Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУПРОВОДНИКОВ
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУПРОВОДНИКОВ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУПРОВОДНИКОВ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: для определения добротности, концентрации легирующей примеси и глубоких примесных центров в полупроводниковых материалах, пленках и приборов (МДП-структуры, p-n-переходы, контакты металл - полупроводник, эпитаксиальные слои и др). Сущность изобретения: введение новых блоков позволяет подавать на вторую клемму для подключения полупроводника противофазное напряжение постоянной амплитуды и осуществить аналоговую обработку сигналов в режиме конпенсации. Это позволяет повысить устойчивость работы отрицательной обратной связи для поддержания постоянства тока через измеряемую емкость и снизить тестирующие напряжения на образце, расширить диапазон измеряемых добротностей. Введение схемы компенсации в измерительном канале концентрации позволяет повысить точность измерения параметров глубоких уровней и проводить автоматические измерения распределения концентрации глубокого уровня по глубине. 1 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2007739
Класс(ы) патента: G01R31/26
Номер заявки: 4796364/21
Дата подачи заявки: 07.12.1989
Дата публикации: 15.02.1994
Заявитель(и): Институт физики полупроводников СО АН СССР; Научно-производственный кооператив "Микроконтроль"
Автор(ы): Бобылев Б.А.; Марчишин И.В.; Овсюк В.Н.; Усик В.И.
Патентообладатель(и): Институт физики полупроводников СО РАН
Описание изобретения: Изобретение относится к измерительной технике и может быть, в частности, использовано для определения добротности, концентрации легирующей примеси и глубоких примесных центров в полупроводниковых материалах, пленках и приборах (МДП-структуры, р-n переходы, контакты металл-полупроводник, эпитаксиальные слои и др).
Известно устройство для измерения параметров глубоких примесных центров, содержащее высокочастотный и низкочас- тотный генераторы, три синхронных детектора и измерительный усилитель, источник смещения, сумматор и криостат с измеряемым полупроводником, блоком регистрации температуры. Изобретение позволяет регистрировать характерные времена релаксации глубоких примесных центров-ловушек основных носителей заряда, но не позволяет снимать зависимость распределения концентрации глубоких центров по глубине ОПЗ и не позволяет снимать зависимость мелкой легирующей примеси от глубины ОПЗ. Измерение сигнала, связанного с глубокими уровнями, происходит на фоне большого сигнала, определяемого мелкой примесью. Наличие этого фактора предъявляет высокие требования к качеству работы синхронных детекторов. Кроме того, нельзя проводить измерения добротности, что снижает функциональные возможности.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является устройство для измерения характеристик полупроводников, содержащее высокочастотный и низкочастотный генераторы, перемножитель и выходной каскад, обес- печивающий фазостабильное регулирование высокочастотного напряжения при помощи цепей фазовой автоподстройки, канал измерения емкости и добротности, а также канал измерения легирующей примеси и глубоких уровней, содержащий линейно регулируемый усилитель, избирательный усилитель и два квадратурно настроенных синхронных детектора. Изобретение позволяет с большой точностью проводить измерения добротности и концентрации глубоких примесных центров с применением температурных измерений. Чувствительность обнаружения сигнала, связанного с наличием глубоких уровней в полупроводнике, ограничена неидеальностью синхронных детекторов, предназначенных на фоне большого сигнала выделять полезный сигнал, амплитуда которого в 100-1000 раз меньше, чем амплитуда сигналов, несущих информацию о легирующей примеси и емкости измеряемого объекта.
Измерение таких сигналов ограничено также потерей чувствительности, вызванной тем, что для измерения емкости С с точностью лучше 1% должно выполняться условие Сн≈100 С. При выполнении этого условия для получения напряжения строго пропорционального измеряемой емкости происходит большая потеря информационного сигнала, вследствие чего приходится повышать уровень тест-сигналов на образце. К тому же следует учесть, что при изменении емкости С, например в 10 раз, потеря информационного сигнала изменяется от 100 до 1000 раз. Это одновременно также означает, что в 10 раз изменяется и Кус в цепи отрицательной обратной связи ООС регулирования ВЧ напряжения, необходимого для выполнения условия поддержания постоянства высокочастотного тока через измеряемый образец в процессе измерений. Общеизвестно, что Кус в цепи ООС регулирования, обеспечивающий устойчивую работу, не может быть бесконечно большим и определяется Кус УПТ 31 и параметрами RC-фильтра 32, который и определяет устойчивость работы и точность отработки сигнала с частотой f2, присутствующей на выходе синхронного детектора 30. Параметры этого фильтра определяют и максимальную величину низкочастотного модулирующего напряжения с частотой f2. Учитывая, как указывалось выше, что Кус ООС изменяется при изменении емкости С, изменяется и точность отработки сигнала с частотой f2 на выходе синхронного детектора 30, т. е. когда емкость С минимальна, Кус в цепи ООС уменьшается, что может приводить к появлению остаточной модуляции высокочастотного напряжения с частотой f2 на выходе селективного усилителя 26.
