Устройство для измерения электрофизических параметров мдп- структур

Устройство для измерения электрофизических параметров мдп- структур

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалкстическнх

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, саид-ву— (22) Заявлено 04.07.80 (21) 2951545/18-21 (51) М;Кл

G 01 R 31/26 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) ПриоритетОпубликовано 150482. Бюллетень ¹ 14 (53) УДК 621. 382.. .3(088 ° 8)

Дата опубликования описания 15.04.82 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ

ПАРАМЕТРОВ МДП-СТРУКТУР

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для проведения контроля качества МДП-структур в процессе их производства.

Известно устройство для измерения параметров МДП-структур, содержащее генератор синусоидального напряжения, источник смещения, управляемый делитель напряжения, образцовое сопротивление, первый операционный усилитель, выпрямитель, самописец, индикатор синфазности, инвертор, второй операционный усилитель, образцовый конденсатор, сумматор, фильтр нижних .частот, регулируемое:сопротивление (1) .

Йедостатком данного устройства является невысокая точность измерения реальных параметров МДП-структур:изза использования неточной схемы их замещения.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для регистрации и измерения вольт-фазовых характеристик., содержащее генератор синусоидального напряжения, объект измерения, программируемый -источник смещения, управляемый делитель напряжения, образцовый регистр, первый операционный усилитель, выпрямитель, регистратор,индикатор синфаэности, инвертор, второй операционный усилитель, образцовые конденсаторы, первый сумматор, фильтр нижних частот,. регулируемый резистор, блок управления, первый ключ, второй сумматор нуль органа, запоминающий блок, второй управляемый делитель напряжения, второй ключ (2).

Недостатком известного устройства является невысокое быстродействие измерения напряжения плоских эон и порогового напряжения. При использовании устройства необходимо объект измерения ввести в режим сильного обогащения, после чего измерить емкость диэлектрика и компенсировать ее значение. Затем, изменяя значение напряжения смещения, измеряют вольтФарадовую характеристику (ВФХ) исследуемой МДП-структуры. Сравнивая идеальную и измеренную ВФХ и определяя смещение измеряемой ВФХ относительно идеальной, определяют напряжение плоских зон, Следовательно, ис поль зов ание устройства предполагает измерение полной ВФХ исследуемого объекта, что требует существенных затрат времени. Кроме того, требуется большой объем вычислений для определения теоретической ВФХ, а

920582 также графическая обработка теоретической и экспериментальной зависимос-. ти, что дает дополнительную.погрешность и требует дополнительных затрат времени.

Целью изобретения является повыше;5 ние быстродействия устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения электрофизических параметров МДП-структур, 1Р содержащее первый и второй сумматоры, управляемый делитель напряжения, генератор синусоидального напряжения, ключ, соединенный первым входом с выходом блока управления и первым входом програмируемого источника смещения, образцовый резистор, соединенный первым выводом с входом первого операционного усилителя, выход которого соединен через последовательно соединенные разделительный конденсатор и объект измерения с еГо входом и первыми входами первого сумматора и первого выпрямителя, резистор, соединенный первйм входом с выводом программируемого источника смещения, входом. объекта измерения и выводом разделительного конденсатора, вторым входом — с выходогл фильтра нижних частот, третьим входом — c выходом первого фазораэделителя, четвертым входом — с выходом второго фазоразделителя, пятым входом — с выходом первого выпрямители, в него введены анализатор, блок уставок, фаэосдвигающий элемент и элемент задержки, 35 соединенный входом с выходом генератора синусоидального напряжения и вторым входом ключа, выходом ; с третьим входом ключа, выход второго выпрямителя соединен с первым входом 4О управляемого делителя напряжения, вход — с выходом ключа, вторым выводом образцового регистра, вторым входом управляемого делителя напряжения, первыми входами первого и второго 45 фазоразделителей, вторые входы которых соединены с выходом второго сумматора, соединенного первым входом первого сумматора, второй вход которо-го соединен с выходам фазосдвигающего элемента, соединенного входом с выходом управляемого делителя напряжения, входом фильтра. нижних частот, с вторым входом первого сумматора, выход которого соединен с третьим входом управляемого делителя напряжения,5 первые входы анализатора и блока установок соединены с выходом первого фазоразделителя, выход анализатора соединен с вторым входом блока уставок и вторым входом программируемого 60 источника смещения, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с шестым и седьмым входами регистратора и первым и вторым выходами блока уставок, соединенного 65 третьими входом с выходом блока управления.

Блок уставок содержит первый и второй блоки памяти, первый и второй элементы сравнения, соединенные первыми входами с первыгли входами первого и второго блоков памяти и первым входом блока уставах,. вторыми входами — соответственно с выходами первого и второго блока памяти, выходами - соответственно с первым и вторым1выходами блока уставок, соединейного вторым входом с вторыми входами блоков памяти, третьи входы которых соединены с третьими входами блока уставах.

