Информационно-измерительный комплекс для оптоемкостной спектроскопии полупроводников

Комплекс позволяет исследовать оптические свойства полупроводниковых материалов, в частности, ширину запрещенной зоны, энергию ионизации примесей. В его основу положен метод оптоемкостной спектроскопии. Метод является бесконтактным, позволяет исследовать образцы полупроводниковых материалов, толщина...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Published in:Технология и конструирование в электронной аппаратуре
Date:2002
Main Author: Васильев, В.А.
Format: Article
Language:Russian
Published: Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України 2002
Subjects:
Online Access:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70742
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:Информационно-измерительный комплекс для оптоемкостной спектроскопии полупроводников / В.А. Васильев // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2002. — № 2. — С. 46-49. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1860038294694264832
author Васильев, В.А.
author_facet Васильев, В.А.
citation_txt Информационно-измерительный комплекс для оптоемкостной спектроскопии полупроводников / В.А. Васильев // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2002. — № 2. — С. 46-49. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
collection DSpace DC
container_title Технология и конструирование в электронной аппаратуре
description Комплекс позволяет исследовать оптические свойства полупроводниковых материалов, в частности, ширину запрещенной зоны, энергию ионизации примесей. В его основу положен метод оптоемкостной спектроскопии. Метод является бесконтактным, позволяет исследовать образцы полупроводниковых материалов, толщина которых меньше, чем диффузионная длина свободных носителей заряда. Комплекс состоит из монохроматора, исследуемой твердотельной структуры, оптоемкостного преобразователя и регистратора. Описан алгоритм автоматизированной настройки канала измерения.
first_indexed 2025-12-07T16:54:30Z
format Article
fulltext 46 ÒÅÕÍÎËÎÃÈß ÏÐÎÈÇÂÎÄÑÒÂÀ Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2002, ¹ 2 Äàòà ïîñòóïëåíèÿ â ðåäàêöèþ 05.11 2001 ã. Îïïîíåíò ê. ò. í. Ë. Ä. ÁÓÉÊÎ ("Áåëìèêðîàíàëèç", ã. Ìèíñê) Ê. ô.-ì. í. Â. À. ÂÀÑÈËÜÅ Ðîññèÿ, Ïåíçåíñêèé ãîñóäàðñòâåííûé óíèâåðñèòåò E-mail: paspen@rambler.ru Êîìïëåêñ ïîçâîëÿåò èññëåäîâàòü îïòè- ÷åñêèå ñâîéñòâà ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ìàòåðèàëîâ, â ÷àñòíîñòè, øèðèíó çàï- ðåùåííîé çîíû, ýíåðãèþ èîíèçàöèè ïðè- ìåñåé. Èçâåñòíû ðàçëè÷íûå îïòè÷åñêèå ñïåêòðàëüíûå ìåòîäû èññëåäîâàíèé òâåðäûõ òåë � îòðàæàòåëüíîé ñïåêòðîñêîïèè, ñïåêòðîñêîïèè ïðîïóñêàíèÿ, ñïåêò- ðîñêîïèè ôîòîïðîâîäèìîñòè [1�3] è äð. Ìåòîäû