Если же при измерении концентрации мелкой легирующей примеси этот факт не имел принципиального значения, так как приводил к систематической погрешности 1-2% , то при измерении параметров концентрации глубоких примесных центров наличие этого фактора ограничивает чувствительность по концентрации глубоких уровней и, что особенно важно, затрудняет измерения зависимости Nг от глубины х, так как может приводить к паразитному фазовому сдвигу напряжения с частотой f2 и появлению сигнала ошибки на выходе синхронного детектора.
Потеря информационного сигнала также ограничивает диапазон по измеряемой добротности. Так, например, при измерении добротности больше 100 и при изменении емкости С в зависимости от напряжения смещения в 10 раз (потеря информационного емкостного сигнала будет от 100 до 1000 раз) потеря сигнала, несущего информацию о проводимости G, будет в 104-105раз, что приводит к ограничению измерения больших добротностей.
Целью изобретения является повышение точности измерения концентрации мелкой легирующей примеси и концентрации глубоких примесных центров, а также точности измерения добротности измеряемого двухполюсника за счет исключения паразитных потерь, несущих информацию о параметрах измеряемого объекта.
Это достигается тем, что устройство, содержащее масштабирующий блок, первый выход которого соединен с информационным входом первого синхронного детектора, выход которого соединен с входом первого избирательного усилителя, функциональный низкочастотный генератор, первый и второй выходы которого соединены с информационными входами второго и третьего синхронных детекторов, входы синхронизации которых объединены, высокочастотный генератор, первый выход которого соединен с тактовым входом функционального низкочастотного генератора и входами снихронизации первого, четвертого и пятого синхронных детекторов, выходную шину, подключенную к выходам первого логарифмического усилителя, первого синхронного детектора и блока смещения, к второму выходу которого подключен первый вывод развязывающего резистора, второй вывод которого соединен с первой клеммой для подключения образца, первый блок конденсаторов, соединенный с первым входом первого переключателя, второй вход которого соединен с второй клеммой для подключения образца, входом второго избирательного усилителя и выходом блока компенсации, вход которого соединен с вторыми выходом масштабирующего блока, первый вход и третий выход которого соединены с вторым входом высокочастотного генератора и первой клеммой для подключения образца соответственно второй переключатель, входы которого подключены к выходам третьего и четвертого синхронных детекторов, выход пятого синхронного детектора соединен с входом первого нуль-органа, выход которого соединен с вторым входом масштабирующего блока, причем выход второго переключателя соединен с входом первого логарифмического усилителя, а информационные входы четвертого и пятого синхронных детекторов объединены и подключены к выходу второго избирательного усилителя, оно дополнительно снабжено вторым нуль-органом, двумя фазовращателями, вторым блоком конденсаторов, третьим и четвертым переключателями, вторым логарифмическим усилителем, двумя сумматорами, двумя усилителями, двумя резисторами и операционным усилителем, выход которого подключен к выходной шине, при этом вторая клемма для подключения образца соединена с первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с инвертирующим входом операционного усилителя и первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с выходом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной и первым входом третьего переключателя, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя, входы которого соединены с выходами второго нуль-органа и второго фазовращателя, вход которого соединен с третьим выходом функционального низкочастотного генератора и первым входом первого усилитлея, второй вход и выход которого соединены со вторым выходом первого синхронного детектора и третьим входом масштабирующего блока, причем выход первого сумматора соединен с информационным входом второго синхронного детектора, выход которого соединен с входом второго логарифмического усилителя, выходы логарифмических усилителей соединены с входами второго сумматора, выход которого подключен к выходной шине, выход третьего синхронного детектора подключен к входу второго нуль-органа, выход которого соединен с третьим входом второго переключателя, второй выход высокочастотного генератора соединен со входом первого фазовращателя, выход которого соединен с входом второго блока конденсаторов, выход которого соединен с входом четвертого переключателя, выход которого соединен с второй клеммой для подключения образца, а входы первого сумматора соединены с выходами первого избирательного усилителя и третьего переключателя.
