Зондовий пристрій для вимірювання електрофізичних характеристик напівпровідникових структур при різних температурах

Реферат: Зондовий пристрій для вимірювання електрофізичних характеристик напівпровідникових структур при різних температурах містить підпружинені зонди для підведення до дослідного зразка випробувальних сигналів, вставлені у направляючі отвори фторопластової пластини, виконані по шаблону на місцях, відповідних до нанесених контактів на дослідному зразку, фторопластова пластина, встановлена у направляючі штифти Г-подібної мідної пластини і закріплена до неї фіксуючими болтами, переміщується по площині П-подібної платформи до співпадання зондів з контактами на дослідному зразку, підкручуванням притискних болтів, у Пподібній платформі є поперечні отвори, у які вмонтований нагрівний ніхромовий елемент, та поздовжній отвір, з розміщеною у ньому термопарою, ″гарячий″ кінець якої знаходиться безпосередньо біля досліджуваного зразка, а нагрівний елемент і холодні кінці термопари під'єднані до терморегулятора. UA 84570 U (12) UA 84570 U UA 84570 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі електричних вимірювань і може бути використана для контролю й дослідження електрофізичних характеристик і параметрів напівпровідникових структур. Відома зондова установка для вимірювання електрофізичних характеристик напівпровідникових структур [патент України на корисну модель №19435, МПК (2006) G01R 1/00], яка складається зі станини, П-подібного кронштейна із закріпленим на ньому мікроскопом, координатного столика, розташованого під мікроскопом, двох приводів горизонтального переміщення, приводу вертикального переміщення координатного столика та двох зондів, що забезпечують електричні контакти з контактами на поверхні напівпровідника. Увесь пристрій поміщений у термоізоляційній ємності з отвором для заливки рідкого азоту. До координатного столика кріпиться предметний столик, до якого приклеюється зразок, а в термоізоляційній ємності навпроти зразка вмонтовано вікно для наведення через мікроскоп зонда на відповідний контакт на зразку. Електричний контакт одержують за допомогою приводу вертикального переміщення координатного столика, що дає змогу почергово під'єднувати до вимірювального приладу два контакти, нанесені на зразку за допомогою зондів, причому місце одного з них фіксоване, а інший підводиться за допомогою двох приводів горизонтального переміщення. Недоліком даного пристрою є його складна конструкція, а також те, що вимірювання електрофізичних характеристик напівпровідникових структур можна проводити тільки при кімнатній температурі або при температурі рідкого азоту. Найближчим за технічною суттю до запропонованого пристрою - прототипом, є зондовий пристрій для вимірювання електрофізичних характеристик напівпровідникових структур [патент України на корисну модель №78467, МПК (2012.01) G01R 1/00, H01L21/02 (2006.01)], який складається із П-подібної платформи, по якій під дією притискних гвинтів рухається мідна пластина з Г-подібним виступом для фіксації положення дослідного зразка. У штифти мідної пластини вставляється фторопластова пластина і закріплюється до неї фіксуючими болтами. У направляючі отвори фторопластової пластини, які виконані по тому ж шаблону, що і контактні майданчики на дослідному зразку, вставляються металеві зонди для підведення електричних сигналів від вимірювальних пристроїв до дослідного зразка. У П-подібній платформі виконані отвори, в які вмонтовані ніхромовий нагрівник та термопара, гарячий кінець якої розміщений близько до дослідного зразка, а холодні кінці та ніхромовий нагрівник підключені до терморегулятора. Недоліком пристрою-прототипу є те, що виміри можна проводити лише при температурах вищих від кімнатної. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалити зондовий пристрій для вимірювання електрофізичних характеристик напівпровідникових структур шляхом прикріплення його до посудини з рідким азотом, яку вставлено в термоізольовану ємність, що дасть змогу отримувати вимірювальну інформацію з декількох нанесених контактів дослідного зразка при різних температурах, починаючи від температури рідкого азоту. Поставлена задача вирішується так, що у зондовий пристрій для вимірювання електрофізичних характеристик напівпровідникових структур при різних температурах, що містить підпружинені зонди для підведення до дослідного зразка випробувальних сигналів, вставлені у направляючі отвори