îòðàæàòåëüíîé ñïåêòðîñêîïèè è ñïåêòðîñêîïèè ïðî- ïóñêàíèÿ óäîáíû òåì, ÷òî îíè ÿâëÿþòñÿ áåñêîíòàêòíû- ìè, â îòëè÷èå îò ñïåêòðîñêîïèè ôîòîïðîâîäèìîñòè. Ìåòîä îïòîåìêîñòíîé ñïåêòðîñêîïèè ÿâëÿåòñÿ áåñ- êîíòàêòíûì ìåòîäîì, â êîòîðîì, êàê è â ìåòîäå ñïåê- òðîñêîïèè ôîòîïðîâîäèìîñòè, èñïîëüçóåòñÿ ñâîéñòâî ïîëóïðîâîäíèêîâ èçìåíÿòü ýëåêòðîïðîâîäíîñòü ïðè âîçäåéñòâèè îïòè÷åñêîãî èçëó÷åíèÿ. Ìåòîä ðåàëèçóåòñÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì äâóõ ìå- òàëëè÷åñêèõ ïëàñòèí 1 è 2 (ðèñ. 1), ðàñïîëîæåííûõ â îäíîé ïëîñêîñòè, äèýëåêòðèêà 3, åìêîñòíîãî ïðå- îáðàçîâàòåëÿ, ñïåêòðîìåòðà (íàïðèìåð [4, 5]) èëè ìî- íîõðîìàòîðà. Èññëåäóåìûé îáðàçåö ïîëóïðîâîäíè- êîâîé ïëàñòèíû 4 ïîìåùàåòñÿ íà ìåòàëëè÷åñêèå ïëà- ñòèíû 1 è 2 ñî ñòîðîíû äèýëåêòðèêà. Ìåòàëëè÷åñêèå ïëàñòèíû èìåþò ýëåêòðè÷åñêèå âûâîäû a è b, êîòîðûå ñëóæàò äëÿ ïîäêëþ÷åíèÿ òâåðäîòåëüíîé ñòðóêòóðû ê ïðåîáðàçîâàòåëþ åìêîñòè â ýëåêòðè÷åñêèé ñèãíàë. Íà ðèñ. 2 ïîêàçàíà áëîê-ñõåìà èíôîðìàöèîííî- èçìåðèòåëüíîãî êîìïëåêñà äëÿ îïòîåìêîñòíîé ñïåê- òðîñêîïèè. Îïòè÷åñêîå èçëó÷åíèå îò èñòî÷íèêà îïòè- ÷åñêîãî èçëó÷åíèÿ 1 ÷åðåç îïòè÷åñêóþ ñèñòåìó 2 è ìîäóëÿòîð 3 ïîïàäàåò â ìîíîõðîìàòîð 4. Èç ìîíî- õðîìàòîðà îïòè÷åñêîå èçëó÷åíèå ñ îïðåäåëåííîé äëè- íîé âîëíû (÷àñòîòû) íàïðàâëÿåòñÿ íà òâåðäîòåëüíóþ ñòðóêòóðó 5 ñ èññëåäóåìûì îáðàçöîì ïîëóïðîâîä- íèêîâîãî ìàòåðèàëà. Åìêîñòü òâåðäîòåëüíîé ñòðóê- òóðû ïðåîáðàçóåòñÿ â ýëåêòðè÷åñêèé ñèãíàë ïðåîá- ðàçîâàòåëåì 6. Ñ ïîìîùüþ ðåãèñòðèðóþùåãî óñòðîé- ñòâà 7 çàïèñûâàåòñÿ åìêîñòü ñòðóêòóðû è îòíîñèòåëü- íîå èçìåíåíèå åìêîñòè ñòðóêòóðû â çàâèñèìîñòè îò ÷àñòîòû (ýíåðãèè ôîòîíîâ). Òàêèì îáðàçîì, îáëó÷àÿ ïîâåðõíîñòü ïîëóïðîâîä- íèêîâîãî ìàòåðèàëà îïòè÷åñêèì èçëó÷åíèåì ðàçëè÷- íîé ÷àñòîòû ν, ïðåäñòàâëÿåòñÿ âîçìîæíûì ðåãèñò- ðèðîâàòü çàâèñèìîñòü îòíîñèòåëüíîãî èçìåíåíèÿ åì- êîñòè îò ýíåðãèè ôîòîíîâ hν (÷àñòîòû ν, äëèíû âîë- íû λ) ñ ïîìîùüþ óñòàíîâêè ðèñ. 2. Ïðè îáëó÷åíèè ïîâåðõíîñòè ïîëóïðîâîäíèêîâîãî ìàòåðèàëà â ïîâåð- õíîñòíîì ñëîå ïîëóïðîâîäíèêà îáðàçóåòñÿ èçáûòî÷- íàÿ êîíöåíòðàöèÿ ñâîáîäíûõ íîñèòåëåé çàðÿäà. Ýòî ïðèâîäèò ê èçìåíåíèþ ïîâåðõíîñòíîãî ñîïðîòèâëå- íèÿ ïîëóïðîâîäíèêà; îíî ñòàíîâèòñÿ ìåíüøå, âîçðà- ñòàåò ïðîâîäèìîñòü ïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ, è ïîâåðõ- íîñòíûé ñëîé íà÷èíàåò âûïîëíÿòü ôóíêöèè òðåòüåé ïðîâîäÿùåé ïëàñòèíû, ðàñïîëîæåííîé ïàðàëëåëüíî ìåòàëëè÷åñêèì ïëàñòèíàì 1 è 2 (ðèñ. 1). Ïðè ýòîì ãëóáèííûå îáëàñòè ïîëóïðîâîäíèêîâîãî ìàòåðèàëà âûïîëíÿþò ðîëü äèýëåêòðèêà. Êàê èçâåñòíî, äèýëåê- òðè÷åñêàÿ ïðîíèöàåìîñòü ïîëóïðîâîäíèêîâ äîñòàòî÷- íî âûñîêà (ε~11�14), à åìêîñòü îáû÷íîãî êîíäåí- ÈÍÔÎÐÌÀÖÈÎÍÍÎ-ÈÇÌÅÐÈÒÅËÜÍÛÉ ÊÎÌÏËÅÊÑ ÄËß ÎÏÒÎÅÌÊÎÑÒÍÎÉ ÑÏÅÊÒÐÎÑÊÎÏÈÈ ÏÎËÓÏÐÎÂÎÄÍÈÊΠÐèñ. 