Устройство для измерения концентрации примесей в полупроводниках

Устройство для измерения концентрации примесей в полупроводниках

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Реснубпик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид- ву (22)Заявлено 05.06.80 (21) 2935288/18-21 (53)N. Кл.

G 01 R 31/26 с присоелиненнем заявки.рк (23) Приоритет

9Ьоударспкииый коиитвт

СССР во делан изобретеиий и открытий (53) ЙК 621.382.

3 (088.8}

Опубликовано 30, 04. 82 бюллетень М 16

Дата опубликования описания 30 . 04 .82 (72) Автор изобретения

В.И.Усик

Новосибирский государст венный университет им. Ленинского комсомола (7I ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ

ПРИМЕСЕЙ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ

Изобретение относится к контроль- но-измерительной технике и может быть использовано для определения профиля концентрации легирующих при" месей в полупроводниковых структурах - приборах, пластинах, пленках и т.д.

Известно устройство для определения концентрации примесей в полупроводниках, содержащее первый и второй генераторы высокой частоты, генератор низкой частоты, усилитель, детектор, фильтр, задатчик смещения и усилитель !11 .

Недостатком известного устройства является низкая точность измерения.

Наиболее близким к предлагаемому являет ся устройство для определения концентрации примесей в полупроводниках, содержащее первый и второй избирательные усилители, усилитель, резистор, первый и второй высокочастотные генераторы, линейные детек topbl, фильтр, усилитель постоянного тока, задатчик опорного напряжения, логарифмический усилитель, вычитатель, переменный конденсатор <2).

Недостатком известного устройст" ва является низкая точность измерения, обусловленная тем, что необходимая для измерения разностная частота получается с использованием преобразования, в канале измерения

10 при этом ее подавление во втором усилителе затруднено, а также тем, что иэ-за использования линейных детек" торов величина отношения сигналшум в канале измерения недостаточ"

1$

Цель изобретения - повышение точ. ности измерения концентрации приме" сей.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения концентрации примесей в полупроводниках, содержащее первый избирательный усилитель, второй избирательный усилитель, первый усилитель, соеди924634

1а

3 ненный первым входом через первый резистор с выходом первого генератора, выходом с входом второго усилителя, вторым входом через фильт р с выходом усилителя постоянного тока, соединенного первым входом с выходом задатчика опорного напряжения, логарифмический усилитель, соединенный выходом и входом с первым и

BTopbIM выходами устройства, первые выходы второго усилителя соединены с первыми выводами испытуемого полупроводника, переменного конденсатора соответственно и выходом задат чика смещения, вычитатель, соединенный первым и вторым входами с вторым и первым выходами первого и второго генераторов соответственно, введены переключатель, дешифратор, индикатор, блок конденсаторов, повторитель, второй резистор, блок деления, первый, второй, третий и четвертый синхронные детекторы, соединенные первыми входами с третьим выходом первого генератора, первый выход повторителя соединен с входом первого избирательного усилителя, второй выход - с первым входом второго избирательного усилителя, вход — с вторыми выводами испытуемого полупроводника и переменного конденсатора и первым входом переключателя, соединенного выходом с входом блока конденсатора и входом дешифратора, первый выход которого соединен с вхо35 дом индикатора, второй выход — с вторым входом второго избирательного усилителя, соединенного выходом с первым входом блока деления, второй вход которого соединен с вторым входа дом первого усилителя, выход — с первым входом третьего синхронного детектора, соединенного выходом с входом логарифмического усилителя, вторым входом .с выходом вычитателя, 45 выходом первый синхронный детектор соединен со вторым входом усилителя постоянного тока, первым входом — с выходом первого избирательного усилителя и вторым входом - с вторым входом второго синхронного детектора, соединенного выходом с треtbHM выходом устройства, четвертый выход которого соединен с выходом четвертого синхронного детектора, соединенного вторым входом с вторым выходом второго усилителя, выход второго генератора через второй резистор соединен с первым входом первого усилителя.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Устройство содержит первый l и второй 2 генераторы высокой частоты, первый 3 и второй 4 усилители, задатчик смещения испытуемый полупроводник 6, переменный конденсатор 7, повторитель 8, первый избирательный усилитель 9, первый синхронный детектор l0, усилитель 11 постоянного тока, фильтр 12, второй синхронный детектор 13, второй избирательный усилитель 14, блок 1) деления, третий синхронный детектор 16, логарифмический усилитель 17, четвертый синхронный детектор 18, вычитатель 19, переключатель 20, дешифратор 21, индикатор 22, блок 23 конденсаторов, первый 24 и второй 25 резисторы, задатчик 26 опорного напряжения.