фторопластової пластини, виконані по шаблону на місцях, відповідних до нанесених контактів на дослідному зразку, фторопластова пластина, встановлена у направляючі штифти Г-подібної мідної пластини і закріплена до неї фіксуючими болтами, переміщується по площині П-подібної платформи до співпадання зондів з контактами на дослідному зразку, підкручуванням притискних болтів, у П-подібній платформі є поперечні отвори, у які вмонтований нагрівний ніхромовий елемент, та поздовжній отвір, з розміщеною у ньому термопарою, «гарячий» кінець якої знаходиться безпосередньо біля досліджуваного зразка, а нагрівний елемент і холодні кінці термопари під'єднані до терморегулятора, при цьому П-подібна платформа прикріплена до холодопроводу, закріпленого шпилькою до кришки ємності з нержавіючої сталі з отворами для проходження парів азоту і прикріпленою лійкою для заливання рідкого азоту, в яку вставляється щуп для вимірювання рівня рідкого азоту, і до якої прикріплена трубка для виводу провідників до вимірювальних приладів і терморегулятора та відводу парів азоту, до того ж уся конструкція поміщена в ємність з кришкою з термоізоляційного матеріалу. Дослідження глибоких рівнів в забороненій зоні напівпровідників, а зокрема одночасне вимірювання спектрів уявної складової ємності по модуляційній напрузі від температури, з декількох бар'єрних контактів, що нанесені на напівпровідникову підкладку з різною концентрацією дислокацій на її поверхні, є досить складними. 1 UA 84570 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 З літературних джерел невідоме розміщення у термоізоляційній ємності з рідким азотом зондового пристрою для вимірювання електрофізичних характеристик напівпровідникових структур із вмонтованим нагрівним елементом і термопарою, які під'єднані до терморегулятора. Запропоноване авторами розміщення у термоізоляційній ємності з рідким азотом зондового пристрою для вимірювання електрофізичних характеристик напівпровідникових структур із вмонтованим нагрівним елементом і термопарою, які під'єднані до терморегулятора, дасть змогу отримати вимірювальну інформацію із декількох нанесених на дослідний зразок контактів при різних температурах, вищих від температури рідкого азоту. Фіг. 1 - поперечний переріз зондового пристрою для вимірювання електрофізичних характеристик напівпровідникових структур, де 1 - П-подібна платформа, 2 - Г-подібна мідна пластина, 3 - притискні болти, 4 - дослідний зразок, 5 - слюдяні пластини, 6 - металевий стержень зонда, 7 - притискна пружина, 8 - провідник для підведення вимірювальних сигналів до зонда, 9 - фторопластова пластина, 10 - фіксуючі болти, 11 - направляючі штифти фторопластової пластини, 12 - нагрівник, 13 - термопара, 14 -терморегулятор. Фіг. 2 - поперечний переріз зондового пристрою для вимірювання електрофізичних характеристик напівпровідникових структур при різних температурах, де 1 - ємність для рідкого азоту з нержавіючої сталі; 2 - кришка ємності; 3 - отвори в кришці для проходження парів азоту в верхню частину термоізоляційної ємності; 4 - шпилька холодопроводу; 5 - холодопровід; 6 зондовий пристрій з дослідним зразком; 7 - лійка для заливання рідкого азоту; 8 - щуп для вимірювання рівня рідкого азоту в ємності; 9 - термоізоляційна ємність; 10 - кришка термоізоляційної ємності; 11 - трубка для виводу провідників та відводу парів азоту; 12 вимірювальні прилади для вимірювання електрофізичних характеристик напівпровідникових структур; 13 – терморегулятор. Зондовий пристрій (фіг. 1) складається з П-подібної платформи 1, по якій під дією притискних гвинтів рухається мідна пластина 2 з Г-подібним виступом для фіксації положення дослідного зразка 4, який ізолюється від металевих елементів зондового пристрою слюдяними пластинками 5. На штифти 11 мідної пластини 2 насаджується фторопластова пластина 9 і закріплюється до мідної пластини фіксуючими болтами 10. До фторопластової пластини 9 кріпляться пружини 7, котрі з'єднані з металевими зондами 6, які поміщені в направляючі отвори фторопластової пластини. Отвори фторопластової пластини виконані по тому ж шаблону, що і контактні майданчики на дослідному зразку 4. У П-подібній платформі у безпосередній близькості від дослідного зразка виконані поперечні отвори, у які вмонтований нагрівник 12, а у поздовжній - термопара 13. Нагрівний елемент і термопара під'єднуються до терморегулятора 14. Описаний зондовий пристрій кріпиться до холодопроводу 5 (фіг. 2), який за