Управляемый делитель напряжения содержит первый, второй и третий резисторы, второй операционный усилитель соединенный выходом с выходом делителя напряжения и первым резисто- . ром, второйвывод которого соединен с входом второго операционного усилителя и через второй и третий резисторы - соответственно с первым и вторым входами делителя напряжения.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства; на фиг 2 — вре» менные диаграммы ега работы.

Устройство содержит генератор 1 синусоидального напряжения, объект

2 измерения, программируемый источник 3 смещения, управляемый делитель

4 напряжения, образцовый резистор 5, первый. операционный усилитель 6, первый выпрямитель 7, регистратор 8, образцовый конденсатор 9, первый сумматор 10, фильтр 11 нижних частот, блок 12 управления, ключ 13, второй сумматор 14, первый фаэоразделитель

15, второй фазоразделитель 16, элемент 17 задержки, второй выпрямитель.

18, фаэосдвигающий элемент 19, анализатор 20, блок 21 уставок.

Управляемый делитель напряжения 4 включает второй 22 и третий 23 резисторы, первый резистор 24 и второй операционный усилитель 25.

Блок уставок 21 содержит первый

26 и второй 27 блоки памяти, первый

28 и второй 29 элементы сравнения.

Устройство работает следующим образом.

В начальный момент времени по команде блока 12 управления закрывается ключ 13, сбрасываются в нулевое состояние блоки 26 и 27. Па сигналу с элемента 17 задержки в момент времени to (фиг.. 2) открывается ключ 13.

К образцовому резистору 5 прикладывается синусаидальное напряжение Ug

0Ьх Uo Si n u) гк где 0О- амплитуда тестового сигнала; ц — круговая частотау

- врегля.

920582

9,о иВ =u6x t a> г

С„, R>- емкость и сопротивление полупроводника объекта измере ния 2 (МДП-структуры);

P — оператор Лапласа.

Оригинал функции (1) имеет вид: где

1,1

) о .ю с К.а " () $1П u0tj) е ббпр CQS >>" коапп(+ >) Из выражения (2) следует, что постоянная составляющая напряжения Viva выхоце операционного усилителя 6 про порциональна емкости С . Первый сум-gp матор 10 сравнивает постоянную состав ляющую напряжения 0 на выходе операционного усилителя 6 с постоянной сос тавляющей напряжения U . на выходе управляемого делителя напряжения 4. Ha- 25 пряжение Ug рав но:

01 = Оа К1+ Ubg где Uä — значение найряжения на выходе второго выпрямителя 18, К1 — коэффициент Передачи управляемого делителя напряжения 4

Напряжение О на выходе первого сумматора 10 равно:

При условии, что -1-=1(при соотК2 ветствующем подборе определенной частоты u) тестового сигнала 06„.

9Ün

Р,о <> 1> С

Напряжение U поступает на информационные входы первого и второго 16 фазоразделителей на. управляющие входы которых подается напряжение О „с выхоца ключа 13. При этом напряжение

Ов с выхода первого фазоразделитедя

15, равное где К5- коэффициент пропорциональности фиксирует регистратор 8, что позволяет определить величину С.п.

Напряжение U с выхода второго фазо7

Разделителя 16, равное

U7 =USX КЧ < —" (6/ где К1 - коэ Лициент пропорциональности фиксирует регистратор 8, что позволяет определить В, 1 1

Ох С)о К1 Ио 4,>0 Г I

Напряжейие tl6 с выхода первого фазоразде елителя 15 поступает на вход анализатора 20, входы первого 26 и второго 27 аналоговых блоков памяти.

Напряжение U с выхода первого блока памяти, равно

0ф = 06. С7) где К8=Д,5 — коэффициент передачи первого блока памяти 26, учитывающий необходимый для измерения 0 >ор уровень напряжения смещения на объекте 2.

Напряжение Оя поступает на первый вход элемента сравнения 28.

Н пряжение U с выхода второго блоа

Я

Кюм ка памяти 27 равно 0 - 06 . 9, гце К9((— коэффициент передачи второ- го блока памяти 27, учи, тывающий необходимый для измерения Ugy> уровень на(1 и 1-)о < - 1->о К„,>1

Поскольку величина емкости разде лительного конденсатора 9 (С ) вы- . бирается таким образом, что С,,УСд, С вЂ” емкость диэлектрика объек- 5

Д та измерения 2 (МДП-структуры), то напря>кение 06 на выходе,операционного усилителя 6 равно

Напряжение О> регистрирует коэффииент передачи К1 регулируемого делиЦ

U. теля напряжения 4 до тех пор, пока

1О сиганет равным нулю. При U = 0 к= —" ()

Напряжение О на выходе фильтра 11 4 нижних частот, равное, фиксиРУет регистратор О, что позво- 5

50 ляет определить величину С>

Напряжение 04 на выходе сумматора

14 равно

Uq -0S где U =U „К вЂ” напряжение на выходе фазосдвигающего элемента 11, коэффициент передачи фазосдвигающего .элемен- та 19. 60 1

u„: us -оь б — = u,(-;ц- Rn, 4 1 1%2

Ь Г С . p и и.=ць .,„., И " 0 7

920582 пряжения смещения,на обьек. те 2.

