181136. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés félvezető elemek tranziens kapacitásváltozásának mérésére
7 181136 8 kiegyenlítő kondenzátor kapacitása között levő előjeles különbségtől függ. A tulajdonképpeni mérési periódus kezdetét a t3 időpont jelöli ki, amit a 24 lock-in erősítő referencia bemenetére kapcsolt négyszögjel kezdete határoz meg. Az F vezérlőfeszültség a t3 időpontban kezdődik és ez a C vezérlő feszültség tQ kezdeti időpontjához képest késleltetéssel TG időtartam elteltével következik be. Az F vezérlőfeszültség frekvenciája 1/Tp • ATC időtartam két összetevőből áll, a C vezérlőfeszültség Tb időtartamából és annak befejeződése után a mérés kezdetéig eltelt Th holtidőből. Megjegyezzük, hogy a 3. ábrán a t„ és t3 időpontok között a viszonyok szemléltetése keretében torzított időléptéket alkalmaztunk. A Tb időtartam értéke beállítható, és ennek alsó határa mintegy 50 nsec, felső határa pedig a megkívánt mérési pontosság és az ismétlési frekvencia függvényében változhat. A TH holtidő helyes megválasztása a mérések összehasonlíthatósága szempontjába döntő jelentőségű. A t3 időpont ugyanis a kapacitásváltozási görbe gyorsan változó szakaszára esik, és ha a mérési tartomány ezen kezdeti időpontjait önkényesen választjuk meg, akkor a különböző ismétlődési frekvenciával végzett mérésekből nyert adatok egybevetése helytelen következtetésekhez vezethet. A találmány egyik alapvető felismerését az képezi, hogy a mérés kezdetét kijelölő t3 időpontot a vezérlőimpulzus befejeződési t2 időpontjához képest mindig olyan mértékben késleltetjük, hogy ez a késleltetés a Tp periódusidejű és fp frekvenciájú C vezérlőfeszültséghez képest azonos fáziseltolással következzék be. Ez az állítás egyenértékű azzal, hogy bármely fp frekvencia esetén: Tp=k-TH. ahol k = konstans. A gyakorlatban célszerű k = 25 értéket választani. A mérés hasznos Tm ideje a Tm=Tp—Tg összefüggésből adódik, ahol TG=TB + THA mérés pontossága arányos a TG/Tp hányadossal. Megmutatható, hogy amíg a TG/Tp hányados 0,1-nél kisebb, addig a vizsgált szennyező nívó koncentráció mérésének pontossága 1%-nál kedvezőbb. Ilyen adatok mellett 2 kHz ismétlési frekvencia mellett (fp = 2 kFIz) a C vezérlőfeszültség TB időtartama 30/rsec lehet, de ugyanilyen 1%-os mérési pontosság mellett az impulzusszélesség 1,2 msec-ra növekedhet, ha az ismétlési frekvencia 50 Hz-re csökken. A Th holtidőt a korábbiakban elmondottak szerint a Tf periódusidővel arányosan választjuk meg. Az 1. ábrán bemutatott kapacitásmérő válaszideje körülbelül 2 psec. A válaszidő alatt azt az időt értjük, amely alatt a ti időpont befejeződése után a kapacitás a kiindulási értékre való visszatérés során a 90%-os értékről a 10%-os értékre csökken. Ahhoz, hogy a kiindulási kapacitásértéket A QIC = 10'4 pontossággal megközelíthessük, ennek az értéknek a nyolcszorosát, tehát 16 usec-ot kell várni. Ezt az időt nevezzük beállási időnek. Ha az ismétlődési fp frekvencia legnagyobb értékét 2,5 kHz-re választjuk, akkor a 16 /rsec-os beállási idő az ehhez a frekvenciához tartozó Tp periódusidő 25-öd részét képezi. Ebből a meggondolásból adódott a k = 25-ös választás. A 23 transzmissziós kapu a 24 lock-in erősítő jelbemenetét védi a 22 fázisérzékeny egyenirányító kimenetén (L diagram) a TG időtartam alatt megjelenő és esetleg a bemeneti körök tűlvezérlését előidéző jel hatásától. A TG időtartam alatt a 24 lock-in erősítő jelbemenetére a 3. ábra M diagramján vázolt jelet továbbítjuk. A 22 fázisérzékeny egyenirányító kimenetét a 26 vezérelt kapcsoló csak a Tm idővel meghatározott mérési periódusban (3. ábra L diagram vonalkázott szakasz) engedi közvetlenül a 24 lock-in erősítő bemenetére. A TG időtartam alatt a 25 és 26 vezérelt kapcsolók az 1. ábrán vázolt helyzetet veszik fel a vezérlőbemenetükre kapcsolt E vezérlőfeszültség hatására, és ekkor a track-and-hold típusú mintavételező áramkörként működő integrátoros bemenetű 27 erősítő a 3. ábra M diagramján vázolt Um feszültséget kapcsolja a 24 lock-in erősítőre. A 28 ellenállásból és 29 kondenzátorból álló integráló tag a TM idővel meghatározott mérési periódus alatt fogadja a 22 fázisérzékeny egyenirányító kimenő jelét. Erre a kimenő jelre a valóságban zavaró jelek szuperponálódhatnak, ahogyan azt a 3. ábra L diagramján a 33 szakasznál feltüntettük. A 28 ellenállásból és 29 kondenzátorból képzett integráló tag mintegy 1 msec-os időállandója biztosítja, hogy a 27 erősítő csak a jel mintegy 1 msec-os időtartamára vett átlagértékét érősítse. A TG időtartam alatt tehát a 23 transzmissziós kapuval a mérőjelnek a t0 időpontot közvetlenül megelőző szakaszban vett átlagértékét állítjuk elő a 24 lock-in erősítő bemeneté részére. Az 1. ábrán vázolt kapcsolás fent ismertetett működtetésével a korábban alkalmazott DLTS eljárások számos műszaki korlátját elkerülhetjük. Ezek közül kiemelkedő jelentőségű, hogy a 12 mérőkörre az impulzusszerűen változó jelet impulzustranszformátor alkalmazása nélkül juttatjuk rá, ami lehetővé teszi a mérést jelentősen befolyásoló impulzusidők széles határokon belül való nagy pontosságú beállítását. A VMOS FET kapcsolóelemek alkalmazása a 12 mérőkörbe a mérést befolyásoló kapacitást nem visz be. Annak következtében, hogy a C vezérlőfeszültség Tb időtartama alatt a 18 nagyfrekvenciás erősítőt és az ezt követő 22 fázisérzékeny egyenirányítót a 19 vezérelt kapcsolóval bemenetén rövidre zárjuk, megakadályozzuk ezen fokozatok tűlvezérlését, illetve ezzel nagyobb erősítés elérését tesszük lehetővé a mérés Tm ideje alatt. A 23 transzmissziós kapu speciális track-and-hold kapcsolt fokozatként való kiképzése a 24 lock-in erősítő bemenetét védi a túlvezérléstől a Tg időtartam alatt az átlagos kapacitásérték beadásával a kapacitásmérés érzékenységét és pontosságát növeltük. Annak következtében, hogy a Tm idővel meghatározott mérési periódust a C vezérlőfeszültség impulzusának befejeződése után az impulzusperiódusidőhöz viszonyítva mindig azonos fázishelyzetben indítjuk, a kapacitásváltozás méréseket egymással összehasonlíthatóvá tettük széles határok között változó impulzusperiódusídő és impulzusszélesség esetében is. Az 1. ábrán vázolt berendezés működéséhez szükség van a C, D, E és F vezérlőfeszültségek elő5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 4
