177325. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és kapcsolási elrendezés kapuelektródás dielektrikummal fedett p-n dióda dielektrikum réteg töltésállapotainak mérésére
3 177325 4 amelyeknek egy része Schottky-emisszióval át tud jutni a szilícium-szilíeiumoxid potenciál gáton. Az injektált elektronok egy része befogódik a szilíciumoxid elektron csapdáiba. A befogott elektronok által keltett elektromos tér hatására megváltozik az elektromos téreloszlás a szilícíum-szilíciumoxid határfelületen, mely a kiürített réteg görbületének megváltozásán keresztül a letörési feszültség megváltozásához vezet. A hivatkozott szerzők által végzett mérési eljárás a következő : apui átmenetet állandó záróáram mellett felületi lavina letörésbe vezérelték előre beállított, állandó kapuelektróda feszültség alkalmazásával és mérték a kapuelektródán átfolyó áramot és a p+n átmenet letörési feszültségét az idő függvényében és kiértékelték. A kiértékelés eredményeként a dielektrikumban lévő csapdák töltésállapot sűrűségének és befogási hatáskeresztmetszetének szorzatát lehet meghatározni. A térerősség viszonyok változása maga után vonja a letörési feszültség nagyságának, a letörés helyének, az injekciós felületnek és az oxidba injektált áramnak megváltozását. Mindezen paraméterek egyidejű változása lehetetlenné teszi a folyamat kvantitatív leírását. A szakiradolomból megállapítható, hogy még megoldatlan feladat a kapuelektródás dielektrikummal fedett dióda struktúrán a forró töltés injekció injekciós hatásfokának a dielektrikum rétegében lévő töltésállapotok sűrűségének és befogási hatáskeresztmetszetének meghatározása. E műszaki igény megnyugtató megoldását célozza az általunk kidolgozott eljárás és az azt megvalósító kapcsolási elrendezés. A találmány tárgya tehát : Eljárás és kapcsolási elrendezés kapuelektródás dielektrikummal fedett p-n dióda dielektrikum réteg töltésállapotainak mérésére. Az általunk javasolt megoldás lényege, hogy egy változtatható feszültségforrás beállításával a p-n átmeneten állandó felületi letörést hozunk létre és a kapuelektróda feszültségét, valamint a kapuelektródán átfolyó áramot mérjük és kiértékeljük. Az eljárással foganatosított intézkedésekből következik, hogy a kapuelektróda feszültségének változtatásával kompenzáljuk a befogott töltések hatását. Mivel a felületi letörést az elektromos tér határozza meg, állandó letörési feszültség állandó elektromos teret jelent. Forró töltéshordozó injekció hatására a dielektrikumban Schottky emiszszió korlátozott áram folyik, melynek nagyságát a felületi térerősség határozza meg. így a konstans elektromos tér következtében nemcsak a letörési paraméterek, hanem az oxidáram és az injekció helye is állandó marad. Az ily módon állandósult körülmények között a kapuelektróda feszültség időbeli változásának értéke arányos a befogott töltéssel, és a mért időbeli változásból a befogó centrumok sűrűsége és hatáskeresztmetszete meghatározható. A javasolt eljárást megvalósító kapcsolási elrendezést 1. ábrával mutatjuk be, ahol az 1 változtatható áramforrást. 2 műveleti erősítőt, 3 árammérő műszert, 4 változtatható feszültségforrást, 5 dielektrikum réteget, 6 félvezető tömböt, 7 kapuelektródát, 8 kapuelektródás dielektrikummal fedett p-n diódát (e dióda azonban lehet tetszőlegesen adalékok átmenetű, itt csak mint a kivitelezhető példák egyikét mutatjuk be), 9 feszültségmérő műszert jelent. VB letörési feszültséget, VREF = referencia feszültséget jelenti. A megvalósított kapcsolási elrendezésben a 7 kapuelektróda egy 3 árammérő műszeren keresztül a 2 műveleti erősítő kimenetébe csatlakozik, az ugyanazon műveleti erősítő egyik bemenete egy 1 változtatható áramforrásba, a másik bemenete pedig egy 4 változtatható feszültségforrásba van bekötve, az 1 változtatható áramforrás, a 4 változtatható feszültségforrás és a 8 kapuelektródás dielektrikummal fedett p tartománya földpontba csatlakozik az ugyanezen kapuelektródás dielektrikummal fedett p-n dióda n tartománya pedig az 1 változtatható áramforrásba van bekötve, a 2 műveleti erősítő kimenete és a földpont közé egy 9 feszültségmérő műszer van közbeiktatva. Az 1. ábrán ismertetett kapcsolási elrendezés biztosítja az általunk javasolt eljárás megbízható foganatosítását. Ezzel az intézkedéssel a leírásban közölt fizikai folyamatok teljesülését biztosítjuk. A megvalósitott eljárás és kapcsolási elrendezés kiterjeszthető még egyrészt tetszőleges félvezető alapanyagra, dielektrikum rétegre és kapuelektróda anyagra, p-n átmenetre, valamint tetszőleges MOS. bipoláris és egyedi félvezető eszközök kapuvezérelt dielektrikummal fedett dióda struktúráira. Az eljárást egy kapuelektródás dielektrikummal fedett p-n diódán mutattuk be, kísérleteink igazolják, hogy a 8 kapuelektródás dielektrikummal fedett dióda tetszőleges adalékolási viszonyai közepette is az általunk javasolt megoldás (eljárás) eredményei azonosak és garantáltak. A találmányunk megvalósítása során például egy p csatornás MOS áramkör p-n átmenete fölötti szilíciumdioxid réteg tulajdonságait mértük, melynek során az alábbi fizikai folyamatokat tapasztaltuk: A p-n átmenetet egy 1 változtatható áramforrással lavina letörésbe vezéreljük, miáltal a már közölt folyamat játszódik le. A találmányunk tárgyát képező eljárás során a 2 műveleti erősítő a VB letörési feszültséget állandó értéken tartja azáltal, hogy a 7 kapuelektróda feszültséget úgy változtatja, hogy kompenzálja a befogott töltések hatását. A VB letörési feszültség értékét a 4 változtatható feszültségforrás által szolgáltatott VREF referencia feszültséggel lehet előre beállítani. A 3 árammérő műszer az oxidba injektált áram az 1. képletben megnevezett Iox értéket méri. A 9 feszültségmérő műszer a kapuelektróda feszültség megváltozását, azaz a 3. képletben megnevezett VG-t méri. Mivel az itt leírt körülmények között az emissziós folyamat során mind a záróáram sűrűség, mind az oxidba injektált áramsűrűség állandó, a találmány tárgyát képező módszerrel az emissziós valószínűség meghatározható. A befogási folyamatot leíró összefüggés a befogás-limitált elsőrendű kinetikus elméleten alapszik, mely szerint a befogott töltéshordozók sűrűségének nT időbeli megváltozat sa - egyfajta csapdák esetén - -, melynek sűrűsége NT és befogási hatáskeresztmetszete a következőképpen írható: 2. ^1= nv^CN-,—nT) dt ahol n és Vj a szabad elektronok sűrűsége és drift sebessége SiO,-ban. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
