Определитель типа электропроводности

Полезная модель относится к измерению типа электропроводности полупроводниковых материалов методом термозонда. Предложена конструкция полезной модели определителя типа электропроводности, отличительной особенностью которой является замена нуль-гальванометра на встречно включенные светодиоды. Конструкция полезной модели состоит из портативного корпуса и двух зондов, прикладываемых к образцу. В корпусе расположены электронная плата с усилителем и встречно включенными светодиодами разного света и спиральный нагреватель одного из зондов Один из зондов, острие которого нагревается, жестко крепится к электронной плате, второй его конец выведен из корпуса. Второй зонд соединяется с измерительной электронной платой гибким проводом. Материалом зонда монда может быть любой неокисляющийся на воздухе металл (медь, латунь, алюминий, вольфрам). Питание определителя осуществляется от стандартного сетевого адаптера 12 В или аккумуляторной батарее того же номинала. Миниатюризация элементов конструкции позволяет сделать устройство удобным для размещения его в руке оператора.

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам, применяющимся для контроля полупроводниковой технологии.

Тип электропроводности (электронный или дырочный) полупроводниковых пластин и слитков определяют методом термоЭДС (Батавии В.В., Концевой Ю.А., Федорович Ю.В. Измерение параметров полупроводниковых материалов и структур. М.: Радио и связь. 1985. - 264 с). В качестве индикатора типа электропроводности обычно используют нуль-гальванометры. Это делает устройства громоздкими, легколомающимися. Вместе с тем существует потребность в портативных определителях типа электропроводности. В первую очередь они предназначены для сортировки скраба (отходов калибровки слитков), который используется для производства мультикристаллического кремния для солнечной энергетики.

Аналогом патентуемого устройства является прибор, описанный в патенте 561157 «Устройство для определения типа проводимости полупроводников», в котором определение типа проводимости производится по определению знака термоЭДС при помощи нуль-гальванометра, а контакты для простоты измерения выполнены в виде обкладок конденсатора. Недостатками данной конструкции являются ее массивность, необходимость использования громоздкого и хрупкого нуль-гальванометра, а также необходимость использования образцов специальной формы с омическими контактами.

Прототипом патентуемого устройства является прибор, описанный в патенте RU 2069416 «Способ определения типа электропроводности полупроводниковых образцов», в котором определение типа электропроводности на основе эффекта термоЭДС предлагается определять по отклонению стрелки нуль-гальванометра. Недостатками данной конструкции являются массивность подобной установки и ее хрупкость.

Техническим результатом является возможность создания легкого портативного устройства.

Технический результат достигается за счет использования электрической схемы, в которой нуль-гальванометр заменен двумя параллельно подключенными к выходам горячего и холодного зондов светодиодами с различным светом свечения (красным и зеленым). В зависимости от знака термоЭДС загорается один из светодиодов.

Целью предлагаемой полезной модели является упрощение электрической схемы регистрации знака термоэдс, что позволяет создать портативную конструкцию определителя типа электропроводности полупроводниковых материалов как регулярной (пластины, слитки), так и произвольной формы.

Предлагаемая полезная модель конструкции устройства определителя типа электропроводности состоит из электронной платы, размещенной в корпусе, нагревателя зонда и двух зондов - горячего и холодного. Идея конструкции полезной модели определителя типа электропроводности иллюстрируется чертежом.

На чертеже представлена схема определителя типа электропроводности методом термозонда, в которой операционный усилитель типа ОР90, работающий в активном режиме, усиливает напряжение между холодным и нагретым зондами, возникающее при приложении зондов к поверхности измеряемого образца. Нагретый зонд подключен к неинвертирующему выводу 3 операционного усилителя. Второй контакт подключается к выводам индикаторных диодов. Светодиоды подключены параллельно во встречном направлении, поэтому в зависимости от знака сигнала термоЭДС от образца включается в прямом направлении один из светодиодов: зеленый для n-типа и красный для p-типа. В схеме используются C-фильтры на входе операционного усилителя для устранения помех, создаваемых переменной составляющей тока и стабилитроны для стабилизации подаваемого сигнала. Питание осуществляется от адаптера питания, рассчитанного на стабилизированное напряжение 12 В и ток 300-500 мА, Преимущество данного прибора состоит также в том, что его работа возможна от аккумуляторного блока.

Нагреваемый зонд жестко закрепляется на электронной плате и выводится в отверстие корпуса наружу. Второй зонд присоединяется к измерительной плате гибким проводом. Материалом зонда может быть любой неокисляющийся па воздухе металл (медь, латунь, алюминий, вольфрам).

Использование приведенной стабилизированной схемы для регистрации термоЭДС позволяет увеличить чувствительность прибора и расширить диапазон сопротивлений, в котором индикатор работает. Для индикации используются слаботочные светодиоды световой мощностью до 15 мКд типа L-1154 GD, L-1154 HT, что также увеличивает чувствительность определителя. Так, по рекомендациям отечественного и международного стандартов (Стандарт ASTM F 42 «Стандартный метод измерения типа электропроводности легированных полупроводниковых материалов», ГОСТ 19658-81 «Кремний монокристаллический в слитках. Технические условия». Приложение 2 (обязательное) Определение типа электропроводности.) в отношении монокристаллического кремния метод применим до удельного электросопротивления, не превышающего 1000 Ом-см. Предложенный определитель на основе светодиодной индикации гарантировано определяет тип электропроводности монокристаллического кремния с удельным электросопротивлением до 50000 Ом·см.

Вес определителя не превышает 200 г., линейные размеры - единиц сантиметров. Корпус изготавливается удобным для размещения его в руке оператора.

Определитель типа электропроводности полупроводниковых пластин и структур методом термозонда, состоящий из портативного корпуса, в котором расположены электронная плата с усилителем и двумя светодиодами, зеленым для n-типа и красным для р-типа проводимости, к которой подключены измерительные зонды, и спиральный нагреватель зонда, при этом светодиоды подключены к зондам через операционный усилитель параллельно и разной полярностью.

РИСУНКИ