После открывания ключа 13 с выхода программируемого источника 3 смещения на объект 2 измерения поступает напряжение, смещающее объект 2 из- 5 мерения в область глубокой инверсии.

При этом емкость С уменьшается, следовательно, напряжение 06возрастает (фиг. 2). Как только значение емкости Са достигает минимального значения!0 что соответствует максимальному значению напряжения 0к и фиксируется анализатором экстремума 20, по его команде блок памяти 26 выдает на выходе "напряжение 15

US = U5max (8)

Блок 27 памяти выдает на выходе напряжение

"g = "6max» (9)

После определения величины Ол и

09 источник 3 смещения на объект 2 измерения задает напряжение, под действием которого эначен .:е емкости Сп начинает возрастать. При равенстве текущего значения напряжения 04„ на выходе фазоразделителя 15 и значения, напряжения U на выходе первого блока 26 памяти по сигналу элемента 28 сравнения источник 3 прекращает изменение напряжения смещения, а достигнутое значение этого напря>кения фиксируется регистратором 8 как пороговое напряжение 0,>д . Далее источ ник 3 изменяет значение напряжения смещения на объекте измерения 2 до достижения равенства значения напряже 3 ния U@ на выходе фазоразделителя 15 значению напряжения Ug на выходе блока 27 памяти. В момент равенства 0 и U по сигналу элемента 29 сравнеЯ ния источник 3 прекращает изменение 40 напряжения смещения, а достигнутое значение этого напряжения фиксирует регистратор 8 как напряжение плоских зон UF/

Таким образом, эа счет введения . 45 элементов 17 и 19, блоков 20 и 21 отпадает необходимость регистрировать

ВФХ, вычислять идеальную ВФХ, сравнивать идеальную и измеренную ВФХ, что повышает бйстродействие измерения на", 50 пряжения плоских зон и порогового на пряжения и, следовательно, быстродействие устройства.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения электрофиэических параметров МДП-струк- тур, содержащее первый и второй сумматоры, управляемый делитель напряжения, гвнератор синусоидального напря-60 жения, ключ, соединенный первым входом с выходом блока управления и первым входом программируемого источника смещения, образцовый резистор, соединенный первым выводом с входом пер-65 вого операционного усилителя, выход которого соединен через последователь ное соединение разделительный конден-, сатор и объект измерения с его входогл и первыми входами первого сумматора и первого выпрямителя, регистратор, соединенный первым входом с. выходом программируемого источника смещения, входом объекта измерения и выводам разделительного конденсатора, вторым входом — с выходом фильтра нижних частот, третьим входом — с выходом первого фазоразделителя, четвертым входом — с выходом второго фазораэделителя, пятым входом — с выходом первого выпрямителя, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, в него введены анализатор, блок уставок, фазосдвигающий элемент, элемент задержки, соединенный входом с выходом генератора синусоидального напряжения и вторым входом ключа, выходм— с третьим входом ключа, выход второго выпрямителя соединен с первым входом управляющего делителя напряжения, вход — с выходом ключа, вторым выводом образцового резистораiBTopHM входом управляемого делителя напряжения, первыми входами первого и второго фазоразделителей, вторые входы которых соединены с выходом второго сумматора, соединенного первым входом с первым входом первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом фазосдвигающего элемента, соединенного входом с выходом управляемого делителя напряжения, входом фильтра.нижних частот, с вторым входом первого сумматора, выход которого соединен с третьим входом управляемого делителя напряжения, первые входы анализатора и блока уставок соединены с выходом первого фазоразделителя, выход анализатора соединен с вторым входом блока уставок и вторым входом: программируемого источника смещения, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с шестым и седьмым входами регистратора и первым и вторым выходами блока уставок, соединенного третьим входом с выходом блока управления.

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я. тем, что блок уставок содержит первый и второй блоки памяти, первый и второй элементы сравнения, соединенные первыми входами первого и второго блоков памяти и первым входом блока уставок, вторыми входами - соответственно с выходами первого и второго блоков памяти, выходами — соответственно с первым и вторым выходами блока уставок, соединенного вторым входом с вторыми входами блоков памяти, третьи входы которых соединены с третьим - входом блока уставок.

920582

3. Устройство по п. 1, о т л ич а а щ е е с я тем, что управляемый делитель напряжения содержит первый, второй и третий резисторы, второй операционный усилитель, соединенный выходом с выходом делителя напряжения и первым резистором, второй вывод которого соединен с входом вто-рого операционного усилителя и через второй и третий резисторы — соответ10 ственно с первым и вторым входами делителя напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР, М б58508, кл.C 01 К 31/26, 1979.

2. Авторско*е свидетельство СССР по заявке В 2637833/18-21, . кл. G 01 к 31/2б, 1978 (прототип) °

920582

Ревущая

>аор ю

Составитель В . Дворкин

Редактор И.Недолуженко Техред M.Teïåð- Корректор, Г.Огар

Заказ 2331/49 Тираж 719 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент" г.ужгород, ул. Проектная, 4