SU1000946A1 - Устройство дл измерени с-G-V характеристик МДП-структур - Google Patents

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ C-QХАРАКТЕРИСТИК МДП-СТРУКТУР

1

Изобретение огносигс  к контрольноизмерительной технике и можег быть использовано дл  осуществлени  контрол  качества полупровоцниковых структур, например МДП-структур, в процессе их производства. ,

Известно устройство, в котором осу- . ществл етс  раздельное изменение емкости исследуемой МДП-структуры и активной проводимости утечки в широком ди- Q намическом диапазоне изменени  параметров исследуемого объекта Ij ,

Недостаток этого устройства - невысока  точность измерени  реапъныкпарамет- j ров МДП-структур из-за испо ьзоьаии  неточной схемы замещени .

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  устройство дл  измерени  элек- 70 трофизических параметров МДП-структур, содержащее блок управлени , источник опорного напр жени , первый сумматор, исследуемый объект, операционный усилитель , оЬразцовый конценсагор, управл емый делитель напр жени , первый ключ, второй сумматор, второй ключ, запоминающий блок, нул1 -орган, програмк:ируемый источник смешени , инвертор, регулируемое сопротивление, первый, второй и третий дополнительные ключи, дополнительный запоминающий блок, ключ, вычита- тель напр жений, блок измерени  посто нной времени, схему делени  напр жений, коммутатор и самописец 2J .

Известное устройство характеризуетс  недостаточной точностью измерени . Кроме того, оно имеет в своем составе контур с положительной обратной св зью (контур компенсации вли ни  емкости диэлектрика С.(), что приводит к снижению устойчивости и стабильности его работы. Действие положительной обрат ной св зи приводит к усилению неравно- мерностей амплитудно-частотной характеристики устройства, а мен кмшкзс  в процессе работы временные зацо г/кки сигнала , в контуре обратной св зи 1и,1зывают

изменение крутизны фронтов импульсных сигналов, что отражаетс  на точности измерени  параметра С а , определ емого по мгновенному значению напр жени  на выходе операционного усилител  при помо щи ключа. Остальные параметры МДП структуры также измен ютс  с большой погрешиостью, поскольку они определ юг с  с учетом измеренного значени  Cj .

Все указанные факторы привод т к

снижению точности измерени  параметров МДП-структур.

Цель изобретени  - повышение точности измерени  С харак,теристик МДП-структур.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  измерени  С -( Y характеристик МДП-струкгур, содержащее блок управлени , первый выход которого соединен с управл ющим входом источника опорного напр жени , второй выход подключен к управл ющему входу программируемого источника смещени , выход которого подключен к первому входу самописца и первой клемме дл  подключени  исследуемого объекта, втора  клемма ко торого соединена с входом операционного усилител  и одной из обкладок опорного конденсатора, втора  обкладка которого подключена к выходу источника опорного напр1и-сени  и входу делител , которого подключен к первому входу вычига- тел  напр жений, второй вход которого соединен с выходом операционного усили тел , измеритель посто нной времени, вход которого соединен с входом нуль- , органа, а выход - с входом ключа, а также коммутатор, выход которого подключен к второму входу самописца, введены разделительный конденсатор, источ- ник управл ющего напр жени , второй

целитель напр жени , первый и второй пиковые детекторы, блок измерени  напр жени , цополнительный вьгчитатель напр  жвний,.блок сравнени  и фильтр нижних частот, причем перва  обкладка разделительного конденсатора соединена с пер вой клеммой дл  подключени  исследуемого объекта, а втора  - с выходом опе рационного усилител , выход вьлитател  напр жений соединен с входами первого

пикового детектора, второго целител  напр жени , нуль-орган и блока измерени  посто нной времени, выход первого пико« « вого детектора соединен с первым входом блока сравнени  и первым входом коммутатора , выход второго делител  напр жени  соединен с входами второго пикового

