Устройство для регистрации вольт-фарадных характеристик

Устройство для регистрации вольт-фарадных характеристик

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

:Ф

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву 9658508 (22) Заявлено 070778 (21) 2637833/18-25 (5 ) М Кл. с присоединением заявки ЙВ (23) Приоритет

6 01 и 31/26

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открыти и

Опубликовано 15.09.80. Бюллетень М9 34

Дата опубликования описания 150980 (53) УДК 621. 382. 2 (088. 8) В.Г. Путилов, B.Ô. Рыжов, Б.В. Цыпин и В.И. Рябинин (72) Авторы изобретения

Пензенский филиал Всесоюзного научноисследователького технологического института приборостроения (71) Заявитель (54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ВОЛЬТ-ФАРАДНЫХ

ХАР АКТЕР И CTH К

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для проведения контроля качества и исследования структур типа металл- 5 диэлектрик-полупроводник (МДП-структур) в процессе производства интегральных схем на их основе.

По основному авт.сн. Р 658508 известно устройство для регистрации вольт-фарадных характеристик (1) .

Однако у этого устройства невысокая точность измерения такого важнейшего параметра исследуемой МДП— структуры, как емкость полупроводника из-за использования неточной элек15 трической схемы замещения МДП-структуры, состоящей из параллельно соеди ненных эквивалентной емкости структуры и сопротивления утечки.

Цель изобретения — повышение точности измерения параметров МДП-структуры.

Это достигается тем, что в устройство дополнительно введены блок уп- 25 равления, первый ключ, второй сумматор, нуль-орган, запоминающее устройство, второй управляющий. делитель напряжения, соединенный по первому входу с выходом второго операционного30 усилителя, по второму нходу с выходом запоминающего устройства, а по выходу с перным входом второго сумматора и через первый вход первого ключа с третьим входом Первого сумматора, вторым ключом, соединенным по первому входу с выходом второго сумматора, по второму входу - с первым выходом блока управления,по третьему входу — с вторым выходом блока управления, первым входом запоминающего устройства, вторым входом первого ключа, управляющим входом программируемого источника смещения, а по выходу — с вторым входом запоминающего устройства и через нуль-орган с третьим входом запоминающего устройства и третьим входом первого ключа, второй вход второго сумматора соединен с ныходом первого ключа, нторой вход второго сумматора соединен с выходом генератора синусоидальных напряжений.

Благодаря введенным дополнениям такое устройство позволяет раздельно измерять емкости полупроводника и диэлектрика, а также сопротивление утечки. полупроводника, и регистри763821

Ровать такие важнейшие параметры

ИДП-структуры, как емкость полупроводника и проводимость утечки н зависимости от приложенного напряжения смещения, так как н нем для повышения точности измерения использона« иа уточненная электрическая схема

5 замещения ЬЩП-структуры, н которой по сравнению с ранее использованной схемой эквивалентная емкость структуры заменена последовательно соединенными емкостями диэлектрика и полупроводника.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Оно содержит генератор синусоидального напряжения 1, объект измерения 2, программируемый источник смещения 3, управляемый делитель напряжения 4, образцовое сопротивление 5 (Rp), первый операционный усилитель 6, ныпрямитель 7, самописец 20

8, индикатор синфазности 9, иннертор

10, второй операционный усилитель 11, образцовые конденсаторы 12 (С1), 13 (СЗ), 14 (С2), первый сумматор 15, фильтр нижних частот 16, регулирь е- 25 мое сопротивление 17, блок управления 18, первый ключ 19,. второй сумматор 20, нуль-орган 21. запоминающее устройство 22, второй управляемый делитель напряжения 23, второй ключ 24З0

Устройство работает следующим образом.

Б начальный момент времени по команде блока управления 18 размыка- 35 ются ключи 19 и 24, сбрасынается н исходное состояние запоминающее устройство 22, к контролируемой МДПструктуре 2 прикладывается через сумматор 15 сумма синусоицального напряжения требуемой частоты Up от генератора 1 и линейно изменяющегося напряжения смещения 0Э от программируемого источника смещения 3, вводящего МДП-структуру 2 н режим сильного обогащения (положительное для Я структуры и-тига и отрицательное для структуры р-типа). Напряжение на выходе операционного усилителя

11 равно:

Ср Р,„Сн Р+ 4 5О (3)

ОС P (C,t-, )P„ где U — напряжение на выходе генератора синусоидального напряжения 1;

С вЂ” емкость диэлектрика;

С - образцовый конденсатор 12,"

C„ — емкость полупроводника;

R — сопротивление утечки полупроводника;

Р jЬ) — оператор выражения.

В режиме обогащения емкость. полупровоцника настолько велика, что емкость МДП-структуры практически равна емкости диэлектрика. Следовательно, в режиме обогащения С>>> С, а 65 напряжение на выходе операционного усилителя 11 с

Он-Оо —

С2

При этом напряжение U2 на выходе делителя напряжения 23 равно

02=0, ), = Оо — К с, 2 где К вЂ” коэффициент передачи регу2 лируемого делителя напряжения 23.