2. Áëîê-ñõåìà èíôîð- ìàöèîííî-èçìåðèòåëüíî- ãî êîìïëåêñà 1 2 3 4 5 6 7 a b Ðèñ. 1. Òâåðäîòåëüíàÿ ñòðóêòóðà äëÿ ðåàëèçàöèè ìåòîäà I 3 1 4 2 Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2002, ¹ 2 47 ÒÅÕÍÎËÎÃÈß ÏÐÎÈÇÂÎÄÑÒÂÀ ñàòîðà ïðÿìî ïðîïîðöèîíàëüíà äèýëåêòðè÷åñêîé ïðî- íèöàåìîñòè.  ðåçóëüòàòå íàáëþäàåòñÿ ñóùåñòâåííîå èçìåíåíèå åìêîñòè ìåæäó äâóìÿ ìåòàëëè÷åñêèìè ïëà- ñòèíàìè. Ïðè ïðåîáðàçîâàíèè åìêîñòè â ýëåêòðè÷åñêèé ñèãíàë óäîáíî èñïîëüçîâàòü ñðàâíåíèå ïðå- îáðàçóåìîé âåëè÷èíû åìêîñòè òâåðäîòåëüíîé ñòðóê- òóðû Cx c îïîðíîé âåëè÷èíîé C0.  êà÷åñòâå îïîðíîé âåëè÷èíû öåëåñîîáðàçíî âûáèðàòü åìêîñòü êîíäåí- ñàòîðà, ñîèçìåðèìóþ ñ åìêîñòüþ òâåðäîòåëüíîé ñòðóêòóðû. Èñïîëüçîâàíèå ìîñòîâûõ èçìåðèòåëüíûõ öåïåé ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü âûñîêóþ ÷óâñòâèòåëüíîñòü (∆Ñ/Ñ) åìêîñòíîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ � äî 1·10�9� 1·10�13. Íèæå ïðåäñòàâëåíû ðàçëè÷íûå ýëåêòðè÷åñ- êèå ñõåìû ïðåîáðàçîâàòåëÿ åìêîñòè â ýëåêòðè÷åñêèé ñèãíàë, êàæäàÿ èç êîòîðûõ ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíà. Ñõåìà ïðåîáðàçîâàòåëÿ, èçîáðàæåííàÿ íà ðèñ. 3, îò- íîñèòñÿ ê òèïó àâòîêîìïåíñàöèîííûõ. Îíà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé öåïü ñ óðàâíîâåøèâàíèåì ïðîòèâîôàçíûõ òîêîâ, ïðîòåêàþùèõ ÷åðåç èçìåðèòåëüíóþ âåòâü, ñîäåðæàùóþ èçìåðÿåìóþ åìêîñòü Cx, è îïîðíóþ âåòâü ñ îïîðíîé åìêîñòüþ C0. Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå òàêîé èçìåðèòåëü- íîé öåïè îïðåäåëÿåòñÿ âûðàæåíèåì     +++ ≅ xx x Ñ C C C k Ñ Ñ UU 200 1 1 1 1 c inout , (1) Àíàëèç âûðàæåíèÿ (1) ïîêàçûâàåò, ÷òî ðàññìàòðèâà- åìóþ èçìåðèòåëüíóþ öåïü óäîáíî èñïîëüçîâàòü äëÿ ïðå- îáðàçîâàíèÿ â íàïðÿæåíèå, ïîñêîëüêó ïðè áîëüøèõ çíà- ÷åíèÿõ k îíà ïðàêòè÷åñêè ëèíåéíà. Åìêîñòè ýêðàíèðî- âàííûõ ïðîâîäîâ Ññ1 è Ññ3 ñëàáî âëèÿþò íà ôóíêöèþ ïðåîáðàçîâàíèÿ, è òåì ìåíüøå, ÷åì ìåíüøå âûõîäíûå ñîïðîòèâëåíèÿ ãåíåðàòîðà âõîäíîãî ñèãíàëà è ñàìîãî îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ. Áëàãîäàðÿ ãëóáîêîé îòðèöà- òåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè, îõâàòûâàþùåé îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü, åãî âõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå, à ñëåäîâàòåëüíî, è íàïðÿæåíèå íà åãî èíâåðòèðóþùåì âõîäå, î÷åíü ìàëî. Ýòî îáñòîÿòåëüñòâî ïîçâîëÿåò, âíå çàâèñèìîñòè îò äëè- íû ýêðàíèðîâàííîé ëèíèè ñâÿçè è, ñîîòâåòñòâåííî, îò åìêîñòè Ññ2, îñòàâëÿòü íåèçìåííîé èçìåðèòåëüíóþ öåïü. Îäíàêî ïðè ýòîì íåîáõîäèìî èñïîëüçîâàòü îïåðàöèîí- íûé óñèëèòåëü ñ äîñòàòî÷íî âûñîêèì áûñòðîäåéñòâèåì è áîëüøèì êîýôôèöèåíòîì óñèëåíèÿ. Ýëåêòðè÷åñêóþ ñõåìó ðèñ. 3 óäîáíî èñïîëüçîâàòü äëÿ èçìåðåíèé â øèðîêîì òåìïåðàòóðíîì äèàïàçîíå. Îíà ïîçâîëÿåò ðàçìåñòèòü èçìåðÿåìóþ òâåðäîòåëüíóþ ñòðóê- òóðó åìêîñòüþ Ñõ è îïîðíûé êîíäåíñàòîð åìêîñòüþ Ñ0 â êðèîñòàòå, íà óäàëåíèè îò ïðåîáðàçîâàòåëÿ.  