Устройство контроля пробивного напряжения мдп-структур — SU 958986 (original) (raw)
ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик р 1958986 6(22) Заявлено .01 Р 980 (21) 2976088/18-21 с присоединением заявки йо -Государственный комитет СССР. но делам изобретений и открытий.2(088.8)4 Опубликовано 15 Я 9,82, Бюллетень, М 34 Дата опубликования описания 150982Изобретение относится к электрон- области обратных смещающих напряженой промышленности .и может. быть ис- ний. Кроме того, оно обладает невыпользовано в технике контроля пара- соким быстродействием из-за ограниметров МдП-структур и пробивного 5 ченйой скорости нарастания напряженапряжения р-и переходов. . ния пилообразной формы,Известно устройство контроля про- Наиболее .близкимк предлагаемомубивного напряжения МДН-структур и является устройство для контроляр-и переходов, которое содержит гене- , пробивного, напряжения МДП-структур,ратор линейно-изменяющегося напряже содержацее блок управления, генерания, управляемый от блока управления, тор пилообразного напряжения, входгенератор высокой частоты, сумматор ной ключ упомянутого генератора,напряжений, входы которого подключе- первый источник постоянного напряжены к выходам упомянутых генераторов, ния, защитный резистор, регистрируюа его выход - к последовательно сое- ций прибор, элемент зациты и преобдиненным испытуемому р-и переходу и . 5 разователь ток - напряжение, причем15измерительному резистору, который два выхода блока управления подключечерез высокочастотный фильтр и уси- ны к управляюцим входам генератора .литель-ограничитель подключен к одно- пилообразного напряжения и его входму из входов фаэовогб детектора;.дру- ного ключа, выход которого соединенгим входом подключенного через фаэо- с генератором пилообразного напряже 20вращатель к выходу генератора высо- ния; а два его входа - с первым иской частоты, а выходом - к входу . точником напряжения и обцей шинойблока управления 1, соответственно, выход. генератораИзвестное устройство позволяет . пилообразного напряжения через посизмерять только пробивные напряже-25 ледовательно соединенные защитныйния р-и переходов полупроводниковйх резистор и испытуемую МДП-структуруприборов, так как в,основе его дей- подключен к входу преобразователяствия использован эффект изменения ток-напряжение 2 ),комплексной дифференциальной проводи- В укаэанном устройстве элементмости р-и перехода в предпробойной 30 защиты включен в цепь испытуемойструктуры последовательно с защитным резистором и представляет собойэлектромагнйтное поле, При такойсхеме не обеспечивается быстродействующая защита испытуемой структурыот разрушения окисла в условиях 5пробОя. Установлено, что в окислеМДП-структуры не происходит необратимых структурных изменений (разру:шения)., если ток пробоя не превышает 100-500 нА при длительйости действия не более 0,5-1 мкс; в указан.1 ной установке эти условия не реализуются и соответственно не обеспечивается неразрушающий контроль прове-ряемого .на пробой элемента. 15Другим н, достатком известного. Устройства является его низкое быстродействие, ограниченное невысокойскоростью нарастания пилообраэногонапряжения, которая не может бытьувеличена иэ-за наличия емкостноготока через испытуемую структуру.Большая величина емкостного токапри .высокой скорости нарастания пилообразного напряжения. может привести к.ложному срабатыванию .элементазащиты,Цель изобретения в повышен быст. Родействия устройства.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство контроля пробивного напряжения МДП-структур, со-,. держащее регистрирующий прибор иблок управления, два выхода которогоподключены к управляющим входам генератора пилообразного напряжения и 33ключа, выход которого соединен сгенератором пилообразного напряжения,адва входа ключа - с первым источником постоянного напряжения и общейшиной соответственно, выход генера Отора. пилообразного напряжения соединен с одним выводом защитного резистора, второй вывод которого подключен к первой клемме для подсоединения исследуемой МдП-структуры; авторая клемма соединена с входомпреобразователя ток - напряжениеэлемент защиты, введены .усилительпостоянного тока, основной,компаратор и компаратор коррекции, триггер,элемент совпадения, интегратор сдОполнительным ключем, резистор коррекции, а также второй и третий источники постоянного напряжения, причем усилитель постоянного тока выполнен на операционном усилителе и двух 55масштабирующих резисторах, первыйиз которых включен между выходом преобразователя ток - напряжение и входом операционного усилителя, а другой - в цепь обратной связи операциОнного усилителя, выход которого.соединен с первыми входами основногокомпаратора и компаратора коррекции,а вход операционного усилителя черезрезистор коррекции подключен к выходу интегратора, к которому через дополнительный ключ подключен второй источник постоянного напряжения, третий источник .