Автоматизована установка для дослідження релаксаційних процесів і вольт-амперних характеристик у діелектриках і напівпровідниках Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

РАДЮЕЛЕКТРОН1КА

УДК 537.311.33

АВТОМАТИЗОВАНА УСТАНОВКА ДЛЯ ДОСЛ1ДЖЕННЯ РЕЛАКСАЦ1ЙНИХ ПРОЦЕС1В I ВОЛЬТ-АМПЕРНИХ ХАРАКТЕРИСТИК У Д1ЕЛЕКТРИКАХ I

НАП1ВПР0В1ДНИКАХ

Г. В. Сшжной, А. В. Кондратьев

Предложена автоматизированная установка для исследований релаксационных процессов и ВАХ в диэлектриках и полупроводниках на базе персонального компьютера с операционной системой Windows 95, оснащенного интерфейсом связи с прибором ЦУИП (цифровой универсальный измерительный прибор) и блоком питания Б5-43. Разработано программное обеспечение для изменений условий эксперимента, регистрации и обработки данных.

Запропоновано автоматизовану установку для досл1джен-ня релаксацшних процес1в i ВАХ у д1електриках i натвпро-в1дниках на базi персонального комп'ютера з операцтною системою Windows 95, оснащеного iнтерфейсом зв'язку з при-ладом ЦУВП (цифровий утверсальний вимiрювальний при-лад) i блоком живлення Б5-43. Розроблено програмне забезпе-чення для змiни умов експерименту, реестраци й опра-цювання даних.

Offered automatic installation for the study relaxing processes and volt-amper characteristic in insulators and semiconductors on Intel486 computer base with the operating system Windows 95, equiped by the interface of relationship with the device ЦУИП (numerical universal measurment instrument) and power supply unit Б5-43. Designed software for changing the conditions of experiment, registrations and data processing.

Проведения складних ф1зичних експерименив (одно-часний вим1р множини р1знор1дних параметр1в через мШмальш пром1жки часу, велика тривалшть експерименту i т.п.) практично неможливо без застосування ЕОМ [1]. Автоматизащя стосуеться не пльки реестра-щю результапв вимiру, але i керування зовшшшми впливами. В даний час пропонуеться великий асорти-мент штерфейсних пристрой для зв'язку ЕОМ i вимiрювальних систем [2]. 1х характеризуе досить висока варисть, а також необхщшсть використання в^повщних вимiрювальних приладiв. Питання про "вщкриисть" супутнього програмного забезпечення також е досить стрним. Назваш чинники, а також стандартний (або обмежений) набiр вимiрювальних устро!в у вичизняних наукових лабораторiях, обмежуе широке використання комп'ютерних технологш у наукових досл^женнях.

Для дослщження релаксацшних процеив i вивчення залежностей вольт-амперних характеристик (ВАХ) була створена автоматизована установка на базi комп'ютера Intel486 з операцшною системою Windows 95, оснащеного штерфейсом зв'язку з приладом ЦУВП (цифровий ушверсальний вимiрювальний прилад) i блоком живлення Б5-43. Для створення штерфейсно! системи використовувалася втизняна елементна база.

44

Автоматизована установка складаеться з чотирьох функцюнальних частин:

- вимiрювальний осередок iз дослiджуваним зразком,

- прилади: ЦУВП (для вимiру струму i напруги) та Б5-43 (для завдання напруги на зразку),

- штерфейс зв'язку з приладами ЦУВП i Б5-43,

- програмне забезпечення, що забезпечуе керування ходом експерименту й опрацювання результаив.

Функцюнальна блок-схема установки зображена на рисунку 1. Керуючi властивосп установки реалiзованi програмно з застосуванням комтлятора Borland Pascal 7.0 for Windows.

Осюльки рiвень фонових струмiв вiдпливу визнача-еться властивостями iзолятора, у якостi iзолюючого матерiалу в данiй конструкцй' вимiрювального осередку використовувався тефлон i кварц. Для полшшення електричного контакту i виключення пов^ряних зазорiв мiж зразком i електродом, застосовували In-Ga пасту.

Вимiрювальна частина включае вольт-амперметр

ЦУВП для реестраци струмiв i напруг у дiапазонi 10-2-

10-7А та 10-2-10-7В, в^повщно. Вибiр дiапазонiв вимiрiв здiйснюeться програмно.

Для автоматичного регулювання напруги, що пода-еться на зразок, використовувався Б5-43. Цифровий код для встановлення напруги на зразку задавався програмно. Крок по напрузi 0.01 В.

Для керування ЦУВП використовувалися розшми для тдключення дистанцшного керування (ДУ). Це дозволило робити зовшшнш запуск приладу, переключення дiапазонiв i режимiв вимiру, й одержання даних, що вимiрюються в паралельнiй формi.

