181136. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés félvezető elemek tranziens kapacitásváltozásának mérésére
5 181136 6 telményeinek megfelelően lehet beállítani, és a 17 egyenfeszültségforrás tipikusan -0,5 V és -20 V között változhat, jellegzetes értéke —10 V, a 16 egyenfeszültségforrás feszültségértéke jellegzetesen -1 és +2V között változtatható. A 15 vezérelt kapcsoló állapotát a vezérlő bemenetére kapcsolt C vezérlőfeszültség értéke határozza meg. A 12 mérőkor kimenete 18 nagyfrekvenciás erősítőhöz csatlakozik, amely a 10 nagyfrekvenciás generátor üzemi frekvenciáján meghatározott mértékű szelektív erősítést biztosít. A 18 nagyfrekvenciás erősítő bemenetéhez második 19 vezérelt kapcsoló csatlakozik, amely a vezérlőbemenetére kapcsolt D vezérlőfeszültség értékétől függően a 12 mérőkor kimenetét földre köti, illetve a földtől leválasztja. A 19 vezérelt kapcsolóval párhuzamosan 20 dióda és 21 fojtótekercs helyezkedik el, amelyek másik vége a földhöz kapcsolódik, és a 13 dióda egyenáramú áramkörének zárását biztosítja. •A 15 és 19 vezérelt kapcsolókat célszerűen VMOS FET tranzisztorok képezik, amelyek például a Siliconix Semiconductor Devices cég AN77—2 számú, „Application Note” kiadvány 1. ábráján vázolt kapcsolásban rendezhetők el (Electronic Design. October 1977, Walt Heinzer: ,,Don't Trade Off Analog Switch Specs.”). A 15 vezérelt kapcsoló két ágát célszerűen N, illetve P csatornás tranzisztorokból kell realizálni. Erre a célra előnyösen használhatjuk az ITT BD212 és BD222 típusú VMOS FET tranzisztorait. A 18 nagyfrekvenciás erősítő kimenetéhez 22 fázisérzékeny egyenirányító csatlakozik, és ennek referencia bemenete a 10 nagyfrekvenciás generátor kimenetével van összekötve. A 22 fázisérzékeny egyenirányító referencia jelének fázisa úgy van beállítva, hogy a 22 fázisérzékeny egyenirányító kimenetén a 12 mérőkor kimenetén levő ka paci tív feszültségösszetevővel arányos egyenfeszültség jelenik meg. Az eddig ismertetett áramkörök lényegében kapacitásmérő egységet képeznek. A kapacitásmérő egység kimeneti jelét egy 23 transzmissziós kapun keresztül egy alacsonyfrekvenciás 24 lock-in erősítő jelbemenetéhez vezetjük. A 23 transzmissziós kapu 25 és 26 vezérelt kapcsolókból és ezek között elhelyezett integrátoros bemenetű 27 erősítőből áll. A 25 vezérelt kapcsoló kimenetéhez csatlakozó integrátort 28 ellenállás és 29 kondenzátor képezi. A 25 és 26 vezérelt kapcsolók vezérlő bemenetei egymással összekötve közös E vezérlőfeszültséget kapnak, és az 1. ábrán vázolt módon állapotuk egymással ellentétes. A 24 lock-in erősítő a 23 transzmissziós kapu kimenetén megjelenő és a későbbiekben részletesen leírt viselkedésű villamos jeleket a 30 négyszögfeszültség bemenetére vezetett négyszög alakú F vezérlőjellel fázisérzékenyen egyenirányítja. Az így nyert egyenfeszültséget 31 regisztráló egység megfelelően megválasztott időalap létesítésével rögzíti. A 15, 19, 25 és 26 vezérelt kapcsolók és a 24 lock-in erősítő részére a C, D, E és F vezérlőfeszültségeket a 2. ábrán vázolt 32 vezérlőegység állítja elő. Az 1. ábrán vázolt kapacitásváltozást mérő berendezés működését a 3. ábra idődiagramjai kapcsán ismertetjük. A 10 nagyfrekvenciás generátor nagy stabilitású és állandó amplitúdójú, például 1 MHz-es jeleket állít elő, amelyek a 11 nagyfrekvenciás transzformátoron keresztül a 12 mérőkörre jutnak. A mérés kezdete előtt a 13 diódára rákapcsoljuk a 17 egyenfeszültségforrás például —10 V-os feszültségét, és a 14 kiegyenlítő kondenzátorral feszültségminimumot állítunk be a 22 fázisérzékeny egyenirányító kimenetén. A 14 kiegyenlítő kondenzátor kapacitása lényegében a 13 dióda záróirányú kapacitásának értéktartományán belül kell hogy változtatható legyen, és ez az érték jellegzetesen 1 és 10 pF közé esik. A 12 mérőkör kiegyenlítése után a kapacitásváltozás mérést megindítjuk. A mérést a korábban hivatkozott DLTS eljárás elvével összhangban végezzük, amikor is a mérendő félvezetőt különböző hőmérsékleti hatásoknak tesszük ki. A mérés menetének megértéséhez nincs szükség annak ismertetésére, hogy a 13 diódával reprezentált mérendő félvezetőt müyen hőmérsékleti befolyás alá helyezzük. A 32 vezérlőegység segítségével a 15 és 19 vezérelt kapcsolók állapotát a 3. ábra C és D vezérlőfeszültségeket szemléltető diagramjain vázolt módon periodikusan változtatjuk. A Tp periódusidő értéke jellegzetesen 2 sec. és 0.4 msec között a mérési igényeknek megfelelően beállítható. A C vezérlő feszültség tartama alatt a 13 dióda a 16 egyenfeszültségforrás például + 1 V-os feszültségét kapja meg. és ennek hatására kapacitása lényegesen megnövekszik a záróirányban mért értékhez képest. Ez a kapacitásnövekedés 2—3 decimális nagyságrendet is elérhet. A C vezérlő feszültség TB időtartamú, és ezen idő alatt a 22 fázisérzékeny egyenirányító kimenetén a 3. ábra L diagramján vázolt feszültség mérhető. A mérés alábbiakban ismertetett lényegét nem változtatja az a körülmény sem, ha a TB időtartamú C vezérlőfeszültség több, esetleg különböző amplitúdójú szakaszból állítjuk elő. A szakaszos gerjesztés révén lehetőség van arra, hogy a kisebbségi töltéshordozó csapdának nemcsak a lyuk-, hanem az elektron befogási keresztmetszetét is megmérjük. A 18 nagyfrekvenciás erősítő bemenetét a vezérlőimpulzus tartama alatt a 19 vezérelt kapcsoló leföldeli, de a 12 mérőkör felöl érkező nagyfrekvenciás jel még így is viszonylag nagy feszültséget kelt a 22 fázisérzékeny egyenirányító kimenetén. A C vezérlőfeszültség befejeződésekor a tt időpontban a 15 vezérelt kapcsoló átvált és a 17 egyenfeszültségforrás — 10 V-os feszültségét kapcsolja a 13 dtódára, és ennek kapacitása rohamosan lecsökken, amivel együtt csökken, illetve változik a 22 fázisérzékeny egyenirányító kimeneti feszültsége is. A 19 vezérelt kapcsoló a 12 mérőkor kimenetéről a földpontot a t2 időpontban kapcsolja le, ami mintegy 20 nsec-al késik a ti időponthoz képest. Erre a késleltetésre azért van szükség, hogy a 18 nagyfrekvenciás erősítőre a mérőjel már csak a 15 vezérelt kapcsoló tranziens folyamatainak lezajlása után kerülhessen. A 13 dióda kapacitása a t! időpont után rohamosan csökken, és a DLTS eljárással összhangban a mérés feladata éppen ezen kapacitásváltozás helyes rögzítése. A 22 fázisérzékeny egyenirányító kimenetén (L diagram) a feszültség a 13 dióda kapacitása és a 14 3 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
