Средства измерения вольт-фарадных характеристик полупроводниковых структур

• Автор: Вареник, Юрий Александрович
• Шифр специальности: 05.11.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Пенза
• Количество страниц: 154 с. : ил.

Содержание
Введение
1. Анализ моделей полупроводниковых структур и электрических методов измерения их параметров

1.1 Полупроводниковые микро- и наноструктуры и их эквивалентные

схемы

1.1.1 Эквивалентная электрическая схема р-п-перехода и

его параметры, измеряемые вольт-фарадными методами

1.1.2 Эквивалентные электрические схемы МДП-структуры

и её параметры, измеряемые вольт-фарадными методами

1.2 Вольт-фарадные методы измерения параметров полупроводниковых структур

1.2.1 Измерение параметров /?-и-переходов по их вольт-фарадным характеристикам (ВФХ)
1.2.2 Измерение параметров МДП-структур
1.3 Особенности измерения ВФХ полупроводниковых структур
1.4 Анализ средств измерения параметров полупроводниковых структур
Выводы по главе
2. Исследование влияния метрологических характеристик средств измерения на погрешность измерения электрофизических параметров
2.1 Исследование влияния характеристик средств измерения на погрешность измерения параметров компонент моделей полупроводниковых структур
2.2 Анализ влияния погрешностей измерения ВФХ на погрешность косвенного ’измерения электрофизических параметров полупроводниковых структур
2.3 Измерение ВФХ сложных полупроводниковых структур
Выводы по главе
3. Совершенствование аппаратной части средств измерения ВФХ
3.1 Источники инструментальных погрешностей измерения

3.2 Методика снижения инструментальной погрешности формирования напряжения смещения
3.3 Формирование напряжений смещения для измерения ВФХ высоковольтных полупроводниковых структур
3.4 Совершенствование способа формирования тестового воздействия на объект измерения
Выводы по главе
4. Методики и технические средства снижения инструментальной погрешности измерения ВФХ
4.1 Методика калибровки средства измерения ВФХ по импедансу при удалённом подключении объекта измерения
4.2 Методика коррекции инструментальной погрешности импеданса на основе интерполяции Лагранжа
4.3 Устройства формирования образцовых импедансов
Выводы по главе
Заключение
Список литературы
Приложение А
Приложение Б
Приложение В
Приложение Г

Ведение
В настоящее время в интегральных микросхемах и дискретных приборах микроэлектроники, приборостроения используются различные полупроводниковые структуры, включая планарные структуры диэлектрик-полупроводник, металл-диэлектрик-полупроводник или ещё более сложные многослойные системы в том числе металл-сегнетоэлектрик-полупроводник-металл и металл-нитрид кремния-окисел-полупроводник [13, 54, 74]. Свойства и параметры таких структур обуславливают основные характеристики и параметры приборов, схем'и.устройств на их основе. Значительный вклад в развитие физических основ и метрологии полупроводниковых структур внесли представители зарубежных научных коллективов У.Шокли, Ф.Стем, Г.И.Робертс, С. Зи и отечественных Ж.И.Алфёров, Р.С.Нахмансон, Б.В.Цыпин, Л.С.Берман, В.И.Зубков, Е.Н.Бормонтов, К.Н.Чернецов. С помощью вольт-фарадных методов производят косвенные измерения концентрации основных носителей заряда у полупроводниковых материалов, измерения ёмкости переходов, концентрации основных носителей заряда в полупроводниковых областях, толщины диэлектрического слоя и спектра поверхностных состояний в МДП-структурах. Принципы измерения ВФХ получили значительное развитие с совершенствованием средств измерения параметров электрических цепей. Значительный вклад в развитие этой области внесли Л.И.Волгин, В.С.Гутников,
В.Ю.Кнеллер, К.Л.Куликовский, Е.А.Ломтев, А.И.Мартяшин, П.П.Орнатский, В.М.Шляндин, В.М.Сапельников, П.П.Чураков,
Э.К.Шахов и др. Измерения зависимости импеданса полупроводниковой структуры от напряжения смещения находят применение при контроле изделий в процессе производства интегральных микросхем [84], полупроводниковых приборов, для исследования полупроводниковых струк-
эквивалентные электрические схемы. Нижняя и верхняя границы частотного диапазона выбираются, исходя из времени жизни неосновных носителей заряда и времени перезарядки поверхностных состояний. В связи с этим средства измерения ВФХ полупроводниковых структур должны обеспечивать частотный диапазон от единиц герц до единиц мегагерц. Ввиду нелинейности объекта измерения амплитуда переменной составляющей тестового напряжения не должна превышать 25мВ.
3. Для исключения методической погрешности при измерении ВФХ переходов и элементов сложных полупроводниковых структур, таких как МДП- или биполярный транзистор, схемой измерения должны учитываться действия, как паразитных структур в составе исследуемой (например паразитный биполярный транзистор в планарном МДП-транзисторе), так и комплексных сопротивлений остальных элементов объекта измерения.
4. На основе анализа метрологических характеристик существующих средств измерения импедансов электрических цепей и ВФХ полупроводниковых структур скорректированы основные требования по диапазонам тестовых воздействий и измеряемых величин, определены предельные значения их погрешностей, которым должны отвечать современные средства измерения ВФХ полупроводниковых структур.