Рисунок 1 - Функцюнальна блок-схема автоматизованог установки для зняття ВАХ i вивчення релаксацшних процес1в у д1електриках i натвпров1дниках

"Радюелектрошка, шформатика, управлшня" № 2, 1999

П ер ел1к псзначень:

Ц У В П -

ЦнфрОЕИЙ ун15 ере алъний Е и М i р ю Еальний п ри с т р i й ,

Б J - 4 3-програмно керов ане д ж е р ел о живлення

А. В. Томашевский, Г. В. Снежной, К. А. Чернявский: ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ МОП-СТРУКТУРЫ НА КРУТИЗНУ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ВОЛЬТ-ФАРАДНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Для керування експериментом у режим1 реального часу використовуються цифров1 входи/виходи порту принтера (дал1 LPT), що надае 10 ТТЛ виход1в i 4 ТТЛ вход1в. 1нтерфейс зв'язку приладу з комп'ютером служить для узгодження електричних параметрiв сигналу. 1нтерфейс мiстить буфернi елементи для посилення сигналiв керування; репстр перетворення рiвнобiжних даних у послщовний код для зчитування значень i3 ЦУВП (застосованi мiкросхеми К555ИР9); репстр перетворення послщовних даних для установки кодового керуючого слова на блощ живлення (застосоваш мiкросхеми К561ИР9).

Даш вводяться послщовно з застосуванням послщов-но-паралельного регiстра зсуву (застосоваш каскадно включеш мiкросхеми 555ИР9). Устрш керування мш-тить буфернi елементи для узгодження параметрiв сигналiв, керуе регiстром зсуву i приладом. 1нтер-фейсний пристрiй мiстить 7 корпуив мiкросхем i пiдключаeться до комп'ютера дванадцятьма дротами. Час одного циклу вимiру 0.5 секунди (значення часу вимiру обумовлено часом штегрування приладу, хоча в перспективi плануеться використання б^ьш швидкiсного iнтерфейсу аж до 5 МГц).

Програмна частина являе собою базовий модуль iз

вщкритою арх1тектурою на Паскал1 з можлив1стю переносу на rnmi мови програмування. Результати вим1-piB i !хнього опрацювання можуть бути поданi в символьнш i гpафiчнiй фоpмi.

На автоматизованш установцi вимipювалися ВАХ piз-номанiтних напiвпpовiдникових структур. У процеи вимipiв автоматично змiнювалася напруга на зразку (попередньо задавалося початкове, кшцеве значення, крок змши по напру зi i час переключення) i вимipювалися значення струму. Реeстpацiя релакса-цшних стpумiв пiсля попередньо! поляризаци здшснювалась з тимчасовим кроком вiд 0.5 секунди i вище. У майбутньому плануеться зменшити тимчасовий

крок до 10-2 сек, що дозволить дослщжувати бтьш швидкi pелаксацiйнi процеси.

ПЕРЕЛ1 К ПОСИЛАНЬ

1. Воробьев Ю.В., Добровольский В.Н., Стриха В.И. Методы исследования полупроводников // КиТв, Вища школа, 1988. - 232 с.

2. National Instruments. Measurement and Automation Catalogue. 1999. (www.natinst.com)

Надшшла 02.02.99 Шсля доробки 25.06.99

УДК 621.315.592

ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ МОП-СТРУКТУРЫ НА КРУТИЗНУ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ВОЛЬТ-ФАРАДНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ

А. В. Томашевский, Г. В. Снежной, К. А. Чернявский

В статье представлена модель описывающая влияние параметров МОП-структуры на крутизну вольт-фарадной характеристики. Результаты работы используются при проектировании полупроводниковых приборов.

У статт1 подана модель, що описуе вплив параметр1в МОН-структури на крутизну вольт-фарадноЧ характеристики. Результати роботи використовуються при проектувант натвпров1дникових прилад1в.

The model of influence of parameters a MOS-structure to a steepness a C-V characteristics is presented in this paper. The results are use by design of semiconductor devices.

Для полупроводниковых приборов, изготовленных на основе структуры металл-окисел-полупроводник (МОП-структуры) важное значение имеет крутизна высокочастотной вольт-фарадной характеристики (ВЧ ВФХ), причем требования к крутизне могут быть различны. При изготовлении МОП-транзисторов крутизна ВФХ применяемых МОП-структур должна быть максимально большой, так как структуры с более крутыми ВФХ

характеризуются более низким пороговым напряжением. Для электрически управляемых емкостных элементов -МОП-варикапов требуются структуры, обладающие как можно более пологой ВФХ, чем обеспечивается расширение рабочего диапазона управляющих напряжений. Исходя из необходимости получения МОП-структур с разной крутизной ВФХ, актуальна задача исследования связи крутизны ВЧ ВФХ и основных параметров МОП-структуры: толщины окисла, степени легирования полупроводника, плотности поверхностных состояний на границе раздела полупроводник-окисел. Решение данной задачи позволит определить оптимальное сочетание этих параметров для обеспечения требуемой крутизны.

МОП-структура может быть представлена эквивалентной электрической схемой из емкости диэлектрика последовательно соединенной с дифференциальной емкостью полупроводника. Входная емкость такой эквивалентной схемы [1]: