CC BY
50
КиреевК.ВЧайковский В.М.
Пензенский государственный университет
РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ГЕНЕРАТОРА ЛИНЕЙНО ИЗМЕНЯЮЩЕГОСЯ НАПРЯЖЕНИЯ С МИКРОКОНТРОЛЛЕРОМ
Получивший широкое распространение при измерении параметров полупроводниковых структур, особенно МДП(металл-диэлектрик полупроводник), метод «малого» сигнала, заключается в одновременной подаче на исследуемую структуру измерительного сигнала «малой» амплитуды и напряжения смещения, вырабатываемого генератором линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН), изменяющего у исследуемой структуры ее энергетическое состояние [1,2].При этом весь измерительный процесс по оценке значений параметров МДП структуры сводится к фиксации ее C-V и G-изависимостей, получаемых как при прямом направлении изменения напряжения смещения, так и при обратном.
Проявляющийся при этом гистерезис МДП структуры, обусловленный появлением у нее встроенного заряда, вызываемого ее поляризационными свойствами, приводящими к тому, что при длительном воздействии на МДП структуру постоянным напряжением происходит их усиление. Это приводит к изменениюне-толькоформы,ноик сдвигувдоль осинапряжения смещения фиксируемых вольт-фарадных зависимостей. Данное явление называетсязарядовойнестабильностьюисследуемойМДПструктуры[1].
Использование медленноизменяющегосянапряжениясмещения,
позволяетвовлечьвпроцессперезарядаМДПструктурыглубинные, т . е . медленные,
сбольшойпостояннойвремениповерхностныесостояния.Также полностью отстроиться от гистерезисасамого-устройстваизмерения, темсамымоценитьзначение"чистого"гистерезиса,т.е. непосредственнотолькоса-
мойМДПструктуры.
С целью расширения функциональных возможностей любого исследовательского комплекса, предназначенного для измерения электрофизических параметров МДП структур, предлагается использовать разра-ботанныйГЛИН,всоставкотороговходитмикроконтроллерМК.Структурная схема данного ГЛИН представлена на Рисунке 1, где: МК-Микроконтроллер, ПН - Преобразователь в двухполярное напряжение, И- Интегратор , ДН-Делитель напряжения, ВОК-Высоковольтный оконечный каскад.
Рисунок 1 - Структурная схема ГЛИН
Для определения зарядовойнестабильности МДП структуры, ГЛИНпереводится в режимпродолжительной по временивыработки неизменного напряжениязаданного значения амплитуды, с тем или иным знаком полярности.Под действием этогорежима происходит не только перезаряд глубинныхповерхностных состояний МДП структуры, но и активизируютсяее поляризационные эффекты, в результате чего происходит сдвиг по оси напряжения смещения C-V и G -V характеристик исследуемой структуры.
В данный режим работыпредлагаемый ГЛИН переводитсяподачей на вход(А15)МК управляющего сигнала "единичного" уровня путемнажатия кнопки (1)(см. Рисунок 2).Подробно сам алгоритм процесса измерения значениязарядовой нестабильностиМДПструктуры сметодикой ееоценки подробно изложен в[3].
Продолжительность воздействия на МДП структуру постоянным напряжением смещения, задается с клавиатурыSB1, SB2, SB3, SB4, SB5, SB6, SB7,8путем нажатия соответствующих кнопокSB6-5 минут, SB7- 15 минут, SB8-30 минут.
При длительном воздействии на МДП структуру постоянного напряжения смещения, в силу выше оговоренных причин, в МДП структуре образуется встроенный заряд, вызывающийу нее зарядовую нестабильность. В данный режим работы ГЛИН(см. Рисунок 2) переводитсяпростымнажатиемкнопки (SB5).
Отменарежимавыдачипостоянного напряженияосуществляетсяповторнымнажатиемкнопки 5,что аналогично нажатию кнопки «Пуск» - (SB1)^ результате чего ГЛИН переводится в режим выдачи линейно изменяю-
щегося напряжение смещения. Практическая схемотехническая реализацияпредложенного построения ГЛИН выполнена на базе МК типа PIC18F6.
После включения питания, микроконтроллер (МК) кнопкой(1) переходит в режим выдачи импульсного сигнала, с частотой кварцевого генератора, о чем свидетельствует загорающийся индикатор "РАБОТА".
1
Так же МК позволяет нажатием кнопок (SB2), (SB3), (SB4)вырабатывать сигнал частотами кратными 2м,
3м, 4мчастоте опорного кварцевого генераторас индикацией выбранной частоты соответствующими светодиодами. Выключение МК производится повторным нажатием клавиши (SB1) , выдача импульсного сиг-
нала прекращается и светодиодный индикатор "РАБОТА" гаснет.
Наличие в составе МК ЦАП позволяетполучить на его выходе [б]импульсное напряжение прямоугольной формы, используемое в дальнейшем как опорноедля полученияна выходе интегратора (И)линейно изменяющегося напряжения. В силу того, чтонапряжение навыходеЦАП однополярноеиизменяется в диапа-зонеот0(В)до + 2,4(В)оно преобразуетсяв двухполярноенапряженияпри помощиБА1.3, реализованного на базе ОУ, охваченного обратной связью, с подключенным к неинвертирующему входу ОУ источником опорного напряжения на стабилитроне VD1 типа КС415А. Данное решение позволяет преобразовать однополярное напряжение в двухполярное, путем смещения егонулевого уровня. Получаемое на выходе DA1.3 двухполярное импульсное напряжение, амплитуда которого изменяется в диапазоне от -2,4(В) до +2,4(В) поступает на вход интегратора, реализованного наDA1.4 ,где также дополнительно масштабируется, и начинает изменяться уже в пределах от-5(В) до+5(В).Данное линейно изменяющееся в диапазоне ±5(В) напряжение через дискретный делительВ 24 (кОм) -R 120 (кОм) поступаетна вход высоковольтного оконечного каскада [ВОК], на выходе которого получаем линейно изменяющееся напряжение смещенияс размахом измененияамплитуды от -100В до +100В.
В заключение следует отметить,что использование в структуре ГЛИНМК предоставляет возможность использовать его вычислительные способности как для получения достаточно полной информациио зна-чениизарядовой нестабильности исследуемой МДП структуры, так и для создания целого ряда специфических режимов работы ГЛИНа, позволяющих вводить данную структуру в необходимые энергетические состояния. Использование МК в составе ГЛИН позволяет на его базе реализовать целый комплекс с широкими контрольно измерительными возможностями для исследования различных МДП структур.
ЛИТЕРАТУРА
1. Чайковский В.М. «Измерение параметров МДП структур на несинусоидальном сигнале»: Дис. канд. техн. наук - Пенза 1996 - 255 с.
2. Зи С. М. Физика полупроводниковых приборов. - М.: Энергия, 1973.
3. Новиков С. А., Чайковский В. М., Измеритель гистерезиса и зарядовой нестабильности МДП структур с использованием микроконтроллера,"Надежность и качество", Пенза, 2011.
4. Дж. Мортон. Микроконтроллеры AVP, М., 2006.
2