Устройство работает следующий образом.

Высокочастотный сигнал f от генератора 1 через развязывающий резистор 24 поступает на вход усилителя 3, куда поступает также высокочастотный сигнал частотой 1 от ге-, нератора 2. С выхода усилителя 3 усиленный суммарный сигнал поступает на вход усилителя 4, который подавляет комбинационную частоту f,-f, возникающую в усилителе 3, и разде.ляет частоты f, и f так, что на конденсатор 7 и на вход синхронного детектора 18 поступает сигнал с частотой,, а на испытуемый полупроводник 6 - суммарный сигнал частотой

1 + 11 . Конденсатор 7 компенсирует ток утечки, текущий через паразитную емкость испытуемого полупроводника 6 для того, чтобы сигнал на входе повторителя 8 был пропорционален только емкости (С) объединенного слоя полупроводника б. Сигналы с частотой f < и f, проходя через полупроводник 6, выделяются на малом реактивном сопротивлении блока 23 конденсаторов, переключаемых переключателем 20 в зависимости от измеряемой емкости полупроводника б.

Сигналы f и f > поступают на вход повторителя 8, с выхода которого сигнал через измерительный усилитель 9, выделяющий частоту f поступает на входы синхронных детекторов 10 и 13. Опорный сигнал поступает на них от генератора 2 с часто1ой f Детектор 13 настроен

5 9246 на сигнал проводимости, т. е. на выходе его регистрируют сигнал, пропорциональный проводимости G испытуемого полупроводника 6. Сигнал, пропорциональный емкости С полупроподника 6, поступает с детектора 10 на вход усилителя 11 постоянного тока, на второй вход которого поступает опорный сигнал с задатчика 26. Разностный сигнал усиливает 1о усилитель Е 1 и через RC-фильтр 12 подает его на вход усилителя 3.

Обозначим амплитудные значения напряжения сигнала на выходе усилителя 4 через V, на выходе синхронного детектора 10 - 1о, на выходе синхронного детектора 13 — l, тогда о

Чс = Ч-с.д (l)

Vg = V-С ° d, (2) где cL - некоторый коэффициент пропорциональности.

Отрицательная обратнаэ связь с выхода. детектора 10 через блоки 10 и

12 поддерживает напряжение V с точностью 13 при изменении емкости полупроводника не более, чем в 10 раэ (V g - сопы ) . Тогда иэ (1 )

V = " ) (3)

С зо т.е. напряжение на выходе усилите:ля 4, поступающее на полупроводник 6, обратно пропорционально емкости и, следовательно, прямо пропорционально расстоянию Х (глубине).

Это напряжение поступает на синхронный детектор 18, детектируется, подается на стрелочный прибор и на горизонтальную развертку (Х) двухкоординатного самописца.

На выходе синхронного детектора

13 из формул (3) и (2) напряжение

G.cL 1

G (4)

С Q фЯ т.е. обратно пропорционально добротности исследуемого полупроводника, и выводится на измерительный прибор и вертикальный вход самописца, что позволяет снять зависимость Q (Х).

-1

При прохождении сигналов с частотами f u f q через полупроводник 6 они смешиваются на нелинейной емкости образца и на малом реактивном сопротивлении блока 23 выделяется наSS пряжение V < N - — ** М Х, (5)

С где

Й вЂ” концентрация примесей.

34 6

Через повторитель 8 сигнал f поступает на вход избирательного усилителя 14 через фильтр на его входе, подавлякщий частоты f и fg, поступает на блок 15 деления. Блок 1 вырабатывает на выходе сигнал, пропорциональный отношению сигналов на его входах. На один его вход поступает сигнал с выхода фильтра 12, величина которого определяется по формуле (1), а на другой вход — сигнал, определенный иэ формулы (5), и на

его выходе будет напряжение

N VC М .С

С * С т.е. на выходе блока 15 деления сигнал пропорционален концентрации при" месей в полупроводнике. Сигнал с выхода блока 15 поступает на синхронный детектор 16, на который поступает опорный сигнал от вычитателя

19. На выходе вычитателя 19 выделяет сигнал разностной частоты f g

= f1- f2.

Сигнал с выхода детектора 16 поступает на логарифмический усилитель 17. Сигналы с выходов усилителя 17 и синхронного детектора 16 поступают на стрелочный прибор (или цифровой) и на вертикальный вход Y двухкоординатного самописца.