детектора и блока измерени  напр жени , управл ющий вход которого соединен с третьим выходом блока управлени , а выход - с вторым входом коммутатора и первым входом второго вычитател  напр жений , второй вход которого подключен к выходу второго пикового детектора, управл ющему входу ключа, выход которого через фильтр нижних частот соединен с третьим входом коммутатора, управл ющий вход второго пикового детектора подключен к входу первого пикового детектора и четвертому выходу блока управлени , п тый выход которого соединен с первым входом источника управл ющего напр жени , второй вход которого подключен к выходу нуль-органа, а выход соединен с входом первого делител  и четвертым входом коммутатора, выход дополнительного вычитател  напр жений подключен к второму входу блока сравнени , выход которого соединен с управл ющим входом второго делител .

На чертеже приведена структурна  схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит блок 1 управлени , источник 2 опорного напр жени , опорный конденсатор 3, операционный усилитель 4, исследуемый объект К5, программируемый источник 6 смещени , разделительный конденсатор 7, вычитател 8 напр жений, первый управл емый дели тель 9 напр жени , источник 10 управл ющего напр  кени , нуль-орган 11, первый пиковый детектор 12, второй. т1р авл емый делитель 13 напр жени , блок 14 измерени  посто нной времени, второй пиковый детектор 15, блок 16 измерени  установившегос  значени  напр жени , дополнительный вычитатель 17, напр жений , сравнивающее устройство 18, ключ 19, фильтр 20 нижних частот, коммутатор 21 и самописец 22.

Управл ющий вход источника 2 опорного напр жезш  подключен к одному из выходов блока 1 управлени . Выход источника 2 опорного напр жени  соединен через первый управл емый целитель 9 напр жени  с первым входом вычитател  8 напр жений, а через опорный конденсатор 3 - с входом операционного усилител 4 и с одной клеммой исследуемого объеК та В, Друга  клемма исследуемого объекта 5 подключена к выходу программируемого источника 6 смещени , а через разделительнъй конденсатор 7 - к выходу операционного усилител  4 и второму входу вычитател  8 напр жений, выход которого пикового мого делител  13 напр жени , нуль-органа 11 и блока 14 измерени  посто нной времени. Выход нуль-органа 11 через источник 1О-управл ющегб напр жени  подключен к управл ющему входу первого управл емого делител  9 напр жени . Выход второго управл емого делител  13 напр жени  соединен с входами вгорого пикового цетектора 15 и блока 16 измерени  установивщегос  значени  напр жени . Выход второго пикового детектора 15 соединен с входом ключа 19 и первым входом дополнительного вычитаге- л  17 напр жений, второй вход которого подключен к выходу блока 16 измерени  установившегос  значени  напр жени . Выход дополнительного вычитател  17 напр жений соединен с первым входом сравнивающего устройства 18, второй вход которого соединен с выходом первого пикового детектора 12. Выход сравнивающего устройства 18 подключен к упра л ющему входу второго делител  напр же НИИ 13. Выход блока 14 измерени  посто нной времени соединен с управл ющим входом ключа 19, выход которого подключен к входу фильтра 2О нижних частот Управл ющие входы источника 1О управл  ющего напр жени , первого и второго пиковых детекторов 12 и 15, блока 16

е .

,ГСд - емкость опорного конденсатора С - емкость диэлектрика, С: емкость обедненного сло  полу проводника, С2ИЯ- емкость и сопротивление, св  занные с поверхностными сое- . то ни ми и завис5шше от поверхностного потенциала. В течение другого полупериода это напр жение имеет противоположную пол { кость. В режиме обогащени  емкость С обе- дневного сло  полупроводника настолько велика, что емкость МДП-структуры практически равна емкости диэлектрика. Следовательно, в режиме обогащени  при напр жаше на выходе опера«ционного усилител  4 OY O O/CIC j-C-j

.

