Измеритель характеристик диодной структуры

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскин

Соцналмстнчесимн республик (iii938170 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 17. l 2. 80(21) 3221362/18-21 с присоединением заявки Ля (5 l ) M. Кл.

G 01 R 17/10

3Ъеударстаанны6 коинтот

СССР

Ilo донам нзобретеннй н открытий (23) Приоритет (53) УДК 621.317.

° 733(088.8) Опубликовано 23. 06. 82. Бюллетень ¹ 23

Дата опубликования OflHcBHHR 23.06.82 (72) Автор изобретения

A. А. Чеснис

Ордена Трудового Красного Знамени институт физики полупроводников АН Литовской ССР (71) Заявитель (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ХАРАКТЕРИСТИК ДИОДН0 1

СТРУКТУРЫ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть испоЛьзовано для измерения электрических характеристик полупроводниковых структур, содержащих потенциальный барьер.

Известен измеритель характеристик диодной структуры, выполненный в виде симметричного моста, в диагональ питания которого включен источник импульсного напряжения сложной формы.

Она представляет собой три импульса, два из которых сдвинуты относительно друг друга и наложены на третий прямоугольныи импульс (lJ. 15

Недостатком указанного устройства является то, что при его помощи нельзя определить зависимости параметров эквивалентной схемы исследуемой структуры от частоты переменного 2о напряжения.

Наиболее близким техническим ре.шением является измерительный мост, содержащий клеммы в плече измерения

2 для подключения испытуемого объекта, два переменных резистора и переменный конденсатор, включенных в плечо сравнения по трехэлементной эквивалент". ной схеме полупроводникового диода, два резистора в плечах отношения, осциллограф с дифференциальным входом в диагонали индикации и источник импульсов напряжения сложной формы в диагонали питания. Электрический сигнал на выходе этого источника имеет форму двух прямоугольных импульсов, которые наложены друг на друга. Вершина верхнего импульса при этом модулирована синусоидой (2

Характеристики, которые можно измерить при помощи данного моста, содержат сравнительно мало информации о глубоких примесных центрах в полупроводнике, из которого изготовлена исследуемая структура. Из них,. например, нельзя получить данных о вероятности заполнения этих уровней, о коэффициентах захвата ими

40

3 93317 носителей заряда, а при наличии двух типов центров (донорных и акцептор-, ных) также и об их энергии активации. Такую инфармацию в принципе можно получить, исследуя изменение во времени барьерной емкости структуры при темновой перезарядке глубоких примесных центров, происходящей при переключении структуры от прямого ро обратного напряжения. Од- 10 нако, для осуществления этого способа измерения известное устройство может быть применено только в том случае, когда время релаксации барьерной емкости при переключении намного больше времени, необходимого для уравновешивания моста.

Цель изобретения — расширение диапазона измерения.

Эта цель достигается тем, что измеритель, выполненный в виде симметричного моста и содержащий клеммы для подключения испытуемой структуры в плечо измерения, два переменных резистора и перемен

25 ный конденсатор, включенных в плечо сравнения по трехэлементной эквивалентной схеме полупроводникового диода, два резистора в плечах отношения, осциллограф с дифференциальным входом в диагонали индикации и источник импульсов напряжения сложной формы, состоящий из двух генераторов прямоугольных импульсов напряжения смещения и уравновешивания, источника переменного напряжения уравновешивания, двух сумматоров, ограничителя и блока сдвинутых импульсов запуска, снабжен источником напряжения возбуждения, вторым блоком сдвинутых импульсов запуска, двухканальным коммутатором с блоком коммутирующего напряжения, выход которого подключен к диагонали питания моста, а к его различным входам подключены источники напряжения сложной формы и напряжения возбуждения, вход запуска последнего соединен с одним из выходов второго блока сдвинутых импульсов запуска, к второ- 50 му выходу которого подключен блок коммутирующего напряжения и первый блок сдвинутых импульсов запуска.

На чертеже представлена блок схема измерителя характеристик диодной структуры.

Измеритель содержит переменные резисторы 1 и 2, переменный конден0 4 сатор 3, резисторы 4 и 5, измеряемую, диодную структуру 6,генераторы и 8 импульсов напряжения смещения и уравновешивания. соответственно, источник 9 переменного напряжения уравновешивания, сумматоры 10 и 11, ограничитель 12, блоки 13 и 14 сдвинутых импульсов запуска, источник

1 напряжения возбуждения, двухканальный коммутатор 16, блок 17 коммутирующего напряжения, двухлучевой осциллограф 18 с дифференциальным входом.

Резисторы 1 и 2 и конденсатор 3 в плече сравнения моста включены по трехэлементной эквивалентной схеме исследуемой структуры 6, включенной в плечо измерения. Резисторы

4 и 5 включены в различные плечи отношения моста. Генератор B и источник 9 через различные каналы сумматора 10 и ограничитель 12 соединены с одним из входов сумматора

11, к другому входу которого подключен генератор 7. Входы запуска генераторов 7 и 8 соединены с различными выходами блока 13 сдвинутых импульсов запуска. В диагональ питания моста включен коммутатор 16 с блоком

17 коммутирующего напряжения. К различным входам коммутатора 16 подключены сумматор 11 и источник 15 напряжения возбуждения. Вход запуска пос. леднего соединен с одним иэ выходов блока 14 сдвинутых импульсов. К друго. му выходу этого блока подключены блоки 13 и 17 сдвинутых импульсов и коммутирующего напряжения соответствен но. Один из каналов вертикального отклонения луча осциллографа 18 включен в диагональ индикации моста, а другой подключен к выходу коммутато-, ра 16.