Предлагаемое техническое решение обладает существенными отличиями, поскольку введение в устройство дополнительно второго нуль-органа, второго усилителя, третьего переключателя, первого сумматора, первого и второго фазовращателей и их взаимных связей приводит к появлению свойств, не совпадающих со свойствами известных решений, а именно к расширению чувствительности устройства и уверенной регистрации малых сигналов, что расширяет диапазон измерения ГУ по концентрации.
Введение второго логарифмического усилителя, вычитателя и отраженных новых связей позволяет измерять распределение концентрации ГУ по глубине. Введение операционного усилителя и подключение первого и второго резисторов позволяет проводить измерения и снимать зависимости I-V полупроводникового образца, что расширяет функциональные возможности устройства, а также позволяет повысить точность измерения за счет исключения паразитных потерь, несущих информацию о параметрах измеряемого образца, в связи с чем заявляемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".
На чертеже представлена структурная схема устройства.
Устройство содержит функциональный низкочастотный генератор 1, первый избирательный усилитель 2, первый синхронный детектор 3, высокочастотный генератор 4, первый фазовращатель 5, второй блок 6 конденсаторов, второй синхронный детектор 7, третий синхронный детектор 8, первый сумматор 9, первый усилитель 10, масштабирующий блок 11, блок 12 компенсации, третий переключатель 13, блок 14 смещения, развязывающий резистор 15, четвертый переключатель 16, второй логарифмический усилитель 17, второй нуль-орган 18, второй усилитель 19, первую 20 и вторую 21 клеммы для подключения образца, второй фазовращатель 22, второй избирательный усилитель 23, первый резистор 24, первый переключатель 25, второй переключатель 26, четвертый синхронный детектор 27, пятый синхронный детектор 28, второй резистор 29, операционный усилитель 30, первый блок конденсаторов 31, второй сумматор 32, первый логарифмический усилитель 33, первый нуль-орган 34.
Устройство содержит выходные клеммы, расположенные в порядке возрастания, для подключения внешних регистраторов I-х; II-U; III-lgNr; IV-lgNМ, lgQ; V-I.
Все блоки имеют связи с общей шиной устройства, не отраженные на схеме.
Второй выход высокочастотного генератора 4 соединен с входом функционального генератора 1 и с вторыми входами первого синхронного детектора 3, четвертого 27 и пятого 28 синхронных детекторов, первый выход ВЧ-генератора 4 соединен с входом первого фазовращателя 5 и первым входом масштабирующего блока 11, третий выход которого соединен с первой выходной клеммой 20, а второй его выход соединен с блоком 12, выход которого соединен с второй клеммой 21 для подключения полупроводникового образца и с входом второго избирательного усилителя 23, с выводом первого резистора 24 и выводами первого 25 и четвертого 16 переключателей. Второй вывод первого переключателя 25 соединен с первым блоком конденсаторов 31, а выход первого фазовращателя 5 через второй блок 6 подключен к выводу четвертого переключателя 16. Выход второго избирательного усилителя 23 соединен с вторыми выходами четвертого 27 и пятого 28 синхронных детекторов. Выход пятого синхронного детектора соединен с входом первого нуль-органа 34, выход которого соединен с третьим входом масштабирующего блока 11, первый выход которого соединен с первым входом первого синхронного детектора 3, первый выход которого соединен с первой выходной клеммой для подключения внешнего регистратора и первым входом первого усилителя 10, выход которого соединен с вторым входом блока 11. Вторая выходная клемма для подключения внешнего регистратора соединена с выходом блока 14, второй выход которого через развязывающий резистор 15 соединен с клеммой 20 для подключения образца. Второй выход первого синхронного детектора 3 соединен с входом первого избирательного усилителя 2, выход которого соединен с первым входом первого сумматора 9, выход которого соединен с вторыми входами третьего 8 и второго 7 синхронных детекторов, выход второго синхронного детектора 7 соединен с входом второго логарифмического усилителя 17, выход которого соединен с первым входом второго сумматора 32, выход которого соединен с третьей выходной клеммой для подключения внешнего регистратора Nr. Первый выход функционального генератора 1 соединен с первым входом синхронного детектора 7, а второй выход генератора 1 соединен с первым входом третьего синхронного детектора 8, а его третий выход соединен с первым входом первого усилителя 10 и входом второго фазовращателя 22, выход которого соединен с первым входом второго усилителя 19, выход которого подключен к третьему выводу третьего переключателя 13, второй вывод которого соединен с общей шиной, а первый вывод переключателя 13 соединен с вторым входом первого сумматора 9. Выход третьего синхронного детектора 8 соединен с входом второго нуль-органа 18 и первым выводом второго переключателя 26, третий вывод которого соединен с выходом четвертого синхронного детектора 27. Выход первого нуль-органа 18 соединен с вторым входом второго усилителя 19 и вторым выводом второго переключателя 26, четвертый вывод которого соединен с входом первого логарифмического усилителя 33, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора 32 и четвертой выходной клеммой для подключения внешнего регистратора. Пятая выходная клемма соединена с выходом операционного усилителя 30, который через второй резистор 29 соединен с вторым выводом первого резистора 24 и инвертирующим входом усилителя 30, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной.