êà÷åñòâå êîíäåíñàòîðà Ñ0 ìîæíî èñïîëüçîâàòü àíàëîãè÷íóþ èñ- ñëåäóåìîé òâåðäîòåëüíóþ ñòðóêòóðó, ïîìåùåííóþ â òåíü. Ê íåäîñòàòêàì ñõåìû ìîæíî îòíåñòè ñëîæíîñòü îáåñïå÷åíèÿ óñòîé÷èâîñòè îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ è ñòàáèëèçàöèè åãî ðåæèìà ïî ïîñòîÿííîìó òîêó ïðè áîëüøèõ k. Óñòðàíèòü ýòîò íåäîñòàòîê ìîæíî ïóòåì óâå- ëè÷åíèÿ âíóòðåííåãî ñîïðîòèâëåíèÿ îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ. Íà ðèñ. 4 ïîêàçàíà ýëåêòðè÷åñêàÿ ñõåìà ïðåîáðàçî- âàòåëÿ ñ Ò-îáðàçíîé êîððåêòèðóþùåé öåïüþ èç ðåçèñ- òîðîâ R1, R2 è êîíäåíñàòîðà Ñ1. Ò-îáðàçíàÿ öåïü îáåñ- ïå÷èâàåò ñòàáèëèçàöèþ ðåæèìà îïåðàöèîííîãî óñèëè- òåëÿ ïî ïîñòîÿííîìó òîêó. Îñîáåííîñòüþ åå ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî îíà èìååò ðåçîíàíñíûé ïèê óñèëåíèÿ íà ÷àñòîòå 010 2 1 CC R f π = . Äëÿ ìèíèìèçàöèè äèíàìè÷åñêîé ïî- ãðåøíîñòè òðåáóåòñÿ âûïîëíèòü ñîîòíîøåíèå fâõ>>f0, f0>>fï, ãäå fâõ � ÷àñòîòà íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ, f0 � ÷àñòî- òà ðåçîíàíñà èçìåðèòåëüíîé öåïè, à fï � ÷àñòîòà èçìå- ðèòåëüíîãî ïðîöåññà. Ñ òî÷êè çðåíèÿ ðàñøèðåíèÿ ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ ïðå- èìóùåñòâî èìååò öåïü îòðèöàòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè ïî ïîñòîÿííîìó òîêó â âèäå øóíòèðóþùåãî ñîïðîòèâëåíèÿ R1 (ñì. ðèñ. 5), âêëþ÷àåìîãî ìåæäó èíâåðñíûì âõîäîì è âûõîäîì îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ A1.  ýòîì ñëó÷àå íåîáõîäèìî âûïîëíåíèå óñëîâèÿ fâõ>>1/(2πR1C0), èç êî- òîðîãî âûáèðàåòñÿ çíà÷åíèå R1>>1/(2πfâõC0). Ââåäåíèå øóíòèðóþùåãî ðåçèñòîðà ïðèâîäèò ê ñìåùåíèþ âûõîä- íîãî íàïðÿæåíèÿ ïî ïîñòîÿííîìó óðîâíþ è, ñëåäîâà- Ðèñ. 3. Àâòîêîì- ïåíñàöèîííàÿ ñõå- ìà ïðåîáðàçîâàòå- ëÿ åìêîñòè òâåðäî- òåëüíîé ñòðóêòó- ðû â ýëåêòðè÷åñ- êèé ñèãíàë G Uin Ñõ Ñ0à b Ñc1 Ñc2 Ñc3 Uout A1 Ðèñ. 4. Ñõåìà ïðå- îáðàçîâàòåëÿ ñ Ò- îáðàçíîé R-C-R- öåïüþ îáðàòíîé ñâÿçè G Uin Ñõ Ñ0à b Ñ1 Uout A1 R1 R2 Ðèñ. 5. Ñõåìà ïðå- îáðàçîâàòåëÿ ñ øóíòèðóþùèì ðåçèñòîðîì â öåïè îáðàòíîé ñâÿçè G Uin Ñõ Ñ0à b Uout A1 R1 âûõîäíîå è âõîäíîå íàïðÿæåíèå èçìåðè- òåëüíîé öåïè; êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ (À1) íà íåñóùåé ÷àñòîòå; åìêîñòü ýêðàíèðîâàííîãî ïðîâîäà. ãäå Uout, Uin � k � Ññ2 � 48 ÒÅÕÍÎËÎÃÈß ÏÐÎÈÇÂÎÄÑÒÂÀ Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2002, ¹ 2 òåëüíî, ê óìåíüøåíèþ äèàïàçîíà âûõîäíîãî íàïðÿæå- íèÿ îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ.  ðåçóëüòàòå ñíèæàåòñÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü ïðåîáðàçîâàòåëÿ.  