При помощи генератора 8, источника 9, сумматора 10 и ограничителя 12 формируется напряжение уравновешивания, представляющее собой прямоугольный импульс напряжения с вершиной, модулированной переменным сигналом. Это напряжение при помощи сумматора 11 суммируется с импульсом

Ъ напряжения смешейия, поступающим от генеоатооа 7. Залеожка между импульсами запуска на выходе блока 13 и тем самым моменты запуска генераторов

7 и 8 подбираются таким образом, что на выходе сумматора 1 1 импульс уравновешивания, наложенный на импульсе смещения, был бы сдвинут по отноше938170 d нию начала последнего на интервал времени не меньше продолжительности переходных процессов уравновешенного . моста. Длительности уравновешивания и смещения при этом подбираются такими, что первая иэ них была бы не меньше продолжительности указанных переходных процессов, а вторая - не меньше суммы длительности импульса уравновешивания и его задержки.

В исходном состоянии коммутатор

16 пропускает на диагональ питания моста сигнал, поступающий от источника напряжения возбуждения 15, который запускается основным импульсом напряжения, генерируемого блоком 14.

Задержанным импульсом с второго выхода этого блока запускается блок

13 сдвинутых импульсов и одновременно блок коммутирующего напряжения 17, который переключает каналы коммутатора 16. В результате прекращается воздействие на исследуемую структуру возбуждающего напряжения и на диагональ питания моста поступает импульс. напряжения, состоящий из напяжений смещения и уравновешивания.

1осле уменьшения напряжения на выходе блока 17 до нуля коммутатор

16 возвращается в исходное состояние и описанный процесс повторяется сначала. Таким образом, на диагональ питания моста попеременно поступают импульс напряжения возбуждения структуры и импульс напряжения сложной формы, включающий в себе напряжения смещения исследуемого объекта и уравновешивания моста.

Цель изобретения достигается за счет подачи на диагональ питания моста возбуждающего и измерительного напряжений, что обеспечивает в период одного процесса уравновешивания моста многократное возбуждение исследуемой структуры и тем самым периодическое восстановление его моментного исследуемого состояния в течение всей продолжительности процесса измерения барьерной емкости и остальных двух активных составляющих эквивалентной схемы исследуемой структуры.

Уравновешивание моста производят следующим образом.

Регулированием резистора 1 на экране осциллографа 18 вершину импульса уравновешивания совмещают с вершиной импульса смещения. РегулиS

30 рованием резистора 2 и конденсатора

3 сводят синусоиду на экране осциллографа к прямой линии. Эти операции в указанном порядке повторяют до полного баланса моста (практически 2-3 раза). Значения составляющих эквивалентной схемы исследуемой структуры отсчитывают по значениям элементов плеча сравнения,умноженным на коэффициент отношения,.

Величину аргумента (время) при исследовании релаксации параметров эквивалентной схемы диодной структуры определяют по длительности задержки между импульсами возбуждения и уравновешивания.

Предлагаемый измеритель обеспечивает возможность провести более широкий, по сравнению с Известным, круг исследований, а именно дополнительно измерять релаксацию барьерной емкости после воздействия напряжения возбуждения в пропускном направлении, что дает возможность получить больше информации о глубоких примесных центрах в области приконтактного объемного заряда. Из совокупности измеренных характеристик MoN(HQ определить такие параметры глубоких центров, как их концентпация, энергия активации, вероятность заполнения соотношение коэффициентов захвата дырок и электронов, сечение захвата носителей за35

Предлагаемое устройство обеспечивает возможность провести вышеуказанные исследования при продолжительности процесса перезарядки глубоких центров порядка секунд и доли секунд, т.е. при практически на 3-4 порядка меньшей продолжительности, чем известный измеритель, что позволяет провести исследования при

45, более высоких температурах, например комнатных. Это в свою очередь дает возможность избегать усложнений эксперимента, которые связаны при низких температурах с заполнением примесных центров, ионизированных

50 в нормальных условиях.

Кроме того, предлагаемое устройство дает возможность более точно и надежно измерять стационарные вольтфарадные характеристики после воздействия ионизирующего поля.

Это достигается тем, что при различных напряжениях смещения поддержива.ется одинаковая степень возбуждения

8170 8 новешивания, двух сумматоров, ограничителя и блока сдвинутых импульсов запуска, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерения, в него введены источник напряжения возбуждения, второй блок сдвинутых импульсов запуска и двухканальный коммутатор с блоком коммутирующего напряжения, выход

10 которого подключен к диагонали пита. ния моста, а к его различным входам подключены источники напряжеl ния сложнои формы и напряжения возбуждения, вход запуска последнего соединен с одним из выходов второго блока сдвинутых импульсов запуска, к второму выходу которого подключен блок коммутирующего напряжения и первый блок сдвинутых импульсов запуска. щ Источники информации, принятые во внимание .при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 344367, кл. 6 01 R 27/02, 1970 °

2. Авторское свидетельство СССР гз Й 244503, кл.,6 01 R 17/10, 1967 (прототип).

Измеритель характеристик диодной структуры в виде симметричного моста, содержащий клеммы для подключения испытуемой структуры в плечо измерения, два переменных резистора и переменный конденсатор, включенных в плечо сравнения по трехэлементной эквивалентной схеме полупроводниково. го диода, два резистора в плечах отношения, осциллограф с дифференциальным входом в диагонали индикации и источник импульсов напряжения слож" ной формы, состоящий из двух генераторов прямоугольных импульсов напряжения смещения и уравновешивания, источника переменного напряжения урав глубоких уровней, которая в свою очередь достигается благодаря вышеупомянутому попеременному поступлению импульса напряжения возбуждения постоянной амплитуды и напряжения питания моста.

Формула изобретения

ВНИИПИ Заказ 4452/67

Тираж 717 Подписное филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä,óë.Проектная,4