Устройство работает следующим образом.
Сигнал от генератора 4 с частотой ω1 поступает на первый вход масштабирующего блока 11 с фазостабильной регулировочной характеристикой и с его третьего выхода поступает на первую клемму 20 для подключения образца. Для напряжения на клемме 20 можно записать
U20= U0·l, (1) где Uо - амплитуда напряжения, ω1= 2 πf1
Напряжение с частотой ω1, сдвинутое на 180о относительно напряжения U20 на клемме 21, поступает на вход избирательного усилителя 23 через блок 12, обеспечивающий компенсацию тока с частотой f1, текущего через паразитную краевую емкость металл-полупроводник, таким образом, что сигнал на входе усилителя 23 определяется только емкостью С измеряемого полупроводника. При этом через полупроводник протекает ток
J20= U0 ·e(jω1C+G), (2) где С - емкость измеряемого полупроводника; G - проводимость измеряемого полупроводника; Сн - входная емкость усилителя 23, емкость монтажа, емкость контактного устройства с емкостью подводящих экранированных проводов. Величина емкости Снmin находится в пределах 50-100 пФ.
При протекании высокочастотного тока через измеряемый полупроводник на входе усилителя 23 выделяется напряжение
Uн= Zн·J20= U0·l , (3)где Zн= .
Сигнал с частотой f1 с первого выхода генератора 4 поступает на вход фазовращателя 5 и с его выхода напряжение
U5= U0·e, (4)где условие ω1 t+π выполняется при помощи фазовращателя 5, поступает на вход блока конденсаторов, переключаемых переключателем 16. При этом через конденсатор С6 будет протекать высокочастотный ток постоянной амплитуды
J5= U0·l = const, (5) где С6 - емкость конденсатора блока 6, переключаемая переключателем 16. Необходимо учитывать при этом, что второй набор конденсаторов 31 отключен 4-ым переключателем 25. Второй набор конденсаторо 31 включается переключателем 25 только в режиме измерения добротности измеряемого полупроводника.
При протекании постоянного по амплитуде высокочастотного тока через емкость измеряемого полупроводника С и через конденсатор С6 на входе усилителя 23 появляется напряжение с частотой f1, величина которого определяется суммой токов I20 и I5, протекающими через Сн. Это напряжение усиливается усилителем 23 и поступает на входы синхронных детекторов 27 и 28. Синхронный детектор настроен на емкостную составляющую тока и на его выходе получается напряжение U28, связанное с изменением емкости С. Это напряжение поступает на вход нуль-органа 34, который вырабатывает сигнал, управляющий коэффициентом передачи выходного блока 11. Коэффициент передачи регулируется таким образом, чтобы напряжение U28 на выходе синхронного детектора 28 поддерживалось равным нулю. Это также означает, что токи I20 и I5 равны, т. е. выполняется условие
I20= I5= const (6) Тогда с условием (1) и с учетом (6)
U20 ∞ X , (7) т. е. амплитуда напряжения U20, поступающего на полупроводник, пропорциональная глубине обедненного слоя ОПЗ-Х.
Синхронный детектор 27 настроен на активную составляющую проводимости полупроводника и на его выходе получают
U27= U0 ∞ G , а с учетом (7)
U27 ∞ Q, (8) где Q - добротность полупроводника на частоте f1.