постоянного напряжения соединен с вторым входом основного компаратора, выход которого сое :динен с одним из входов элемейта совпадения, другим своим входом подключенного: к выходу триггера, а выходом . к первому входу блока управления, второй вход компаратора коррекции. подключен к общей шине, его выход соединен с вторым входом блока управления, и с первым входом триггеРа, другой вход которого подключен к третьему выходу блока управления, четвертый выход которого соединен с управляющим входом дополнительного ключа, пятый выход - с управляющим входом интегратора, шестой выход - с управляющим входом элемента защиты, выход которого соединен с выходом ;генератора пилообразного напряжения,. седьмой выход - с управляющим входом,регистрирующего прибора, выход которого подключен к второму выводу защитного резистора.На чертеже показана схема предлагаемого устройства.Схема включает. блок 1 управления, содержащий, например, пульт. 2 опера:тора, линию 3 задержки, регистр 4, два элемента 5 и б совпадения, ключ 7 генератора пилообразного напряжения; генератор 8 пилообразного напряжения, выполненный, например, в виде элект-. ронного интегратора, защитный резистор 9, испытуемую МДП-структуру 10, преобразователь 11.ток-напряжение, содержаьщй,например, операционный усилитель 12 и масштабный резистор 13, усйлитель 14 постоянного тока, выполненный на операционном усилителе 15 и масштабирующих резисторах 16 и 17, основной компаратор 18, компаратор 19 коррекции, триггер 20, элемент 21.совпадения, дополнительный ключ 22 интегратора, интегратор 23, резистор 24 цепи коррекции, элемент.25 защиты, например электронный ключ, циФровой вольтметр 26, источники 27, 28 и 29 постоянного напряженки.В устройстве контроля МДП-структур выходы блока 1 управления соединены с входами генератора 8 пилооб- . разного напряжения, ключа 7 гейератора и цифрового вольтметра 26 соот-. ветственно. Цифровой вольтметр 26 подключен к выходу генератора 8, . а элемент. 25 защиты . - к испытуемой .структуре 10. Второй входключа 7 генератора 8 подключен к выходу первого источника 27 постоянного. напряжения, защитный резистор 9 включен между выходом генератора 8 и испытуе мой структурой 10, выход операционного усилителя 12 преобразователя 11,20 30 40 соединен с первым масштабнрующимрезистором 16, который подключен к .входу операционного .усилителя 15,а второй масштабирующий резистор 17включен в цепь обратной связи усили-теля 15, и входу которого подключентакже резистор 24 цепи коррекции,другой вывод которого соединен с выходом интегратора 23, выход. Усилителя постоянного. тока подключен к первым входам основного компаратора 18 10и комйаратора 19 коррекции, второйвход компаратора 19 соединен с шиной нулевого потенциала, его выходсвходами. триггера 20 и блока 1 управления, второй вход которого соединенс выходом элемента 21 совпаденияпервый вход которой соединен а выходом основного компаратора 18, второй вход - с выходом трйггера 20, второй. вход которого соединен с четвертымвыходом блока 1 управления, пятый,шестой и седьмой выходы которогосоединены соответственно. с вторымивходами интегратора 23, элемента 25.защиты и дополнительного ключа 22 интегратора, второй вход которого .соединен с вторым источником 28 постоянного напряжения, выход - спервым .входом интегратора 23. Запуск устройства контроля Произ-.водится с пульта 2 оператора. Посигналу оператора устанавливается . в исходное состояние регистр 4., приэтом производится сброс генератора 8:пилообразного напряжения, интегратора. 23 и переключается триггер3520, который через элемент И совпаде-. ния блокирует прохождение сигналовот компаратора 18 в блок 1 управления. Устанавливаются исходные уровнинапряжений регулируемйх источников 27 и 28 постоянного напряжения. Величина напряжения источника 27 характеризует крутизну пилообразного напряжения на выходе генератора .8, напря- . жение источника 28 - крутизну .пило- . 45 образного .напряжения на выходе интегратора 23, напряжение источника 29:- величину тока пробоя через испытуе.-. мую структуру 10.По сигналам из блока 1 управления ключ 7 .подключает напряжение источника 27 к входу генератора 8 пилообразного напряжения, генератор 8 Вырабатываетпилообразное. испытательное напряжение, "которое через защитный резистор 9 поступает наиспытуемую структуру 10, Ключ 22 интегратора подключает напряжение источника 28 к входу интегратора 23, который вырабатывает пилообразное напряжение, поступающее через резистор 24 цепи60 коррекции на вход операциоиного усили- теля 15.:При отсутствии пробоя через структуру 10 протекает емкостной ток,который преобразуется преобразовате- б 5;лем 11 в напряжение, поступающее через усилитель 14 постоянного тока на первые входы компараторов 18 и 19, Для компенсации емкостного тока в предлагаемом устройстве используется цепь коррекции, состоящая из клю- ча 22 интегратора, источника 28 постоянного, напряжения, интырато-ра 23, резистора 24 цепи коррекции. ИнтеГраФор 23 вырабатывает компенси-. рующее пилообразное напряжение, противойоложное по знаку:напряжению, вызванному на выходе преобразователя 11 емкостным током, Напряжение.с выхода интегратора; 23 через резистор 24 цейи коррекции подаетая на вход . операционного усилителя 15, на выходе кбторого,вырабатывается .напряжение, пропорциональное сумме разнополярных напряжений:преобразовате.