Пристрій для визначення розподілу напруженості електричного поля в напівпровідникових структурах
Номер патенту: 67034
Опубліковано: 15.03.2007
Формула / Реферат
Пристрій для визначення розподілу напруженості електричного поля в напівпровідникових структурах, що містить генератор прямокутних імпульсів, до вихідних клем якого підключена досліджувана напівпровідникова структура, розташована на координатному столику, ємнісний зонд, підсилювач перетворених сигналів зонда і двокоординатний реєстратор, який відрізняється тим, що в нього додатково введені блок диференціювання, вхід якого з'єднаний з ємнісним зондом, а вихід приєднаний до входу підсилювача, вихід якого приєднаний до першого входу двокоординатного реєстратора, та маніпулятор переміщення зонда уздовж поверхні досліджуваної напівпровідникової структури, що містить перетворювач переміщення зонда в електричний сигнал, вихід якого з'єднаний з другим входом двокоординатного реєстратора.
Текст
Пристрій для визначення розподілу напруженості електричного поля в напівпровідникових структурах, що містить генератор прямокутних імпульсів, до ви хідних клем якого підключена досліджувана напівпровідникова структура, розташована на координатному столику, ємнісний зонд, підсилювач перетворених сигналів зонда і двокоординатний реєстратор, який відрізняється тим, що в нього додатково введені блок диференціювання, вхід якого з'єднаний з ємнісним зондом, а вихід приєднаний до входу підсилювача, вихід якого приєднаний до першого входу двокоординатного реєстратора, та маніпулятор переміщення зонда уздовж поверхні досліджуваної напівпровідникової структури, що містить перетворювач переміщення зонда в електричний сигнал, вихід якого з'єднаний з другим входом двокоординатного реєстратора. Винахід відноситься до вимірювальної техніки і може бути використаний для виміру розподілу електрофізичних параметрів у напівпровідникових структурах. Відомі пристрої для визначення розподілу напруженості електричного поля в напівпровідникових стр уктурах, що містять імпульсне джерело живлення, до якого підключається зразок, розташований на координатному столику, ємнісний зонд, підключений до входу підсилювача, і двохкоординатний реєстратор, що дозволяє реєструва ти потенціал ємнісного зонда в залежності від розташування останнього у різних точках поблизу поверхні зразка [І.Kuru, P.N.Robson, G.S.Kino, IEEE Trans, ED-15, 1, 21, 1968; Новые методы полупроводниковой СВЧ-электроники, под редакцией В.И. Стафеева, М.: Мир, 1968, с.57]. Однак зазначені пристрої не містять технічних засобів для диференціювання сигналу зонда по координаті уздовж лінії виміру, що необхідно для визначення значення напруженості електричного поля в точках виміру на зразку. У пристроях використовується метод графічного диференціювання записаних залежностей потенціалу зонда від від стані між точками виміру. Метод характеризується малою точністю і великими витратами часу на обробку результатів. Найбільш близьким технічним рішенням до пропонованого є «Імпульсний пристрій для реєстрації розподілу електричного поля в матеріалі» [Авт. свід. №1129562, кл. G01R29/12, опубл. 1984] - прототип. Пристрій містить генератор прямокутних імпульсів, до виходу якого підключений зразок, розташований на переміщуваному координатному столику, ємнісний зонд, приєднаний до віднімаючого пристрою, що дозволяє вимірювати різницю амплітуд сигналу зонда між кожним попереднім і наступним за ним у часі імпульсами живильного генератора, і двохкоординатний реєстратор, що дозволяє реєструвати цю різницю в залежності від координати зонда на напівпровідникової структурі. Тому що координатний столик з укріпленим на ньому зразком безупинно рухається під ємнісним зондом, то вимірювана різниця амплітуд потенціалів зонда дорівнює різниці потенціалів між кожними сусідніми точками напівпровідникової структури, через які проходить ємнісний зонд між (19) UA (11) 67034 (13) C2 (21) 2003054791 (22) 27.05.2003 (24) 15.03.2007 (46) 15.03.2007, Бюл. №3, 2007р. (72) Бровкін Юрій Миколайович, Плаксін Сергій Вікторович (73) ІНСТИТУТ ТРАНСПОРТНИХ СИСТЕМ І ТЕХНОЛОГІЙ НАЦІОН АЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ Н АУК УКРАЇНИ "ТРАНСМАГ" (56) SU 1129562 A, 15.12.1984 SU 900221, 23.01.1982 RU 2071070 C1, 27.12.1996 SU 1442941 A1, 07.12.1988 JP 10300803, 13.11.1998 US 3727125, 10.04.1973 EP 0829014 B1, 18.03.1998 GB 1568811, 04.06.1980 3 67034 імпульсами живлення в процесі переміщення координатного столика. Ця обмірювана за допомогою ємнісного зонда різниця потенціалів поділена