 изменяются вплоть.до пробоя диэлектрика или подложки, При этом на входе фильтра

9 появляется весь спектр СВЧ-импульсов (кривая а, фиг. 2) и спектр видеосигнала (кривая а, фиг. 2) в результате нелинейной. зависимости импеданса МДП-структуры 1 от мошности

СВЧ-импульсов, В предложенном устройстве установленош ))м,, При этом на частоте tu получается информация о последовательной динамической емкости, а на частоте m — о последовательной пронодимостй МДП-структуры. Частотаtu, установлена выше граничной частоты спектра видеосигнала, а частота оз — ниже граничной частог ты спектра СВЧ-импульсов (фиг. 2) .

Реально несущая частота СВЧ-импульсов устанавливается выше 10 МГц, Пробой МДП-структуры наступает при воздействии СВЧ-импульсом, длительностью.порядка 1 мкс. При этом эффек-, тивная ширина спектра видеосигнала имеет порядок 10 МГц, а ширина спектра СВЧ импульса — порядка 1 МГц.

Следовательно, в реальных услови ях неравенство ш )W выполняется строго.

Полосовой фильтр 9 обеспечивает частичное подавление мешаюших сигналов (фнг.2, г). Полезные сигналы, несущие информацию об изменении во времени последовательной емкости

МДП-структуры 1 (огибаюшая спектра этого сигнала вЂ, кривая б на фиг, 2) и era последовательной проводимости (огибаюшая спектра — кривая в на фиг. 2) при ноэдействии СВЧ-импуль737890 сом, выделяются соответственно приемниками 18 и 19, детектируются синхронными детекторами и поступают на выходные зажимы 20 и 21 устройстйа.

При использовании однополосных приемников 18 и 19 в устройстве для осуществления способа обеспечена максимально достигаемая ширйна диапазонов передаваемых частот двух независимых каналов измерения, обеспечивающих воэможность раздельной регистрации быстропротекающих процессов, вызывающих изменение емкости и последовательной проводи мости МДП-структуры. Например, при использовании приемников 18 и 19 с полосой 40 МГц по промежуточной частоте, длительность собственного переходного процесса устройства по обоим каналам имеет порядок 10 нс, что существенно превышает быстродействие известных устройств, Следо-, вательно обеспечено .уменьшение динамической погрешности измерений и увеличена точност-., °

Применение способа измерения характеристик МДП-структур и устройства для его осуществления, вследствие об "печенной возможности одновремен ного измерения емкости и проводимост и МДП-структуры, а также увеличения быстродействия, позволяет получить новую информацию о быстропротекающих злектрофиэических процессах в МДП-структурах, позволяет проводить их динамическое йсследование в ранее недостижимом диапазоне длительностей переходных процессов, обеспечивает повышение точности измерений, Использование изобретения позволит построить быстродействующие контрольно-измерительные установки измерения нестационарных характеристик МДПструктур, предйазначенные для научных исследований и технологического контроля.

Формула изобретения

1. Способ измерения характеристик

МДП-структур, заключающийся в подаче на МДП-структуру напряжения смещения и .измерительного сигнала, а также регистрации изменения во времени параметров измерительного сигнала, о тл и ч а ю шийся,тем, что, с целью одновременного измерения емкости и

t0 проводимости МДП-структур а также повышения точности измерений, одноФ временно с облучением МДП-структуры

СВЧ-импульсным электромагнитным полем, на нее подают переменные напряжения двух различных частоты, и м, удов15 летворяющих условию lgill(

u) — несущая частота СВЧ-.импульсов

Ф a в качестве информациойных параметров используют амплитуду сигнала каждой частоты, выделенных иэ общего спектра результирующего сигнала на МДП-структуре..

2. Устройство для реализации,:спб соба по п.l, содержащее МДП-струкр5 туру, помещенную в волновод, к которому подключен генератор импульсов

СВЧ, источник напряжения смещения, источник измерительного сигнала и анализатор, отличающее с я тем, что источник измерительного сигнала выполнен в виде генератора тока двух разнесенных по частоте гармонических колебаний, анализатор выполнен s виде двух параллельных приемников однополосной амплитудной модуляции, причем между точкой соединения МДП-структуры с источником измерительного сигнала и входом анализатора введен полосовой фильтр соединенный последовательно с

40 устройством автокомпенсации стационарных составляющих измери-тельного сигнала, которой свя-зан с генератором измерительного сигнала.

737890

Составитель Т.Дозоров

Техред Н .Ковалева Корректор Г. Назарова

Редактор Н, Коляда

Филиал ЛПП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 2657/27 Тираж 1019 . Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, москва, Ж-35, Рауиская наб., д, 4/5