- ля 11 и интегратора 23, которое подается на первые входы компараторов 18 и 19. В момент компенсации емкостного тока изменяется знак напряжения на выходе усилителя 14 постоянного тока, при этом, срабатывает ком- . паратор 19.коррекции, чтоприводит к тому, что элемент 5 совпадений черезрегистр 4 переключает ключ 22 интегратора к шине нулевого потенциа-, ла, а интегратор 23 переводится в режим хранения выходного напряжения.Переключается триггер 20 и подает на вход элемента 21 совпадений уровень напряжения, разрешающий прохождение сигналов от основного комнара- тора 18 В бяок .1 управления, т.е установка подготавлнваетая для конт: роля пробйвного напряжения.В момент пробоя увеличение:тока через испытуемую .структуру 10.приводит к срабатыванию компаратора 18., который через элементы 21 и 6 совпадений, регистр 4 включает элемент:.25. защиты, который коммутирует вход испытуемой структуры 10 к.шине нулевого потенциала, т.е. испытательное напряжение отключается от струхту-. ры 10. Одновременно ключ 7 переклю- чает вход генератора 8 к шине нулево- го потенциала, при этом генератор 8 ., переводится в режим хранения выходного напряжения. Блок 1 управления включает цифровой вольтметр 26, который измеряет величину испытательного напряжения в момент пробоя испытуемой, структуры 10.Использование цепи коррекции для предварительнойкомпенсации емкостного тока позволяет увеличить крутизну выходного напряжения генера-тора 8 .и тем самым повысить быстродействие всего устройства контроля . пробивного найряжения ЯДП-структур.Эффективность.,неразрушающего конт . роля предлагаемого устройства.опреде-. ляется быстродействием измерительного тракта.- преобразователя 11ток-напряжение, усилителя 14, основного компаратора 18, элемента 25 защиты. Из перечисленных узлов измерительного тракта наибольшие трудности в получении высокого быстродействия вызывает преобразователь 11 токнапряжение. Включение масштабного резистора 13.между входом и выходом широкополосного операционного усилителя 12 позволяет существенно снизить влияние паразитной емкости на входе преобразователя 11 и добиться повышения. быстродействия измерительного тракта, а также обеспечить не- разрушающий контроль структур благоДаря быстродействию элемента защиты.Формула изобретенияУстройство контроля пробивного напряжения ИДП-структур, содержащее регистрирующий прибор и блок управления, .два:выхода которого подключены соответственно к управляющим входам генератора пилообразного напряжепия и ключа, выход ключа соединен с генератором пилообразного напряжения, а два входа ключа - с первым источником постоянного напряжения и общей шиной соответственно, выход генератора Пилообразного напряжения соединен с одним выводом защитного резистора, второй вывод которого подключен к первой клемме для подсоединения исследуемой ИДП- структуры, а вторая клемма соединена с входом преобразователя ток-напряжение, и элемент защиты,о т л и - ча ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены уснлитель постоянного токаосновной компаратор и компаратор кор-. рекции, триггер, элемент совпадения, интегратор с Дополнительным ключом, резистор коррекции., а также второй и третий .источники постоянного напряжения, причем усилитель постоянного 1 тока выполнен на операционном усилителе и двух масштабирующих резисторах, первый иэ которых включен междувыходом преобразователя ток-напряже-.ние и входом операционного усилителя, а второй включен в цепь обратнойсвязи операционного усилителя, выходкоторого соединен с первыми входамиосновного компаратора и компараторакоррекции, а вход операционного уси 10 1 лителя через резистор коррекции подключен к выходу интегратора, к которому через дополнительный ключ подключен второй источник постоянногонапряжения, третий источник постоян-,ного напряжения соединен с вторымвходом основного компаратора, выходкоторого соединен с одним из входовэлемента совпадения, другим своимвходОм подключенного к выходу триг 20, гера, а выходом - к первому входу блока управления, второй вход компаратора коррекции подключен к общейшине, его выход соединен с вторымвходом блока управления и с первым25 входом триггера, другой вход которогоподключен к третьему выходу блока управления, четвертый выход которогосоединен с управляющим Входом дополнительного ключа, пятый выход - суправляющим входом интегратора, шестой выход - с управляющим входом эле-,мента защиты, выход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, седьмой выход - суправляющим входом регистрирующегоприбора, выход которого подключен ковторому выводу защитного резистора.Источники инФОрмации,принятые во внимание при экспертизе1. БОРисов Н.А, УстройстВО Для40 измерения пробивного напряжения р-ипереходов "Электронная техника",сер. 8, вып. 3, 1977, с. 80-83.2, Костычев Г,И, Явление. пробояв тонких слоях.МОП-структур, "Элект 45.ронная промышленность", 1971, 9 1,с. 80-81 (прототип),958986 17 Составитель Ю. БрТехред Л.Пекарь едактор Л. Авраменк писн 5 П "Патентф, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 Фили каэ 7009/б 1 Тираж ВЯИИПИ Государственн по делам иэобрете 113035, Москва, Ж"35, 17го комитета Сий и открытийаушская наб алов Корректор А. Фер