Низкочастотное напряжение с частотой f2 формируется путем деления частоты f1, поступающей на вход генератора 1. Генератор 1 формирует два квадратурных сигнала прямоугольной формы и синусоидальное напряжение, поступающее с третьего выхода генератора 1 через линейно регулируемый усилитель 10 и второй вход выходного блока 11 на первую шину 20 для подключения полупроводника, на который также подается напряжение от источника 17. Присутствие низкочастотного напряжения Uf2 с частотой f2 на выходе 20 вызывает изменение емкости С и проводимости G измеряемого полупроводника с частотой f2. Действием ООС через блоки 22, 28, 31 и на регулирующий вход выходного блока 11 напряжение Uооказывается промодулированным с частотой f2, причем величина модуляции определяется только изменением емкости С полупроводника, так как влияние проводимости G полностью исключено. Промодулированное напряжение с первого выхода выходного блока 11 поступает на вход (пропорциональное Uо) синхронного детектора 3, на второй вход которого поступает опорное напряжение со второго выхода генератора 4, которое также поступает на вторые входы синхронных детекторов 27 и 28.
С первого выхода детектора 3 постоянная составляющая, пропорциональная Uо, и соответственно глубине ОПЗ-Х поступает на первую выходную клемму устройства для подключения внешнего регистратора. Переменная составляющая сигнала с частотой f2, пропорциональная NМ˙С, со второго выхода детектора 3 через усилитель 2, выделяющий частоту f2, поступает на входы ортогонально настроенных детекторов 7 и 8, опорное напряжение на первые входы которых поступает с первого и второго выхода генератора 1. Напряжение с выхода синхронного детектора 3 поступает на регулирующий вход линейно регулируемого усилителя 10. Это также означает, что амплитуда напряжения с частотой f2, поступающего на полупроводник, также изменяется пропорционально глубине Х. Тогда с учетом этого и согласно (7), напряжение на втором выходе синхронного детектора 3, подаваемое далее через первый избирательный усилитель 2 и сумматор 9 (второй вход которого переключателем 13 соединен с общей шиной) на вход синхронных детекторов 7 и 8, будет пропорционально NМ-1. Это напряжение детектируется детектором 8 и с его выхода напряжение, пропорциональное NМ-1, поступает на первый вход переключателя 26.
В случае наличия глубоких примесных центров в измеряемом полупроводнике характерные времена релаксации которого при комнатной температуре сравнимы с частотой f2 (например, при f2= 122 Гц золото в кремнии) на выходе синхронного детектора появляется некоторое напряжение δUвч⊥, величина которого связана с перезарядкой i глубокого центра. Для определения параметров глубоких примесных центров необходимо снять зависимость напряжения на выходе детектора 7 от температуры исследуемого образца, которая будет определяться следующим выражением δUвч⊥ · , (9) где UВЧ≡U20; εо- диэлектричекая проницаемость вакуума; ε- относительная диэлектрическая проницаемость полупро- водника; q - заряд электрона
Bi= ω2- круговая частота модулирующего сигнала; τi- время релаксации i-го глубокого уровня; Nгi - концентрация глубоких уровней i-го типа; W - глубина области обеднения барьерного контакта. Это напряжение, пропорциональное Nг/NМ2, с выхода детектора 7 поступает на вход второгологарифмического усилителя 17 (это же напряжение может поступать и на выходную клемму для подключения внешнего регистратора), с выхода которого напряжение, пропорциональное lg(Nг/NМ2), поступает на вход сумматора 32, на второй вход которого поступает напряжение, пропорциональное lgNМ с выхода первого логарифмического усилителя 33, на вход которого поступает напряжение ≈Nn-1, Q с выхода синхронного детектора 8 через переключатель 26 на вход логарифмического усилителя 33. Тогда на выходе сумматора 32 появляется напряжение, величина которого будет определяться только концентрацией глубоких примесных центров, что также позволяет снимать распределение концентрации глубокого уровня в зависимости от глубины ОПЗ.
Измерение сигнала, связанного с глубокими уровнями, происходит на фоне большого сигнала, определяемого мелкой примесью, величина которого в 10-100 и более раз превышает величину сигнала, связанного с перезарядкой глубокого примесного центра. Это означает, что к работе синхронных детекторов 7 предъявляются высокие требования в отношении их идеальности. Для расширения чувствительности устройства и уверенной регистрации малых сигналов, регистрируемых синхронным детектором 7, в устройство дополнительно введены второй нуль-орган 18, второй линейно регулируемый усилитель 19 и переключатель 13, сумматор 9 и фазовращатель 22. Введение этих блоков и их связей позволяет уверенно осуществить измерение малого сигнала в режиме полной компенсации.