2

510009 64 соединен с входами первого измерени  установившегос  значени  надетектора 12, второго управл в- пр жени  соединены с соответствующими выходами блока 1 управлени . Выходы источника 1О управл ющего напр жени , первого пикового детектора 12, блока 16 измерени  установившегос  значени  напр жени  и фильтра 2О нижних частот соедлмены с соответствующими входами коммутатора 21. Выход последнего под- ключей к сигнальному входу самописца 22, горизонтальный вход которого соециней с выходом программируемого источника 6 смещени . Устройство-работает следующим об- По команде блока 1 управлени  программируемый источник 6 смещени  подает на исследуемую МДП-структуру 5 такое напр жение смещени , которое вводит МДП-структуру в режим сильного обогащени  (это напр жение долж-но быть положительным дл  структуры П -типа отрицательным дл  структуры р -типа). Источник 2 опорного напр жени  вырабатывает опорное (тестовое) напр жение в виде двупол рных пр моугольных импульсов амплитудой Ьд . При этом в те- чение одного из полупериодов опорного напр жени  выходное напр жение операционного усилител  4 имеет вид Выходное напр жение «первого управмого делител  9 напр жени  VAH,E Напр жение на выходе вычитател  8 р жений в обием виде be п,( , CgtCa -С.С,Я.ЕоСо; . С ежиме обогащени  Лн По команде блока управлени  источ- . 10 управл ющего напр жени  поцает управл ющий вход первого управл емо-,

710009468

го целител  9 напр; жени  управл ющееПосто нное управл ющее напр жение

посто нное напр жение, медленно иэмен кх на вхоае первого управл емого целител  щеес  до .тех пор, пока нуль-орган 11

не заифксирует на выходе вычигател 

8 напр жений нулевое значение напр же- 5 Тагор 21 подаетс  на самописец 22.

НИЯУВУ «ЕоСо/С ЕдКу.и . Ю. Это про.На прот жении всего цикла измерени 

изойдет при YAH-I команде нуль-органа 11 источник 10 управл ющего напр жени  прекращает изменение своего выходного напр жени  и фиксирует его на уровне, при- котором

SAHI CO/C,.

НоСо

)

: - Со+С; Первый пиковый детектор 12 фиксирует экстремальное ( за полупериод опорного сигнала) значение напр жени  (J ц. когорюе подаетс  на самописец 22 через коммутатор 21. Выходное апр жение вычитател  8 напр жений масштабируетс  вторым управ л емый делителем 13 напр жени  и по даетс  на входы второго пикового детектора 15 и блока 16 измерени  установн щегос  значени  напр жени . Их выходные напр жени  V k L :lM BHvSH-q.. подаютс  на входы дополнительного внчи- тател  17 напр жений, выходное напр жение которого (Сз+Са) Это напр жение сравниваетс  сравнивающим устройством 18 с напр жетшем, снимаемым с выхода первого пикового детек . тора 12

напр жений, пропорциональное значению его коэффициента передачи, через коммупараметров исследуемого образца МДПструктуры . значение К не измен етс .

Далее по команде блока 1 управлени  программируемый источник 6 смещени  выводит с исследуемую МДП-структуру из режима обогащени . При различных напр жени х смещени  значение емкости диэлектрика С остаетс  неизменным , поэтому

.

ЕоСо

Claims (2)