êà÷åñòâå óñòðîéñòâà ðåãèñòðàöèè ñèãíàëà â ñàìîì ïðîñòåéøåì âàðèàíòå ìîæåò áûòü èñ- ïîëüçîâàí âîëüòìåòð. Ïðè ýòîì ìîäóëÿòîð îïòè÷åñ- êîãî èçëó÷åíèÿ 3 (ñì. ðèñ. 2) íå íóæåí. Îí íåîáõî- äèì òîëüêî â ñëó÷àå èñïîëüçîâàíèÿ ïðèíöèïà ñèíõ- ðîííîãî äåòåêòèðîâàíèÿ ñèãíàëà, êîòîðîå ïîçâîëÿåò ñóùåñòâåííî ïîâûñèòü ñîîòíîøåíèå "ñèãíàë/øóì". Îäíàêî ýòî òðåáóåò ïðèìåíåíèÿ ïðåîáðàçîâàòåëÿ åì- êîñòè â ýëåêòðè÷åñêèé ñèãíàë ñ âûñîêèìè äèíàìè- ÷åñêèìè õàðàêòåðèñòèêàìè. Ñ ýòîé öåëüþ ìîæíî èñ- ïîëüçîâàòü ñõåìó ðèñ. 4 ïðè óñëîâèè âûïîëíåíèÿ óêà- çàííûõ âûøå ñîîòíîøåíèé ÷àñòîò. Óñòðîéñòâà ðåãèñòðàöèè ñèãíàëà, èñïîëüçóþùèå ïðèíöèï ñèíõðîííîãî äåòåêòèðîâàíèÿ, îïèñàíû â ðàáî- òàõ [4, 5]. Áëîê-ñõåìà òàêîãî óñòðîéñòâà, ïîçâîëÿþùå- ãî ðåãèñòðèðîâàòü ñèãíàë ïðè ïîìîùè ÏÝÂÌ, ïðåä- ñòàâëåíà íà ðèñ. 6 (ÏÝÂÌ íà ðèñóíêå íå ïîêàçàíà). Óñòðîéñòâî ðåãèñòðàöèè ñèãíàëà ïîäêëþ÷àåòñÿ ê ÏÝÂÌ ïðè ïîìîùè èíòåðôåéñà ïàðàëëåëüíîãî îáìå- íà, ïîçâîëÿþùåãî îñóùåñòâëÿòü ââîä è âûâîä èí- ôîðìàöèè ÷åðåç êàíàë â âèäå 16-ðàçðÿäíîãî ïàðàë- ëåëüíîãî äâîè÷íîãî êîäà ïî 16 àäðåñàì, ïðèíèìàòü ñèãíàëû çàïðîñîâ ïðåðûâàíèé ïî 4 ëèíèÿì ñ ó÷åòîì ïðèîðèòåòà. Îïîðíûé ñèãíàë ôîðìèðóåòñÿ êâàðöåâûì ãåíåðàòîðîì 1. Äëÿ ïîëó÷åíèÿ îïîðíîãî ñèãíàëà, ñäâèíóòîãî ïî ôàçå îòíîñèòåëüíî ïåðâîíà÷àëüíîãî, ñëóæèò ôàçîâðàùàòåëü 2. Êàíàë ðåãèñòðàöèè âêëþ- ÷àåò â ñåáÿ óñèëèòåëü íèçêîé ÷àñòîòû 3, ñèíõðîííûé äåòåêòîð 5, ôèëüòð íèçêîé ÷àñòîòû 6, àíàëîãî-öèôðî- âîé ïðåîáðàçîâàòåëü 8. Ñèãíàë îò ïðåîáðàçîâàòåëÿ åìêîñòè â ýëåêòðè÷åñêèé ñèãíàë ïîäàåòñÿ íà âõîä c. Ìîäóëÿöèÿ îïòè÷åñêîãî ñèãíàëà îñóùåñòâëÿåòñÿ ïðè ïîìîùè ìîäóëÿòîðà (ñì. ðèñ. 2), êîòîðûé ïðåäñòàâ- ëÿåò ñîáîé ëîïàñòè, óñòàíîâëåííûå íà îñè øàãîâîãî äâèãàòåëÿ, óïðàâëÿåìîãî êîììóòàòîðîì øàãîâîãî äâèãàòåëÿ 4 (âûõîä d). Ôàçîâðàùàòåëü, óñèëèòåëü íèçêîé ÷àñòîòû è ôèëüòð íèçêîé ÷àñòîòû ñíàáæåíû öèôðîâûìè áëîêàìè óïðàâëåíèÿ. Äëÿ óñòàíîâêè è ñ÷èòûâàíèÿ êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ èñïîëüçîâàíî 10 áèò, äëÿ çàïèñè è ñ÷èòûâàíèÿ ôàçû � 6 áèò, äëÿ çàïèñè è ñ÷èòûâàíèÿ ïîñòîÿííîé èíòåãðèðîâàíèÿ � 3 áèòà, ÷òî, ñîîòâåòñòâåííî, ïîçâîëÿåò èçìåíÿòü êî- ýôôèöèåíò óñèëåíèÿ îò 1 äî 1023 ïî 1024 ãðàäàöèÿì, ñäâèãàòü ôàçó îïîðíîãî ñèãíàëà îòíîñèòåëüíî èíôîð- ìàöèîííîãî ñèãíàëà â ïðåäåëàõ îò 0 äî 360° ïî 128 ãðàäàöèÿì è óñòàíàâëèâàòü ïîñòîÿííóþ âðåìåíè èí- òåãðèðîâàíèÿ ôèëüòðà íèçêîé ÷àñòîòû îò 0 äî 5 ñ ïî 8 ãðàäàöèÿì, îñóùåñòâëÿÿ êîíòðîëü ñîñòîÿíèÿ ðåãèñò- ðîâ. Êàê ïîêàçàëà ïðàêòèêà, ðåãóëèðîâêà ïàðàìåòðîâ â óêàçàííûõ ïðåäåëàõ ñ òàêèì ÷èñëîì ãðàäàöèé ÿâ- ëÿåòñÿ âïîëíå äîñòàòî÷íîé. Äëÿ ïðåîáðàçîâàíèÿ èíôîðìàòèâíîãî ñèãíàëà èñ- ïîëüçîâàëñÿ 15-ðàçðÿäíûé àíàëîãî-öèôðîâîé ïðåîá- ðàçîâàòåëü (ÀÖÏ). Ôîðìèðîâàíèå èìïóëüñîâ åãî çà- ïóñêà îñóùåñòâëÿåòñÿ ôîðìèðîâàòåëåì èìïóëüñîâ 7. Åãî ýëåêòðè÷åñêàÿ ñõåìà îòëè÷àåòñÿ èñïîëüçîâàíè- åì àêòèâíîãî ôèëüòðà íèçêîé ÷àñòîòû ñ ÷àñòîòîé ñðå- çà ~15 Ãö âî âõîäíîì êàñêàäå (÷òî îáåñïå÷èâàåò óñ- òîé÷èâóþ ðàáîòó) è ôîðìèðîâàòåëåì ïàðíûõ èìïóëü- ñîâ (äëÿ íàäåæíîãî çàïóñêà ÀÖÏ). Ñ ôîðìèðîâàòåëÿ èìïóëüñîâ 7 íà âõîä çàïóñêà ÀÖÏ â ðåæèìå èçìåðåíèÿ ïîñòóïàåò ïîñëåäîâàòåëü- íîñòü