на відстань між точками виміру, представляє середнє значення напруженості електричного поля в зразку між цими точками. Легко бачити, що точність виміру напруженості електричного поля визначається відстанню між точками виміру, що проходять під ємнісним зондом при переміщенні зразка в інтервалі часу між двома імпульсами живлення. У пристрої ця відстань є кінцевою і дискретною, що знижує точність і швидкодію виміру напруженості електричного поля в зразку. Це є недоліком цього пристрою. Другим недоліком, що ускладнює вимірювання, є необхідність застосування віднімаючого вузла, який має бути синхронізованим з роботою задаючого генератора імпульсів. Метою винаходу, що пропонується є підвищення точності і швидкодії визначення розподілу напруженості електричного поля в напівпровідникових стр уктура х при спрощенні електричної схеми пристрою. Поставлена задача досягається тим, що в пристрій для визначення розподілу напруженості електричного поля в напівпровідникових стр уктурах впроваджуються нові елементи в порівнянні з прототипом. Зокрема, впроваджується блок диференціювання і блок маніпулятора-перетворювача переміщення ємнісного зонда щодо вимірюваній напівпровідникової структури і встановлюються нові зв'язки елементів у пристрої, що дозволяє з підвищеною точністю і швидкодією виміряти напруженість електричного поля в заданих точках напівпровідникової структури. Пристрій містить генератор прямокутних імпульсів, до вихідних клем якого підключений випробувана напівпровідникова структура, розташована на координатному столику, ємнісний зонд, з'єднаний із входом блоку диференціювання, вихід якого підключений до входу підсилювача, а вихід підсилювача підключений до першого входу дво хкоординатного реєстратора, а другий вхід реєстратора з'єднаний з перетворювачем переміщення ємнісного зонда. Генератор прямокутних імпульсів служить для створення імпульсного живлення випробуваних зразків, виходячи з цілей одержання більш потужних сигналів від вимірювальної системи при підвищенні рівня живильного напруги без виникнення ефектів сильного поля чи перегріву напівпровідникової структури. З останніх розумінь вибирається також тривалість і частота проходження живильних імпульсів. Ємнісний зонд у пристрої призначений для виміру поверхневого потенціалу випробуваного зразка в зоні, що досягається за допомогою координатного столика, на якому розміщена напівпровідникова структура. Ємнісний зонд був виготуваний на базі медичної голки, в середині якої розташований ізольований електрод. Зонд має високе просторове розділення (10-12мкм), що підвищує точність вимірів і дозволяє завдяки точковій геометричній формі вимірювального зонду візуально контролювати його розташування на напів 4 провідникової структури, що полегшує вимір. У пристрої використовується підсилювач сигналів диференційованих за часом за допомогою блоку диференціювання. Підсилювач має малу вхідну ємність і великий опір, що дозволяє узгодити роботу зонду зі стандартними імпульсними генераторами і низькочастотними реєструючими приладами. Ідея використання вимірів поверхневих потенціалів зразка за допомогою рухомого ємнісного зонда для визначення напруженості електричного поля полягає в наступному. Напруженість електричного поля, як відомо, є похідною потенціалу по координаті відстані, тобто dj Ex = dx Увівши диференціювання за часом, одержимо d j dt Ex = × dt dx dj де - похідна поверхневого потенціалу за dt часом. Ця зміна відбувається в процесі виміру при переміщенні зонда від точки до точки напівпровідникової структури при незмінному рівні живлення dt зразка. Тут - величина, обернена миттєвої dx швидкості переміщення зонда. Таким чином, легко бачити, що диференційований за часом сигнал ємнісного зонда, що вимірює поверхневі потенціали напівпровідникової структури, переміщуваного з постійною швидкістю уздовж лінії виміру, пропорційний напруженості електричного поля в точках виміру. При цьому вимір залежності Ε=f (x) у пристрої носить безперервний характер щодо точок виміру, а не дискретний, як це має місце в прототипі. Це підвищує точність і швидкодію виміру. Переміщення ємнісного зонда з постійною швидкістю уздовж лінії виміру по поверхні зразка здійснюється за допомогою маніпулятора, що включає перетворювач координати розташування зонда на зразку в електричний сигнал, що надходить на один із входів двохкоординатного реєстратора. Переміщення ємнісного зонда для проведення вимірів, завдяки його точковим розмірам і візуальному контролю істотно спрощує конструкцію пристрою в порівнянні