В режиме компенсации устройство работает следующим образом. Переключатель 13 соединяет второй вход сумматора с выходом регулируемого усилителя 19, на второй вход которого поступает напряжение с частотой f2с выхода генератора 1. Фазовращателем 22 фаза устанавливается таким образом, чтобы при измерении полупроводника, в котором отсутствует перезарядка глубоких примесных центров, фазы напряжений на втором и первом входе сумматора 9 отличаются строго на 180о, при этом напряжение с выхода синхронного детектора 8 поступает на вход нуль-органа. Нуль-орган вырабатывает сигнал ошибки, который управляет усилением усилителя 19 таким образом, чтобы напряжение на выходе детектора 8 поддерживалось равным нулю, что означает, что напряжения на первом и втором входах сумматора равны. При условии линейности регулирования усилителя напряжение на первом входе сумматора пропорционально регулируемому напряжению на первом входе линейно регулируемого усилителя 19 и пропорционально NМ-1.
Тогда при измерении параметров ГУ на выходе сумматора 9 присутствует только напряжение, связанное с перезарядкой ГУ.
Для обеспечения режима "короткого замыкания" для сигналов с частотой f2 и напряжения смещения ко второй клемме через второй резистор 29 подключен инвертирующий вход операционного усилителя 30, инвертирующий вход которого соединен с общей шиной. Частотная характеристика усилителя выбрана такой, что на частоте f1 усиление его много меньше 1 на постоянном токе и на частоте f2 определяется отношением резисторов 29 и 24. Тогда для напряжения смещения и частоты f2 точка соединения резисторов 29 и 24, подключенная к инвертирующему входу, обладает нулевым потенциалом, для высокой частоты f1 нагрузка определяется суммой резисторов 29 и 24 (R1+R), т. е. включение ОУ обеспечивает режим короткого замыкания на частоте f2 и на постоянном токе. Для высокой же частоты входное сопротивление в R/R1 раз больше и не шунтирует вход усилителя 23.
Таким образом, введение первого фазовращателя 5 и связи его с выходом генератора 4 и с первым выводом блока конденсаторов позволяет осуществить работу устройства и производить аналоговую обработку для получения сигналов, пропорциональных концентрации в глубине Х в режиме полной компенсации сигнала, определяемого емкостью образца, т. е. полностью исключается требование к выполнению условия С<<100С при измерении емкости полупроводника для получения напряжения, пропорционального глубине Х с погрешностью 1% и менее. Это позволяет значительно уменьшить сигнал с частотой f1 на полупроводнике за счет того, что не происходит потери информационного сигнала за счет применения емкостного делителя. Это особенно заметно при измерении больших концентраций NМ ≈1016-1018 см-3. При измерении малых концентраций 1012- -1015 см-3 измеряемая емкость полупроводника порядка 3-0,1 пФ (при условии применения ртутного зонда диаметром 200 мкм), и автоматически выполняется условие Сн≥100 С за счет входной емкости устройства. При измерении же больших концентраций работа в режиме компенсации позволяет значительно уменьшить тест-сигнал на образце и в 10 и более раз повысить отношение сигнал/шум, что расширяет диапазон измерения ГУ по концентрации, так как измеряемый сигнал в 10-1000 раз меньше сигнала, определяемого концентрацией мелкой примеси. Введение блоков 18, 19, 9, 23 и их взаимных связей позволяет регистрировать очень малые квадратурные сигналы на фоне больших сигналов синфазной составляющей. Введение второго логарифмического усилителя 17, вычитателя 29 и отраженных в описании и в формуле изобретения новых связей позволяет получить сигнал прямо пропорциональный ГУ по глубине (при заданной температуре согласно известному способу).
Нуль-орган 34 выполняет аналогичные функции блока 31 в прототипе с тем условием, что опорное напряжение его равно нулю.