èìïóëüñîâ. Ñ÷èòûâàíèå äàííûõ ñ âûõîäíûõ ðåãèñòðîâ ÀÖÏ ïðîèçâîäèòñÿ ïî çàïðîñó ïðåðûâà- íèÿ, êîòîðûì ñëóæèò èìïóëüñ êîíöà ïðåîáðàçîâàíèÿ ÀÖÏ. Èñïîëüçîâàíèå óñèëèòåëÿ íèçêîé ÷àñòîòû ñ öèô- ðîâûì óïðàâëåíèåì êîýôôèöèåíòîì óñèëåíèÿ, ôàçî- âðàùàòåëÿ ñ öèôðîâûì óïðàâëåíèåì ôàçû è ôèëüòðà íèçêîé ÷àñòîòû ñ öèôðîâûì óïðàâëåíèåì ïîñòîÿí- íîé èíòåãðèðîâàíèÿ ïîçâîëÿåò îñóùåñòâëÿòü óñòàíîâ- êó êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ, ôàçû è ïîñòîÿííîé èí- òåãðèðîâàíèÿ êàê ñ êëàâèàòóðû ÏÝÂÌ, òàê è àâòîìà- òè÷åñêè � ïî âûõîäíîìó ñèãíàëó ñ ÀÖÏ ñ ïîìîùüþ ïðîãðàììû "íàñòðîéêà". Äåòàëüíîå îïèñàíèå ðàáîòû ôóíêöèîíàëüíûõ áëîêîâ è àëãîðèòìû ïðèâåäåíû â [5]. Ïðîâåäåíî ýêñïåðèìåíòàëüíîå èññëåäîâàíèå îáðàçöà ïîëóèçîëèðóþùåãî GaAs (ïëîùàäü 35 ìì2, òîëùèíà 0,4 ìì, îðèåíòàöèÿ [100], óäåëüíîå ñîïðîòèâëåíèå 1,7·107 Îì·ñì, ïîäâèæíîñòü íîñèòåëåé çàðÿäà µ=2215 ñì2/·ñì). Ñïåêòðàëüíàÿ çàâèñèìîñòü îòíîñèòåëüíîãî èçìåíåíèÿ åìêîñòè äëÿ GaAs, èçìå- ðåííàÿ ïðè òåìïåðàòóðå 300 Ê, ïîêàçàíà íà ðèñ. 7.  îáëàñòè ýíåðãèé ôîòîíîâ îò 1,3 äî 1,45 ý ÷åòêî ïðî- ÿâëÿåòñÿ êðàé ñîáñòâåííîãî ïîãëîùåíèÿ, à â îáëàñòè îò 0,75 äî 1,1 ý íàáëþäàåòñÿ ïðèìåñíàÿ ïîëîñà ïî- ãëîùåíèÿ. Èçâåñòíî, ÷òî îïòè÷åñêèå ñâîéñòâà ïîëó- ïðîâîäíèêà è, â ÷àñòíîñòè, GaAs îïðåäåëÿþòñÿ åãî çîííîé ñòðóêòóðîé. Çîííàÿ ñòðóêòóðà GaAs ïðåäñòàâ- ëåíà íà ðèñ. 8 [6, ñ. 482]. Êðàé ñîáñòâåííîãî ïîãëî- ùåíèÿ â GaAs ñîîòâåòñòâóåò âåðòèêàëüíûì ïåðåõî- Ðèñ. 6. Áëîê-ñõåìà óñòðîéñòâà ðåãèñòðàöèè ñèãíàëà Interface chanel 1 2 3 5 6 8 4 7 d c 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 hν, ýB ∆C/C 0,08 0,04 0 Ò=300 Ê Ðèñ 7. Çàâèñèìîñòü îòíîñèòåëüíîãî èçìåíåíèÿ åìêîñòè òâåðäîòåëüíîé ñòðóêòóðû îò ýíåðãèè ôîòîíîâ äëÿ GaAs Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2002, ¹ 2 49 ÒÅÕÍÎËÎÃÈß ÏÐÎÈÇÂÎÄÑÒÂÀ 1), ñîâïàäàåò ñ ïîëîæåíèåì êðóòîãî ïîäúåìà êðàÿ ñîáñòâåííîãî ïîãëîùåíèÿ íà ðèñ. 7. Ðàçìûòîñòü ïî- ëîñû êðàÿ ñîáñòâåííîãî ïîãëîùåíèÿ â îáëàñòè îò 1,27 äî 1,38 ýÂ, ïðîÿâëÿþùàÿñÿ â ñïåêòðå ðèñ. 7, ïîä- òâåðæäàåòñÿ ðåçóëüòàòàìè èññëåäîâàíèé ðåêîìáèíà- öèîííîãî èçëó÷åíèÿ íà ðèñ.10 (êðèâàÿ 1). * * * Êàê ïîêàçàëè ðåçóëüòàòû ýêñïåðèìåíòîâ, èíôîð- ìàöèîííî-èçìåðèòåëüíûé êîìïëåêñ, èñïîëüçóþùèé áåñêîíòàêòíûé ìåòîä îïòîåìêîñòíîé ñïåêòðîñêîïèè, ïîçâîëÿåò èññëåäîâàòü îñîáåííîñòè ïîëóïðîâîäíè- êîâ, îáíàðóæèâàòü â íèõ íàëè÷èå ïðèìåñåé, íàëè÷èå ñîáñòâåííîãî ïîãëîùåíèÿ. Ïî ñïåêòðàëüíûì çàâèñè- ìîñòÿì îòíîñèòåëüíîãî èçìåíåíèÿ åìêîñòè ìîæíî îï- ðåäåëÿòü ãëóáèíó çàëåãàíèÿ ïðèìåñåé è øèðèíó çàï- ðåùåííîé çîíû. Äîñòîèíñòâîì ìåòîäà ÿâëÿåòñÿ è òî, ÷òî îí ïîçâî- ëÿåò èññëåäîâàòü ïîëóïðîâîäíèêîâûå ïëàñòèíû (è ïîëóïðîâîäíèêîâûå ñëîè íà äèýëåêòðè÷åñêèõ ïîä- ëîæêàõ), òîëùèíà êîòîðûõ ìåíüøå, ÷åì äèôôóçèîí- íàÿ äëèíà ñâîáîäíûõ íîñèòåëåé çàðÿäà. ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÍÛÅ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÈ 1. Áàðàíîâ À. Í., Âàñèëüåâ Â. À., Êîïûëîâ À. À, Øåð- ñòíåâ Â. Â. Ñïåêòðîñêîïèÿ îïòè÷åñêîãî îòðàæåíèÿ ýïè- òàêñèàëüíûõ ñòðóêòóð InAsxSbyP1�x�y / InAs / Òåç. äîêë. 1-é Âñåñîþç. êîíô. ïî ôèçè÷åñêèì îñíîâàì òâåðäîòåëü- íîé ýëåêòðîíèêè. Ò. À.� Ëåíèíãðàä, 25�29 ñåíòÿáðÿ 1989 ã.� Ñ. 164�165. 2. Âàñèëüåâ Â. À., Äûøëîâåíêî Ï. Å., Êîïûëîâ À. À., Øàêìàåâ À. À. Äëèííîâîëíîâàÿ ôóðüå-ñïåêòðîñêîïèÿ ïðèìåñíûõ ñîñòîÿíèé â ôîñôèäå ãàëëèÿ // Îïòîýëåêò- ðîííûå ìàòåðèàëû .� Ë.: (Èçâ. ËÝÒÈ.� 1989.� Âûï. 414).� Ñ. 21�24. 3. Âàñèëüåâ Â. À. Ïðèìåñíàÿ ôîòîïðîâîäèìîñòü â òâåðäîì ðàñòâîðå ãåðìàíèé�êðåìíèé // Òàì æå.� 1990.� Âûï. 420.� Ñ. 17�21. 4. À. ñ. 1622775 ÑÑÑÐ. Ôóðüå-ñïåêòðîìåòð / Â. À. Âà- ñèëüåâ, À. À. Êîïûëîâ, À. Í. Õîëîäèëîâ. � Îïóáë. â Á. È., 1991, ¹ 3. 5. À. ñ. 1681171 ÑÑÑÐ. Ôóðüå-ñïåêòðîìåòð / Â. À. Âà- ñèëüåâ, À. À. Êîïûëîâ, À. Í. Õîëîäèëîâ.� Îïóáë. â Á. È., 1991, ¹ 36. 6. Ñïðàâî÷íèê ïî ýëåêòðîòåõíè÷åñêèì ìàòåðèàëàì / Ïîä ðåä Þ. Â. Êîðèöêîãî, Â. Â. Ïàñûíêîâà, Á. Ì. Òàðåå- âà.� Ò. 3.� Ë.: Ýíåðãîàòîìèçäàò, 1988. 7. Ãàâðèëåíêî Â. È., Ãðåõîâ À. Ì., Êîðáóòÿê Ä. Â., Ëèòîâ÷åíêî Â. Ã. Îïòè÷åñêèå ñâîéñòâà ïîëóïðîâîäíè- êîâ. Ñïðàâî÷íèê.� Êèåâ: Íàóêîâà äóìêà, 1987. äàì ìåæäó ýêñòðåìóìàìè äâóõ çîí ïðè k=0. Øèðèíà çàïðåùåííîé çîíû ïðè òåìïåðàòóðå T=300 K èìååò çíà÷åíèå ~1,43 ýÂ, ÷òî õîðîøî ñîãëàñóåòñÿ ñ ðåçóëü- òàòàìè ýêñïåðèìåíòà (ðèñ. 7). Îáû÷íî êðèñòàëëû GaAs ñ âûñîêèì óäåëüíûì ñîïðîòèâëåíèåì (~107 Îì·ñì) ïîëó÷àþò ïóòåì ëåãè- ðîâàíèÿ àðñåíèäà ãàëëèÿ æåëåçîì èëè õðîìîì. Fe è Cr ñîçäàþò ãëóáîêîëåæàùèå ýíåðãåòè÷åñêèå óðîâíè àêöåïòîðíîãî òèïà è ÿâëÿþòñÿ âûñîêîýôôåêòèâíûìè ðåêîìáèíàöèîííûìè ëîâóøêàìè. Ýíåðãèè èîíèçàöèè ýòèõ ïðèìåñåé èìåþò çíà÷åíèÿ: Fe � 0,52 ýÂ, Ñr � 0,79 ý [6, ñ. 488]. Ñóäÿ ïî çàâèñèìîñòè ðèñ. 7, â èññëåäîâàííîì îáðàçöå ïðèñóòñòâóåò ïðèìåñü Cr. Åå íàëè÷èå îáúÿñíÿåò ïîãëîùåíèå â îáëàñòè îò 0,75 äî 1,1 ýÂ. Óðîâåíü ýíåðãèè èîíèçàöèè Cr ïîêàçàí íà ðèñ. 8, îí íàõîäèòñÿ â çàïðåùåííîé çîíå ìåæäó äíîì çîíû ïðîâîäèìîñòè è ïîòîëêîì âàëåíòíîé çîíû. Íà ðèñ. 9 è 10 ïîêàçàíû ñïåêòð ïîãëîùåíèÿ [6, ñ. 489] è ñïåêòð ðåêîìáèíàöèîííîãî èçëó÷åíèÿ [7, ñ. 353] GaAs. Ñîïîñòàâëÿÿ ñ íèìè ïîëó÷åííûé ñïåêòð ðèñ. 7, ìîæíî ñäåëàòü âûâîä î òîì, ÷òî ðåçóëüòàòû ýêñïåðèìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé ñ èñïîëüçîâàíèåì ìåòîäà îïòîåìêîñòíîé ñïåêòðîñêîïèè õîðîøî ñîãëà- ñóþòñÿ ñ äàííûìè, ïîëó÷åííûìè äðóãèìè ìåòîäàìè. Òàê, ïîëîæåíèå êðóòîãî ïîäúåìà êðàÿ ñîáñòâåííîãî ïîãëîùåíèÿ GaAs, èçîáðàæåííîå íà ðèñ. 9 (êðèâàÿ 1,42 1,46 1,50 hν, ýB α·10�4, ñì�1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 32 1 Ðèñ 9. Çàâèñèìîñòü êîýôôèöèåíòà ïîãëîùåíèÿ îò ýíåðãèè ôîòîíîâ äëÿ GaAs: 1 � Ò=294 Ê; 2 � Ò=186 Ê; 3 � Ò=21 Ê I, îòí. åä. 100 50 0 1,30 1,35 1,40 1,45 hν, ýB 321 Ðèñ 10. Çàâèñèìîñòü èíòåíñèâíîñòè ðåêîìáèíàöèîííîãî èçëó÷åíèÿ îò ýíåðãèè ôîòîíîâ äëÿ GaAs: 1 � Ò=300 Ê; 2 � Ò=200 Ê; 3 � Ò=77 Ê [111] [000] [100] Cr GaAs E, ý 300 Ê 1, 82 0, 5 1, 97 1, 43 0, 79 0,35 Ðèñ 8. Ýíåðãåòè÷åñêàÿ çîííàÿ äèàãðàììà GaAs k k