1. е, в случае неравенства напр жений иццп и UriDj сигналом рассогласовани  с выхода сравнивающего устройства 18 измен етс  коэффициент передачи второго управл емого делител  13 напр жени  до тех пор, пока не будет достигнуто равенство СоС2 ЕдСо . сз Это произойдет при ./С, Выходное напр жение блока 16 измерени  установившегос  значени  напр жени  о оЕоС г 1г - подаетс  через коммутатор 21 на самойисец 22. Выходное напр жение второго тгикового детектора 15 -ЕоС,() VAHI через ключ 19 поступает на фильтр 2О нижних частот. Блок 14 измерени  посто нной времени определ ет посто нную времени экспоненциально измен ющегос  напр жени  на выходе вычитател  8 напр жений, преобра- 91 зу  значение посто$шной времени этого напр жени  в длительность импульса Сл С R Выхоциое напр жение блока 14 измерени  посто нной времени подаетс  на управл ющий вход ключа 19, открыва  его на врем  действи  импульса Л t т. На выходе ключа 19 фо{ 1ируюгс  пр моугольные импульсы амплитудой Yfi и длительностью Л.Р . Вольт-секундна  площадь этих импульсов ЕоСо(С2+Сэ) KA Vnft7 t Фильтр 20 нижних частот находит среднее значение напр жени  на выходе ключ ( пропорциональное ). Выход фильтра 2О нижних частот через коммутатор 21 подключаетс К самописцу 22. Таким образом, на самописец вывод т с  посто нные напр жени , пропорциональ ные текущим значени м параметров всех элементов четырехэлементной схемы замещени  МДП-чзтруктуры (с VCi i R ) в зависимости от приложенного напр жени  смещени . При этом при смене режимов работы в схеме не производитс  никаких пере- коммутаций, отсутствует петл  обратной jсв зи, что в конечном счете приводит к повьшюнию точности измерени  С -G-V характеристик МДГТ-ч;труктур. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  с --Q-V характеристик МДП-структур, содержащее блок управлени , первый выход которого соединен с управл ющим входом источника опорного напр жени , второй выход подключен к управл ющему входу програм мируемого источника смещени , выход которого подключен к первому входу сам писце и первсА клемме дл  подключени  исследуемого объекта, втора  клемма кем торого соединена с входом операционного усилител  и одной из обкладок опорного конденсатора, втора  обкладка которого поаключена к выходу источника опорного , напр жени  и входу делител , выхоа кото рого подключен к первому входу вычита- тел  напр жений, второй вход которого соединен с выходом операционного усили4в тел измеритель посто нной времени, вхоц которого соединен с входом нуль-органа, а выход - с входом ключа, а также коммутаго .р, выход которого подключен к второму входу самописца, о т л и- ч а ю - щ е е с   тем, что, с целью повьш1ени  точности измерени , в него введены разделительный конденсатор, источник управл ющего напр жени , второй делитель напр жени , первый и второй пиковые детекторы , блок измерени  напр жени , дополнительный вычитатель напр жений, блок сравнени  и фильтр нижних частот, причем перва  обкладка разделительного конденсатора соединена с первой клеммой дл  подключени  исследуемого сбъек- та, а втора  - с выходом операционного усилител , выход вычитател  напр жений соединен с входами первого пикового детектора, второго делител  напр жени , нуль-органа и блока измерени  посто нной времени, выход первого пикового детектора соединен с первым входом блока сравнени  и первым входом коммутатора , выход второго делител  напр жени  соединен с входами второго пико- . iBor6 детектора и блока измерени  напр жени , управл ющий вход которого соединен с третьим вьсходом блока управлени , а выход - с вторым входом коммутатора и первым входом второго вычитател  напр жений , второй вход которого подключен к 1ЭЫХОДУ второго пикового цетекгора, управл ющему входу ключа, выход которого через фильтр нижних частот соединен с третьим входом коммутатора, управл ющий вкод второго пикового детектора подключен к входу первого пикового детектора и четвертому выходу блока управлени , п тый выход которого соединен с первым входом источника управл5пощего напр жени , второй вход которого подклю- чен к выходу нуль-органа, а выход соединен с входом первого делител  и четвертым входом коммзгтатора, выход дополнительного вычитател  напр жений подключи к второму входу блока сравнени , выход которого соединен с управл ющим вкоаом ророго делител . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство. СССР № 6585О8, кл. Q О1 R 31/26, 25.04.79.
2. 2.Авторское свиоетельсгво по за в- . ке № 2926071/18-21, кл. Q O1R31/26, 20.11.80 (прототип).