Переключатель 20 диапазона выдает управляющий сигнал, который поступает на шкалу индикатора 22 через дешифратор 21, сигнал с которого управляет шкалой индикатора 22, показывающей степень измеряемой концентрации (10 - 10" ), соответствующую полному отклонению стрелки прибора.

Дешифратор 21 вырабатывает управляющий сигнал, который поступает на из" бирательный усилитель 14, изменяя усиление его в 10 раз при изменении диапазона (шкалы) измерений.

Таким образом, соединение выхода генератора 2 с входом усилителя 3 позволяет без преобразований в канале измерения концентрации получить частоту f > f < - f, оптимально удобную для дальнейших преобразований, упрощает схему подавления час" таты f в выходном устройстве и т,д., позволяет ввести переключатель 20 пределов диапазонов на измеряемой глубине (емкости) обедненного слоя полупроводникового образца. Включе-. ние переключателя диапазонов по глу". бине Х с положением "Калибровка" в

924634 ройство введены переключатель, де1О шифратор, индикатор, блок конденсадом второго избирательного усилите20 ля, вход — с вторыми выводами испыЗО деления, второй вход которого соедиФормула изобретения

Устройство для измерения концентрации примесей в полупроводниках,, содержащее первый избирательный уси . литель, второй избирательный усилитель, первый усилитель, соединенный первым входом через первый резистор с выходом первого генератора, выхо дом с входом второго усилителя, B fo рым входом через фильтр с выходом усилителя постоянного тока, соединен- 50 ного первым входом с выходом задатчика опорного напряжения, логарифмический усилитель, соединенный выходом

: и входом с первым и вторым выходами устройства, первые выходы второго усилителя соединены соответственно с первыми выводами испытуемого полусвидетельство CCCP

01 и 31/26, 1979. техника эксперимен1. Авторское

h" 658507, кл. 6

2."Приборы и та". 1979, Ч 4, цепь обратной связи позволяет измен. ть ток, текущий через образец, т ° е. ртутным зондом одного диаметра вести измерения всего динамического диапазона по измеряемой концентрации и глубине, исключить ошибку, возникающую при измерении образцов с емкостью, меяьшей ЗПФ.

Введение детектора 16 и 18 в цепи измерения концентрации и глубины позволяет увеличить линейность детекторов, увеличить соотношение сигнал - шум, т.е. повысить точность измерений.

Введение детектора tO в цепи обратной связи с опорным сигналом от высокочастотного генератора 1 исключает ошибку, возникающую на выходе линейного детектора известного устройства, который реагирует на комплексную составляющую тока через образец. Это позволяет измерять концентрацию примесей в полупроводниках с низкой добротностью без дополнительных погрешностей.

Введение блоков 21 и 22 и связи с блока 21 на избирательный усилитель 14 позволяет получать истинное значение концентрации Й независимо от положения переключателя 20 диапазонов по глубине и изменения уси. ления в измерительном тракте кон" центрации, а это исключает работу с эталонным образцом по градуировке снятой зависимости концентрации от глубины N (Х)„что упрощает работу с устройст вом. проводника, переменного конденсатора соответственно и выходом эадатчика смещения, вычитатель, соединенный первым и BTopblH входами с вторым и первым выходами первого и второго генераторов соответственно, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в устTQpoB, повторитель, второи резистор, блок деления, первый, второй, третий и четвертый синхронные детекторы, соединенные первыми входами с третьим выходом первого генератора, первый выход повторителя соединен с входом первого избирательного усилителя, второй выход — с первым вхотуемого полупроводника и переменного конденсатора и первым входом переключателя, соединенного выходом с входом блока конденсатора и входом дешифратора, первый выход которого соединен с входом индикатора, второй выход - с вторым входом второго избирательного усилителя, соединенного выходом с первым входом блока нен с вторым входом первого усилителя, выход — с первым входом третьего синхронного детектора, соединенного выходом с входом логарифмического усилителя, вторым входом с выходом вычитателя, выходом первый синхронный детектор соединен с вторым входом усилителя постоянного тока, первым входом — с выходом первого избирательного усилителя и вторым входом — с вторым входом второго синхронного детектора, соединенного выходом с третьим выходом устройст ва, четвертый выход которого соединен с выходом четвертого синхронного детектора, соединенного вторым входом с вторым выходом второго усилителя, выход второго генератора через второи резистор соединен с пер. вым входом первого усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе с. 258-261 (прототип).