170862. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés félvezető eszközök és integrált áramkörök jóságának vizsgálatára
5 170862 6 valósít meg a feszültség-átalakító és az árambeállító között. A félvezető eszközök és integrált áramkörök jóságának vizsgálatára szolgáló találmány szerinti eljárás a pn átmenetek felhasználásával hiteles vizsgálati eredményt szolgáltat és lehetővé teszi a tokozott integrált áramkörök vizsgálatát is, amelyeknél a pn átmenetek közvetlenül nem hozzáférhetők és így más vizsgálati eljárások nem alkalmazhatók. A találmány szerinti eljárásnak megfelelően, minőségi kritériumként a pn átmenet áram-feszültség ka- • rakterisztikájának eltérési tényezőjét választottuk az ideális (exponenciális) karakterisztikához viszonyítva. Ez a körülmény lehetővé teszi, hogy a pn átmenetek felületének állapotát (csatornák és inverziós rétegek jelenléte) — amely meghatározza a félvezető eszközök és integrált áramkörök élettartamát — eredményesen ítélhessük meg. Az eljárás foganatosítására javasolt berendezés a félvezető eszközök és integrált áramkörök ellenőrzéséhez automatizált eszközöket biztosít, és a tömeggyártás követelményeit kielégítő teljesítménnyel rendelkezik. A berendezésen közvetlenül leolvasható az m eltérési tényező a rögzítő eszköz skáláján, ami tetszőleges típusú analóg vagy digitális voltmérő lehet. A találmány szerinti berendezés áramköre rendkívül egyszerű, megbízható és olcsó. A találmányt a továbbiakban kiviteli példák és rajzok alapján részletesebben ismertetjük. A rajzokon az 1. ábra a félvezető eszközök és integrált áramkörök jóságát vizsgáló eljárás foganatosításra szolgáló találmány szerinti berendezés tömbvázlata, a 2. ábra a berendezés tömbvázlata a feszültségátalakító és az árambeállító közötti elektromos csatolással, 3. ábra a találmány szerinti berendezés első kiviteli alakjának elvi kapcsolási rajza rezisztens négypólussal, 4. ábra a berendezés tömbvázlata a négypólus második kiviteli alakjával, 5. ábra a berendezés tömbvázlata a négypólus harmadik kiviteli alakjával, 6. ábra a berendezés második kiviteli alakjának elvi kapcsolási rajza aktív és reaktív elemeket tartalmazó négypólussal, 7. ábra a négypólus egy további kiviteli alakja, 8. ábra a berendezés tömbvázlata nemlineáris elemet tartalmazó négypólussal, 9. ábra a berendezés tömbvázlata összegező erősítővel, amely a feszültségátalakító és az árambeállító között járulékos elektromos csatolást valósít meg, 10. ábra a berendezés tömbvázlata differenciálerősítővel, 11. ábra a berendezés első kiviteli alakjának elvi kapcsolási rajza n—1 járulékos áramgenerátorral. A találmány lényegének jobb megértéséhez az alábbiakban ismertetjük a találmány elvi alapjait. Ismeretesek eljárások félvezető eszközök jóságának vizsgálatára, amelyeknél röntgen anyagvizsgálatot és infravörös defektoszkópiát végeznek, a félvezető elemeket a zajparaméterek szerint értékelik, vagy a záró irányban előfeszített pn átmenet áram-feszültség ka-5 rakterisztikájának alakját vizsgálják. A félvezető eszközök jóságát vizsgáló elektromos eljárások, amelyek a pn átmenet zajparamétereinek mérésén és a zárótartományban az áram-feszültség karakterisztika vizsgálatán alapulnak, nem adnak megfelelő tájékoztatást. 10 Ez arra vezethető vissza, hogy a zajparaméterek ismételt méréseknél nehezen reprodukálhatók. A záró irányban előfeszített pn átmenetek áram-feszültség karakterisztikái nehezen szabványosíthatok, különösen szilícium eszközöknél, amelyeknél az áram-feszültség 15 karakterisztika záró tartományában egy telítési tartomány hiányzik. Ismeretes, hogy a félvezető eszközök élettartamára a legfontosabb hatással a félvezető felületének állapota van. Jóllehet a zajparaméter és a pn átmenet áram-fe-20 szükség karakterisztikájának alakja korrelációban van a felület állapotával, a jóság megítélése ezen paraméterek szerint, az említett okok miatt nehéz. Ismeretes továbbá, hogy nyitó irányban egy pn átmenet áram-feszültség karakterisztikája egyáltalán nem 25 követi az elméleti exponenciális függvényt. Ez arra vezethető vissza, hogy a pn átmenet telítési árama nemcsak a generációs komponensektől, hanem sok más komponenstől is függhet. Ezen utóbbiak közé tartozik a telítési áram rekombinációs komponense, amely nagy-30 mértékben függ a felület állapotától. Az áram-feszültség karakterisztikának az exponenciális függvénytől való eltérését az m eltérési tényezővel veszik figyelembe, amely az exponenciális függvény kitevőjében szerepel. Ez az exponenciális függvény az is-35 mert módon az ideális pn átmenet áram-feszültség karakterisztikáját írja le: u I=Is (e m *T— 1), (i) ahol 40 Is az equivalens telítési áram U feszültség a pn átmeneten T kT/q a hőpotenciál Tekintve, hogy a rekombinációs komponens jelenti a legnagyobb hatást az áram-feszültség karakterisztika 45 alakjára a pn átmeneten nyitó irányban átfolyó kis áramok tartományában, célszerű annak alakját a kis áramok tartományában nyitó irányban vizsgálni. Ezt az áramtartományt a következő összefüggés korlátozza : 50 I/UA4<pT <I<|í (2) ahol Rb U a feszültség a pn átmeneten Rb a pn átmenet bázis áramkörében a helyettesítő ellenállás beleértve a külső ellenállást is. 55 A nyitó irányú áram értékének alsó határolása úgy történik, hogy U ^4<pT> és a kerek zárójelek között az (1) összefüggésben a zárójeles kifejezés második tagjának befolyása az áram-feszültség karakterisztika alakjára elhanyagolható. 60 A felső korlátozásnál a <px/^b összefüggés által lehetséges, hogy a félvezető eszköz bázisellenállásán fellépő feszültségesés hatását a nyitó irányú áramnak áthaladásakor elhanyagoljuk. Ez a feszültségesés feltételezi, hogy a külső feszültség, valamint a közvetlenül a pn át-65 menetre kapcsolt feszültség nem egyenlő, és az áram-3