з переміщенням зразка в прототипі. Унаслідок дослідження відомих у на уці і те хніці рішень сукупність істотних ознак, що повністю або частково співпадає із заявленою і що дозволяє вирішити поставлену задачу, не була виявлена. Отже, винахід, що пропонується, відповідає критерію "новизна". На кресленні приведена функціональна схема пристрою для визначення розподілу напруженості електричного поля в напівпровідникових стр уктура х, що заявляється. Пристрій містить генератор 1 прямокутних імпульсів, до вихідних клем якого підключений досліджувана напівпровідникова структура 2, розташована на координатному столику 3, ємнісний зонд 4, максимально наближений без гальванічного контакту до поверхні зразка 2 і який має можливість переміщування уздовж лінії виміру по цій 5 67034 поверхні за допомогою маніпулятора 5, який має перетворювач переміщення зонда в електричний сигнал, що подається на горизонтальний вхід двохкоординатного реєстратора 8. Вихід ємнісного зонда 4 підключений до входу блока диференціювання 6, вихід якого з'єднаний із входом підсилювача 7, ви хід якого підключений до першого входу двохкоординатного перетворювача реєстратора 8. Пристрій функціонує таким чином. Від генератора 1 прямокутних імпульсів до досліджуваної напівпровідникової структури 2 надходять імпульси, амплітуда яких максимально можлива для одержання більшого сигналу від ємнісного зонда, але не викликає ефектів сильного поля в зразках. Тривалість і частота проходження імпульсів не повинні приводити до розігріву зразків і розраховуються в кожному конкретному випадку. За допомогою координатного столика 3 укріплена на ньому напівпровідникова структура 2 підводиться максимально близько активною поверхнею до ємнісного зонда 4 у бажаній зоні виміру на поверхні напівпровідникової структури. За допомогою маніпулятора 5 ємнісний зонд 4 з постійною швидкістю переміщається уздовж активної поверхні напівпровідникової структури. Завдяки цьому на виході ємнісного зонда формується змінний у часі поверхневий потенціал, вимірюваний у різних точках напівпровідникової структури. Цей сигнал надходить на блок 6, де Комп’ютерна в ерстка Т. Чепелев а 6 диференціюється, перетворюється в імпульсну напругу, пропорційну напруженості електричного поля Ε в місці розташування ємнісного зонда над поверхнею напівпровідникової структури. Після посилення за допомогою блоку підсилювача 7 ця напруга надходить на горизонтальний вхід двохкоординатного реєстратора 8, на інший вхід якого надходить напруга від перетворювача маніпулятора 5, пропорційна координаті місця розташування зонда. Таким чином, здійснюється безперервна реєстрація напруженості електричного поля в різних точках досліджуваного зразка. Отримані залежності розподілу напруженості електричного поля в напівпровідникових стр уктурах дозволяють визначити їхні основні електрофізичні параметри: топологію питомого опору, дефекти і недосконалості струмопровідних каналів, вимірити контактні опори і деякі характерні параметри p-n переходів і др. Ці зведення можуть бути ефективно використані при рішенні різних технологічних задач напівпровідникової електроніки: - контроль якості підкладок при епітаксіальному вирощуванні монокристалічних шарів напівпровідників; - контроль структури ци х шарів; - виготовлення напівпровідникових інтегральних мікросхем і логічних елементів, сонячних фотоелектричних перетворювачів і т.п. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюDevice for definition of distribution of electric field in semiconductor structures
Автори англійськоюBrovkin Yurii Mykolaiovych, Plaksin Serhii Viktorovych
Назва патенту російськоюУстройство для определения распределения напряженности электрического поля в полупроводниковых структурах
Автори російськоюБровкин Юрий Николаевич, Плаксин Сергей Викторович
МПК / Мітки
МПК: G01R 29/12
Мітки: електричного, поля, напруженості, структурах, напівпровідникових, визначення, розподілу, пристрій
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/3-67034-pristrijj-dlya-viznachennya-rozpodilu-napruzhenosti-elektrichnogo-polya-v-napivprovidnikovikh-strukturakh.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Пристрій для визначення розподілу напруженості електричного поля в напівпровідникових структурах</a>
Попередній патент: Спосіб вимірювання електричних параметрів живих тканин
Наступний патент: Спосіб дистанційного вимірювання анізотропії інтенсивності температурних пульсацій атмосфери при акустичному зондуванні атмосфери
Випадковий патент: Спосіб утворення штучного ландшафту