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...
Saved in:
| Published in: | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
|---|---|
| Date: | 2002 |
| Main Author: | |
| 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. ÂÀÑÈËÜÅÂ
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
ÏÎËÓÏÐÎÂÎÄÍÈÊÎÂ
Ðèñ. 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. Â 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. Â 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. Â
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 ýÂ 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 ýÂ [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, ýÂ 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 |