допомогою шпильки холодопроводу 4 під'єднує холодопровід до кришки ємності 2. До кришки ємності 2 також прикріплена лійка для заливання рідкого азоту 7, в яку вставляється щуп для вимірювання рівня рідкого азоту 8. Лійка для заливання рідкого азоту запресована у кришку термоізоляційної ємності 10 і разом із кришкою ємності 2 і прикріпленим до неї холодопроводом 5 і зондовим пристроєм 6 утворюють цілісну конструкцію. У термоізоляційну ємність 9 вставлена ємність для рідкого азоту з нержавіючої сталі 1. Довжина лійки для заливання рідкого азоту 7 підібрана так, щоб прикріплена до неї кришка 2 щільно прилягала до ємності 1, а довжина шпильки холодопроводу дещо менша за висоту ємності для рідкого азоту 1. У кришці ємності 2 є декілька отворів 3 для проходження парів азоту у верхню частину термоізоляційної ємності 9. До лійки для заливання рідкого азоту 7 прикріплена термоізоляційна трубка 11 для відводу парів азоту, а також для виводу провідників до вимірювальних приладів 12 та терморегулятора 13. Зондовий пристрій працює так: - відкривають кришку термоізоляційної ємності 10 з лійкою для заливання рідкого азоту 7, кришкою ємності 2, до якої прикріплені холодопровід 5 із зондовим пристроєм 6 (фіг.2); - виймають зонди 6 із напрямних у фторопластовій пластині 9 (фіг. 1); - в отвір, утворений між мідною пластиною 2 і П-подібною платформою 1, вставляють дослідний зразок 4 так, щоб поверхня із нанесеними контактами була повернута до фторопластової пластини 9. При необхідності ослаблюють притискні гвинти 3 (фіг. 1); - зразок 4 рухають до упору в Г-подібний виступ мідної пластини 2. При цій умові нанесені контакти будуть розміщені навпроти направляючих отворів фторопластової пластини 9 (фіг. 1); - у такому положенні дослідний зразок 4, через мідну пластину 2, фіксують притискними гвинтами 3 (фіг. 1); 2 UA 84570 U 5 10 - зонди 6 вставляють у направляючі отвори фторопластової пластини і притискають до зразка 4 за допомогою пружин 7 (фіг. 1). Силу притискання підбирають експериментально в залежності від матеріалу нанесених контактів; - під'єднують нагрівник і термопару до терморегулятора 13 (фіг. 2); - під'єднують через підвідні провідники 8 (фіг. 1) вимірювальні прилади 12 (фіг. 2); - щільно закривають термоізоляційну ємність 9 кришкою 10 (фіг. 2); - якщо вимірювання відбуваються за температур нижчих кімнатної, заливають через лійку 7 рідкий азот. Слідкують, щоб рівень рідкого азоту був вищим, за мітку на щупі 8 (фіг. 2); - виставляють за допомогою терморегулятора температурні режими дослідного зразка; - на зонди через підвідні провідники 8 (фіг. 1) подають від зовнішніх приладів 12 (фіг. 2) вимірювальні сигнали та знімають відповідні характеристики утворених структур дослідного зразка, визначені умовами експерименту. Використання запропонованого зондового пристрою дасть змогу одержати передбачуваний технічний результат. 15 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 Зондовий пристрій для вимірювання електрофізичних характеристик напівпровідникових структур при різних температурах, що містить підпружинені зонди для підведення до дослідного зразка випробувальних сигналів, вставлені у направляючі отвори фторопластової пластини, виконані по шаблону на місцях, відповідних до нанесених контактів на дослідному зразку, фторопластова пластина, встановлена у направляючі штифти Г-подібної мідної пластини і закріплена до неї фіксуючими болтами, переміщується по площині П-подібної платформи до співпадання зондів з контактами на дослідному зразку, підкручуванням притискних болтів, у Пподібній платформі є поперечні отвори, у які вмонтований нагрівний ніхромовий елемент, та поздовжній отвір, з розміщеною у ньому термопарою, ″гарячий″ кінець якої знаходиться безпосередньо біля досліджуваного зразка, а нагрівний елемент і холодні кінці термопари під'єднані до терморегулятора, який відрізняється тим, що П-подібна платформа прикріплена до холодопроводу, закріпленого шпилькою до кришки ємності з нержавіючої сталі з отворами для проходження парів азоту і прикріпленою лійкою для заливання рідкого азоту, в яку вставляється щуп для вимірювання рівня рідкого азоту, і до якої прикріплена трубка для виводу провідників до вимірювальних приладів і терморегулятора та відводу парів рідкого азоту, до того ж уся конструкція поміщена в ємність з кришкою з термоізоляційного матеріалу. 3 UA 84570 U Комп’ютерна верстка С. Чулій Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4