Введение к работе
Актуальность. Одним из важнейших направлений развития электронной техники является совершенствование технологии производства полупроводниковых приборов на основе структур металл - диэлектрик - полупроводник (МДП).
В основе современных методик измерения электрофизических параметров МДП структуры лежит ее представление электрической схемой- замещения в виде двухполюсной электрической цепи. Разработаны и применяются средства измерения} позволяющие получать информацию о значениях параметров МДП структур в соответствии с одно-, двух- и трехэлементными схемами. Данные .средства имеют достаточно * высокие метрологические характеристики, однако, измеряемые при этом параметры носят обобщенный характер. Например, измеряется результирующая емкость МДП структуры, образованная последовательным соединением емкости диэлектрика и емкости полупроводниковой части структуры. Для интерпретации результатов измерений по таким методикам применяется соответствующая математическая обработка экспериментальных данных, причем чувствительность к изменению получаемых расчетным путем ... информативных электрофизических параметров МДП структур зачастую оказывается весьма низкой. Это заставляет предъявлять непомерно высокие требования к метрологическим характеристикам измерителей обобщенных параметров МДП структур, что ведет к их неоправданному усложнению и удорожанию.
Повысить -чувствительность к изменению информативных параметров можно путем использования более сложной, например, четырехэлементной, схемы замещения МДП структуры.
Особенностью существующих измерителей параметров МДП структур является использование синусоидального тестового
воздействия. Обеспечение инвариантности преобразования
параметров структур при измерении по сложной, например, трех-
или четырехэлементной, схеме замещения достигается за счет
измерения на различных частотах тестового сигнала с
последующей математической обработкой экспериментальных
данных. В силу сложности практической реализации и большой
продолжительности процесса измерения такие методики пригодшг
лишь для проведения научных исследований и неприемлемы в
промышленных условиях для массового контроля МДП структур в
процессе их изготовления. Требованиям высокого быстродействия
и простоты реализации отвечают преобразователи параметров
многоэлементных двухполюсных цепей с несинусоидальным
воздействием на измерительную схему. Инвариантность
преобразования информативных параметров объектов с
многоэлементной схемой замещения обеспечивается в таких
преобразователях путем соответствующей обработки (в реальном
масштабе времени) отсчетов мгновенных значений выходного
напряжения измерительной схемы. Представляется
целесообразным, учитывая достоинства данного метода, применить его для разработки преобразователей параметров МДП структур.
Автор выражает благодарность А. В. Светлову за консультации.
Цель работы и задачи исследования.
1. На основе опыта построения преобразователей параметров
многоэлементных двухполюсных электрических цепей разработать
класс средств, позволяющих учесть специфичность свойств МДП
структуры и осуществить измерение ее параметров при
импульсном характере воздействия.
2. Выявить перспективные направления практической
реализации данного подхода.
3'- Теоретически и экспериментально исследовать характеристики разработанных измерителей параметров МДП структур и выявить возможности их улучшения.
Методы исследования базируются на использовании теории электрических цепей, теории автоматического регулирования, тео- . рии графов; часть расчетов выполнена с использованием ЭВМ..
Научная новизна.
-
Обоснована возможность использования четырехэлемент-ной электрической схемы замещения МДП структуры при измерении ее параметров на импульсном сигнале.
-
Разработаны алгоритмы преобразования параметров МДП структуры в режимах заданного напряжения и заданного тока с компенсацией влияния емкости диэлектрика путем включения пассивной компенсирующей величины параллельно МДП структуре или последовательно с образцовым сопротивлением, а также путем введения активной компенсирующей величины последовательно или параллельно с основным преобразованием. Разработаны алгоритмы структурной коррекции погрешности преобразования.
-
Разработан комплекс средств измерения на импульсном :игнале параметров МДП структуры: емкости диэлектрика, емкости полупроводника, емкости поверхностных состояний, посто-шной времени перезаряда поверхностных состояний, поверхностью потенциала, гистерезиса и зарядовой нестабильности.
Практическая ценность.
-
Теоретически и экспериментально доказана возможность ізмерения параметров МДП структуры на импульсном сигнале в оответствии с четырехэлементной схемой замещения.
-
Разработаны алгоритмы преобразования и схемы преобра-ователей параметров МДП структуры, проведено их исследова-:ие, выработаны рекомендации по улучшению метрологических арактеристик преобразователей.
3. Разработан и совместно с Пензенским НИИ "Контрольприбор" изготовлен опытный образец преобразователя АМІД І597, позволяющего измерять С.- V характеристики МДЇ1 структур на импульсном сигнале по четырехэлементной схеме замещения с компенсацией влияния емкости диэлектрика.
Реализация результатов работы.
1. Измеритель С - G - V характеристик на нееинусоидальном
токе внедрен в ПФ ВНИТИПрибор (г. Пенза).
2. Преобразователь параметров МДП структур АМЦ 1597
внедрен:
а) в составе установки АМЦ 1533 на ОМХЗ "Гиредмет"
(г. Подольск);
б) в составе установки АМЦ 1540 и в составе характериографа
АМЦ 1530 на Минском часовом заводе;
в) в составе установки АМЦ 1533 на предприятии
п/я В749 (г. Ленинград).
Апробация работы. Основные положения диссертационной
работы докладывались на зональной школе-семинаре "
Повышение эффективности автоматизированных средств
восприятия и обработки информации" (г. Пенза, 1985), на
семинаре "Методы и средства контроля и диагностики РЭА и
ЭВА" (г. Пенза, 1982), на научно-технических конференциях
профессорско-преподавательского состава Пензенского
государственного технического университета (1979 - 1996), а также на промышленных, предприятиях при выполнении хоздоговорных НИР.
Публикации. По результатам исследований и разработок, выполненных в процессе работы над диссертацией, опубликована 21 печатная работа, в том числе 14 авторских свидетельств.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, списка литературы (89 наименований), приложения и содержит 169 страницы машинописного текста, 47 рисунков.
-7- .