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-70742
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 2225-5818
language Russian
last_indexed 2025-12-07T16:54:30Z
publishDate 2002
publisher Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
record_format dspace
spelling Васильев, В.А.
2014-11-11T20:00:30Z
2014-11-11T20:00:30Z
2002
Информационно-измерительный комплекс для оптоемкостной спектроскопии полупроводников / В.А. Васильев // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2002. — № 2. — С. 46-49. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
2225-5818
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70742
681.325
Комплекс позволяет исследовать оптические свойства полупроводниковых материалов, в частности, ширину запрещенной зоны, энергию ионизации примесей. В его основу положен метод оптоемкостной спектроскопии. Метод является бесконтактным, позволяет исследовать образцы полупроводниковых материалов, толщина которых меньше, чем диффузионная длина свободных носителей заряда. Комплекс состоит из монохроматора, исследуемой твердотельной структуры, оптоемкостного преобразователя и регистратора. Описан алгоритм автоматизированной настройки канала измерения.
ru
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
Технология и конструирование в электронной аппаратуре
Технология производства
Информационно-измерительный комплекс для оптоемкостной спектроскопии полупроводников
Article
published earlier
spellingShingle Информационно-измерительный комплекс для оптоемкостной спектроскопии полупроводников
Васильев, В.А.
Технология производства
title Информационно-измерительный комплекс для оптоемкостной спектроскопии полупроводников
title_full Информационно-измерительный комплекс для оптоемкостной спектроскопии полупроводников
title_fullStr Информационно-измерительный комплекс для оптоемкостной спектроскопии полупроводников
title_full_unstemmed Информационно-измерительный комплекс для оптоемкостной спектроскопии полупроводников
title_short Информационно-измерительный комплекс для оптоемкостной спектроскопии полупроводников
title_sort информационно-измерительный комплекс для оптоемкостной спектроскопии полупроводников
topic Технология производства
topic_facet Технология производства
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70742
work_keys_str_mv AT vasilʹevva informacionnoizmeritelʹnyikompleksdlâoptoemkostnoispektroskopiipoluprovodnikov