Введение ОУ и подключения первого резистора 24 ко второй клемме, второго резистора 29 в обратную связь ОУ позволяет обеспечить работу устройства в режиме "короткого замыкания" для напряжения смещения и низкой частоты f2. Обеспечение режима короткого замыкания означает, что все прикладываемое напряжение к измеряемому полупроводнику на первой клемме 20 Uf2 не распределяется между полупроводником и нагрузочным резистором, величина которого должна быть достаточно большая, чтобы не шунтировать вход избирательного усилителя 23 и достаточно малая, чтобы исключить распределение напряжения между полупроводником и нагрузочным резистором (в случае отсутствия ОУ 30). Распределение постоянного напряжения не влияет на измеряемые параметры в данном устройстве, но при измерении С-V характеристик возникают большие погрешности. Распределение низкочастотного напряжения приводит к возникновению погрешности измерений концентрации мелкой легирующей примеси за счет уменьшения напряжения на образце и приводит к возникновению паразитного фазового сдвига модулирующего напряжения, что вызывает паразитный сдвиг напряжения, присутствующего на входах СД 7 и 8. Это также не позволяет правильно проводить измерения ГУ. Применение ОУ идеально выполняет режим короткого замыкания для частоты f2. Кроме того, введение ОУ позволяет проводить измерения и снимать зависимости I-V измеряемого полупроводника. Это расширяет функциональные возможности устройства, а также позволяет в режиме измерения lgNМ˙(Х) контролировать величину тока через полупроводник и исключать некорректные измерения.
По сравнению с прототипом изобретения позволяет повысить точность измерения добротности и концентрацией измеряемых полупроводников, а также позволяет значительно снижать величины тест-сигналов ВЧ и НЧ-напряжений, подаваемых на полупроводник. При этом немаловажно, что полностью исключается влияние входной емкости подводящих кабелей (например, при смене контактных устройств) на точность измерений (калибровки) и всех диапазонах по измеряемой емкости.
Формула изобретения: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУПРОВОДНИКОВ, содержащее масштабирующий блок, первый выход которого соединен с информационным входом первого синхронного детектора, выход которого соединен с входом первого избирательного усилителя, функциональный низкокачественный генератор, первый и второй выходы которого соединены с информационными входами второго и третьего синхронных детекторов, входы синхронизации которых объединены, высокочастотный генератор, первый выход которого соединен с тактовым входом функционального низкочастотного генератора и входами синхронизации первого, четвертого и пятого синхронных детекторов, выходную шину, подключенную к выходам первого логарифмического усилителя, первого синхронного детектора и блока смещения, к второму выходу которого подключен первый вывод развязывающего резистора, второй вывод которого соединен с первой клеммой для подключения образца, первый блок конденсаторов, соединенный с первым входом первого переключателя, второй вход которого соединен с второй клеммой для подключения образца, входом второго избирательного усилителя и выходом блока компенсации, вход которого соединен с вторым выходом масштабирующего блока, первый вход и третий выход которого соединены с вторым выходом высокочастотного генератора и с первой клеммой для подключения образца соответственно, второй переключатель, входы которого подключены к выходам третьего и четвертого синхронных детекторов, выход пятого синхронного детектора соединен с входом первого нуль-органа, выход которого соединен с вторым входом масштабирующего блока, причем выход второго переключателя соединен с входом первого логарифмического усилителя, а информационные входы четвертого и пятого синхронных детекторов объединены и подключены к выходу второго избирательного усилителя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено вторым нуль-органом, двумя фазовращателями, вторым блоком конденсаторов, третьим и четвертым переключателями, вторым логарифмическим усилителем, двумя сумматорами, двумя усилителями, двумя резисторами и операционным усилителем, выход которого подключен к выходной шине, при этом вторая клемма для подключения образца соединена с первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с инвертирующим входом операционного усилителя и первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с выходом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной и первым входом третьего переключателя, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя, входы которого соединены с выходами второго нуль-органа и второго фазовращателя, вход которого соединен с третьим выходом функционального низкочастотного генератора и первым входом первого усилителя, второй вход и выход которого соединены с вторым выходом первого синхронного детектора и третьим входом масштабирующего блока, причем выход первого сумматора соединен с информационным входом второго синхронного детектора, выход которого соединен с входом второго логарифмического усилителя, выходы логарифмических усилителей соединены с входами второго сумматора, выход которого подключен к выходной шине, выход третьего синхронного детектора подключен к входу второго нуль-органа, выход которого соединен с третьим входом второго переключателя, второй выход высокочастотного генератора соединен с входом первого фазовращателя, выход которого соединен с входом второго блока конденсаторов, выход которого соединен с входом четвертого переключателя, выход которого соединен с второй клеммой для подключения образца, а входы первого сумматора соединены с выходами первого избирательного усилителя и третьего переключателя.