Через время от начала измерения, достаточное для смещения МДП-структуры в режим глубокого обогащения, по команде блока управления 18 замыкается второй ключ 24.

Напряжение U на выходе второго сумматора 20, равнОе U4 = U2 - Up через замкнутый ключ 24 и запоминающее устройство (ЗУ) 22 подается на регулирующий вход второго регулируемого делителя напряжения 23 и изменяет его коэффициент передачи К2.Как

С2 только K станет равным К2-- —,напряже2=C„ ние на выходе второго сумматора 20 — "p =. О, и по команде нульоргана 21 запоминающее устройство

18 поддерживает коэффициент передачи К регулируемого делителя наС пряжения 23 равным К2= —, кроме с, того, открывается ключ 19, и на третий вход сумматора 15 подается выходное напряжение регулируемого делителя напряжения 23 02 . Напряжение на выходе сумматора 15 U+ равно:

U 0 +Uý+02

5 О где U — напряжение на выходе источника смещения 3.

Напряжение на выходе второго операционного усилителя 11 равно: где Z — комплексное сопротивление

МДП-структуры 2.

После смещения МДП-структуры 2 в интересующую область (нывода МДПструктуры 2 из режима обогащения) напряжение на выходе второго операционного усилителя 11 равно (PC 2и,=((,(, „p (,)

Cz

Учитывая, что 02 = О . К2,аК2- —, 7 выражение (2) можно переписать:

Спп р) „„С

Напряжение U на выходе первого операционного усилителя 6 равно: (СъСьп к

763821

Таким образом, сравнение данного устройства с известным показало, что точность измерения параметров

МДП-структуры значительно выше за счет прямого измерения и регистрации емкости полупроводника без пересчета ее из эквивалентной емкости структуры, Это повышает эффективность использо- . вания устройства в производстве.

40 где К4 — коэффициент передачи управляемого делителя напряжения 4. Индикатор синфазности 9 сравнивает фазы напряжений 00 и U6 и регулирует коэффициент передачи управляемого делителя напряжения 4 до достижения условия равенства мнимой части последнего выражения нулю.

При этом î 3 о

Р„С2 Р, Сэ С, (3)

Спп

Напряжение 0ь с выхода усилителя

6 выпрямляется и подается на вертикальный вход самописца 8, на горизонтальный вход которого подается напряжение смещения от источ.ника 3. Из выражения (3) видно,что погрешность измерения емкости Сх 20 определяется лишь нестабильностью

Ц> и образцовых элементов.

Для исключения влияния напряжения смещения на режим операционного усилителя 11 по постоянному току в схему включены фильтр нижних частот

16, регулируемое сопротивление 17 и инвертор 10. На сопротивление 17 подается инвертированное напряжение смещения. Поступающая с фильтра 16 постоянная составляющая выходного З0 напряжения операционного усилителя

11 регулирует величину сопротивления 17 так, чтобы постоянное напряжение на выходе операционного усилителя 11, а следовательно, и на его 35 входе поддерживалось равным нулю.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет измерять параметры

МДП- структур по более точной трех° элементной схеме замещения, что исключает методические погрешности измерения С „ и R п„,а также расширяет его функциойальные возможности.

Погрешности за счет использования в известном устройстве неполной (двухэлементной) схемы замещения можно оценить следующим образом.

С помощью известного устройства измеряется эквивалентная емкость СЭ, состоящая из емкости диэлектрика С и емкости полупроводника C„: с,c„.c„

С +С„

Зная значение C (измеряется в режиме обогащения МДП структуры) и значение Сэ, можно, используя выражение (4), рассчитать C„ в интересующей области.

Формула изобретения

Устройство для регистрации вольтфарадных характеристик по авт.св.

Р 658508, о.т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения параметров МДП-структуры, в него введены блок управления,первый ключ, второй сумматор, нульорган, запоминающее устройство,второй управляемый делитель напряжения, соединенйый по первому входу с выходом второго операционного усилителя, а по второму входу с выходом запоминающего устройства, а по выходу — с первым входом второго сумматора и через первый вход первого ключа с третьим входом первого сумматора, вторым ключом, соединенным по первому входу с выходом второго сумматора, по второму входу— с первым выходом блока управления, по третьему входу — с вторым выходом блока управления, первым входом запоминающего устройства, вторым входом первого ключа, управляющим входом программируемого источника смЬщения, а по выходу — с вторым входом запоминающего устройства и через нуль-орган с третьим входом запоминающего устройства и третьим входом первого ключа, второй вход второго сумматора соединен с выходом генератора синусоидальных напряжений.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе, 1 ° АвтоРское свидетельство СССР

658508, кл. G 01 R 31/26, 1977.

763В21

Составитель В. Брез галов

Техред T.Ìàòî÷êà. Корректор И. Муска

Редактop Г. Нечаева

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

Заказ б274/39 Тираж 1019 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и .открытий

113035, Москва, Ж-j5, Раушская наб., д. 4/5