БЕЗОПАСНОСТИ

При выполнении работы следует руководствоваться указаниями по технике безопасности, приведенными на стр. 3-5.

Получить у преподавателя тестовую структуру или полевой МДП транзистор. Для тестовой структуры провести измерения оптических констант на лазерном эллипсометре ЛЭМ-1. Порядок работы на лазерном эллипсометре и указания по технике безопасности на­ходятся на рабочем месте. После проведения оптических измерений установить образец на предметный столик и с помощью манипулято­ра совместить тестовую структуру с контактной иглой. Не опуская иглы на структуру, произвести начальную настройку моста Л2-7 и генератора ГКЗ-40. Для этого необходимо разъем кабеля манипуля­тора подключить ко входу измерительного моста Л2-7 и провести установку начального баланса с помощью соответствующих ручек. Частота тестового сигнала устанавливается переключателем «часто­та MГц» генератор ГКЗ-40.

Измеритель Л2-7 должен быть подготовлен к начальной настройке, все ручки, относящиеся к измерению емкости или проводимости переводятся в «0» положение. Начальная настройка Л2-7 начинается с настройки на частоту тестового сигнала с помощью переключателя диапазонов и ручки «частота МГц». Настройка производится на ре­зонанс, который фиксируется двумя индикаторами грубого и тонкого резонанса, расположенными с левой стороны измерителя. Чувстви­тельность настройки регулируется ручкой «усиление». После предва­рительной настройки на рабочую частоту, ручками начального балан­са с помощью тех же индикаторов устанавливается резонанс началь­ного баланса. Установив начальный баланс, можно производить из­мерение испытуемой емкости. Для этого игла манипулятора опускается на металлический контакт тестовой структуры. Происходит разба­ланс моста, который затем устраняется с помощью ручек отсчетного устройства грубой и тонкой регулировки. Диапазон измеряемой емкости задается с помощью множителей. Постоянное смещение на тес­товую структуру подается так же от генератора ГКЗ-40. Величина смещения задается переключателем диапазонов и ручкой плавной ре­гулировки U_К. На индикаторном приборе фиксируется величина этого смещения.

Постоянный ток, протекающий через структуру, фиксируется индикаторным прибором I_К. Вo все время измерения ток должен быть минимальным. Только неисправность структура (например, пробой) приводит к заметному току. Полярность сигнала задается переклю­чателем p-n-p или n-p-n (обозначения определяются основным применением установки, предназначенной для измерения емкостей и проводимостей биполярных транзисторов).

Измерение низкочастотной характеристики МДП-структуры про­водятся согласно инструкции, находящейся на рабочем месте.

VI. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА

Полученные экспериментально значения емкости на ВЧ перестраиваются в нормированные величины С/С_Д, где С – измеренная емкость, а С_Д - емкость слоя диэлектрика, которая определяется как С=С_Д в режиме обогащения. Для того, чтобы удобнее было сравнивать получаемую емкость о теоретической, необходимо перейти от абсолютных значений к удельным емкостям, то есть С/А_К, где А_К – площадь контакта. Построенная экспериментальная зависимость сравнивается с теоретической, для этого в теоретические соотношения, представленные в приложении, подставляются значения, соответствующие характеристикам диэлектрического материала. Толщина диэлектрического слоя определяется по измерениям оптических констант y и D на эллипсометре ЛЭМ-1 с использованием номограмм для исследуемого полупроводникового материала. По известной площади контакта, толщине диэлектрического слоя и измеренной емкости диэлектрика определяется диэлектрическая проницаемость e_Д.

Концентрация примеси в полупроводнике определяется из тех же высокочастотных вольт-фарадных характеристик, исходя из значение минимальной емкости, соответствующей режиму обеднения. При этом можно определить максимальную ширину области пространственного заряда, а следовательно и концентрацию примеси.

Полученные предварительные результаты по характеристикам диэлектрического слоя и полупроводника используются в теоретическом расчете вольт-фарадной зависимости. Рассчитанная зависимость используется для определения заряда поверхностных состояний. Теоретическая кривая строится на том же графике, что и экспериментальная высокочастотная характеристика (рис.3 и рис.4) и по сдвигу этих кривых относительно друг друга определяется тип проводимости полупроводникового материала и величина (сдвиг можно рассчитывать в точке для теоретической кривой).

Вольт-фарадные характеристики МДП-структуры, измеренные на низкой частоте, используются для расчета концентрации поверхностных состояний. Поскольку наибольшая точность наблюдается в точке С_МИН, то все расчеты проводятся для этой точки. На рис.7 и рис.8 приведены графики, отражающие зависимость

(16)

или

(17)

 

 

Величина определяется из экспериментальной низкочастотной вольт-фарадной характеристики;

- нормированная емкость пространственного заряда, которая определяется из графика, расчитанного согласно выражению

в нем

; ; .

Таким образом, последовательность операций определения N_ПС следующая:

1. Определяют поверхностную концентрацию легирующей примеси N_D-N_A по высокочастотным характеристикам.

2. По низкочастотной или высокочастотной характеристике определяют емкость диэлектрика Со и его толщину d_Д.

3. По низкочастотной вольт-фарадной характеристике опреде­ляют .

4. Если известно Со при данном значении d_Д определен­ной концентрации (N_D-N_A) из графика на рис.7 определяют .

5. Измеренное значение и найденное значение используется для определения (график на рис.8) и в дальнейшем величины N_ПС.

VII. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Отчет должен содержать: краткое теоретическое введение, включающее в себя принцип работы МДП-структуры как идеальной, так и реальной, методики измерения высокочастотных и низкочастотных вольт-фарадных характеристик, а также результаты измерений и расчетов, записанные в таблицы.

Таблица 1