×
27.11.2014
216.013.0b9e

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В ПОЛУПРОВОДНИКАХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Группа изобретений относится к области электронной техники, микро- и наноэлектроники и может быть использована для локального определения концентрации свободных носителей заряда в отдельно взятых полупроводниковых нанообъектах и наноструктурах, а также для контроля качества материалов, применяемых в полупроводниковом приборостроении. Способ определения концентрации носителей заряда в полупроводниках заключается в пропускании через переход, смещенный как в обратном, так и в прямом направлениях, высокочастотного тока, получении информации о концентрации носителей заряда на глубине области обеднения из произведения амплитуды тока второй гармоники и напряжения первой гармоники, обратно пропорционального концентрации носителей заряда, обнаружении исследуемого объекта путем сканирования в атомно-силовом микроскопе с проводящим зондом, формировании барьерного контакта к исследуемому нанообъекту зондом микроскопа. Устройство, реализующее способ, содержит 28 элементов. Изобретение обеспечивает локальное определение концентрации свободных носителей заряда в полупроводниковых микро- и наноструктурах. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к способам неразрушающего контроля параметров полупроводников и полупроводниковых нанообъектов и может быть использовано для локального определения концентрации свободных носителей заряда в отдельно взятых полупроводниковых нанообъектах и наноструктурах, а также для контроля качества материалов, применяемых в полупроводниковом приборостроении.

Известен способ определения концентрации свободных носителей заряда в полупроводниках [1] и устройство [2] для его осуществления, заключающиеся в том, что в полупроводнике создают барьерный контакт ртутным зондом, либо p+-n - переход, пропускают высокочастотный ток через переход, смещенный в обратном направлении, измеряют амплитуду напряжения первой гармоники тестирующего сигнала, пропорциональную глубине области обеднения, замыкают накоротко переход по току второй гармоники, формируемой нелинейностью характеристики перехода при постоянной амплитуде тока первой гармоники, получают информацию о концентрации носителей заряда на глубине области обеднения из произведения амплитуды тока второй гармоники и напряжения первой гармоники, обратно пропорционального концентрации носителей заряда n(x) на глубине области обеднения x.

Недостатком этого способа является ограничение минимальной глубины, на которой можно измерять концентрацию, размером области обеднения, обусловленной контактной разностью потенциалов. Вторым недостатком является влияние второй гармоники, которая появляется при детектировании сигналов первой гармоники, на точность измерений.

Наиболее близким к предлагаемому способу и устройству является взятый за прототип способ и устройство, построенное на основе метода двух гармоник [3], заключающиеся в том, что в полупроводнике создают барьерный контакт ртутным зондом, либо p+-n - переход, пропускают высокочастотный ток через переход, смещенный как в обратном, так и в прямом направлении, измеряют амплитуду напряжения первой гармоники тестирующего сигнала, пропорциональную глубине области обеднения, замыкают накоротко переход по току второй гармоники, формируемой нелинейностью характеристики перехода при постоянной амплитуде тока первой гармоники, компенсируют положительным смещением, поданным на переход, влияние контактной разности потенциала, вводят блоки преобразования частоты и следящую обратную связь, детектируют и усиливают сигналы на промежуточной частоте, получают информацию о концентрации носителей заряда на глубине области обеднения из произведения амплитуды тока второй гармоники и напряжения первой гармоники, обратно пропорционального концентрации носителей заряда на глубине области обеднения.

Недостатки этого способа и устройства.

В устройстве используется барьерный контакт, размеры которого, как правило, превышают 100 мкм, это не позволяет создать контакт к нанообъектам, имеющим размеры порядка десятков-сотен нм. Способ не позволяет обнаружить нанообъект в структуре и не применим для исследования отдельно взятых наноструктур, имеющих размеры порядка 0,1-100 нм.

Прототипом ячейки устройства может служить криостат фирмы JANIS, в котором используется иглоподобные зонды из вольфрама с радиусом закругления 0,1-200 мкм, трехмерное пространственное разрешение для модели "Model CCR4-MMP5K Closed Refrigerater Probe Station" составляет не менее 5 мкм [4], что не применимо для исследования отдельно взятых нанообъектов, имеющих размеры порядка 0,1-100 нм, так как такие ячейки устройства не позволяют создать барьерный контакт к отдельно взятому полупроводниковому нанообъекту. Техническим результатом предложенного способа и устройства является осуществление возможности определения концентрации носителей заряда в отдельных нанообъектах и в квантовых наноструктурах пониженной размерности.

Указанный результат достигается тем, что по способу определения концентрации носителей заряда в полупроводниках и устройству для его осуществления, заключающимся в том, что в полупроводнике через переход, смещенный как в обратном, так и в прямом направлениях пропускают высокочастотный ток, измеряют амплитуду напряжения первой гармоники тестирующего сигнала, пропорциональную глубине области обеднения, замыкают накоротко переход по току второй гармоники формируемой нелинейностью характеристики перехода, при постоянной амплитуде тока первой гармоники, компенсируют положительным смещением, поданным на переход, влияние контактной разности потенциала, вводят блоки преобразования частоты и следующую обратную связь, детектируют и усиливают сигналы на промежуточной частоте, получают информацию о концентрации носителей заряда на глубине области обеднения из произведения амплитуды тока второй гармоники и напряжения первой гармоники обратно пропорционального концентрации носителей заряда. Согласно изобретению вводится сканирующий зондовый микроскоп, в качестве которого выступает атомно-силовой с проводящим зондом, для обнаружения исследуемого полупроводникового нанообъекта путем сканирования и формирования барьерного контакта к исследуемому нанообъекту зондом микроскопа на глубине области обеднения.

Сканирующий зондовый микроскоп необходим для обнаружения исследуемого объекта путем сканирования и для формирования барьерного контакта к исследуемому объекту зондом. Современные зонды для атомно-силовых микроскопов имеют радиус закругления 1-100 нм, что достаточно для контакта к нанообъектам.

Сравнительный анализ с прототипами показывает, что заявляемый способ и устройство позволяют проводить контроль параметров полупроводниковых нанообъектов, что отличает его от прототипов.

Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения «новизна», так как в известных источниках не обнаружен предложенный способ определения концентрации носителей заряда в полупроводниках и устройства для его осуществления.

Следовательно, предлагаемое техническое решение обладает существенными отличиями, а последовательность операций при определении концентрации носителей заряда отличается от существующих.

Данный способ предлагается для применения научным лабораториям, предприятиям и организациям, занимающимся исследованиями в области микро- и наноэлектроники.

Для осуществления способа предлагается устройство, в котором исследуемый объект подключен последовательно к зонду сканирующего микроскопа, в качестве которого выступает атомно-силовой микроскоп, с возможностью обнаружения нанообъектов и формирования контактного барьера к нанообъектам и наноструктурам пониженной размерности.

Сущность изобретения и возможные варианты реализации предложенного способа и устройства поясняется следующим графическим материалом, представленным на чертеже, на которой представлена блок-схема устройства для определения концентрации носителей заряда в полупроводниках.

Устройство содержит следующие основные блоки: источник тока первой гармоники 1, приемник напряжения первой гармоники 2, приемники тока первой и второй гармоник 3 и 4.

Источник тока 1 представляет собой высокочастотный генератор 5 с регулируемым усилителем, который содержит кварцевый генератор, например на частоту 5064 кГц. Максимальная глубина регулирования напряжения первой гармоники составляет, например 86 дБ.

Устройство функционирует следующим образом.

Сигнал с выхода генератора 5 через индуктивную связь поступает в двухконтурный фильтр сосредоточенной селекции 6, выполненный по схеме с емкостными связями, далее через усилитель мощности 7 подается на атомно-силовой микроскоп 8 и полупроводниковый нанообъект 9. На выходе усилителя мощности 7 установлен заградительный Т-фильтр, настроенный на частоту второй гармоники, и параллельный контур, настроенный на частоту первой гармоники. Выходной контур связан с Т-фильтром автотрансформаторной, а с исследуемым нанообъектом 9 трансформаторной связями. На выходе усилителя мощности 7 формируется сигнал амплитудой, например от сотен микровольт до одного вольта с подавлением второй гармоники, например до 129 дБ во всем диапазоне регулирования.

Сигнал с выхода генератора 5 через индуктивную связь поступает в приемник напряжения первой гармоники 2 и в блоке преобразования частоты и усиления сигнала промежуточной частоты 10 преобразуется в сигнал разностной частоты, затем усиливается, детектируется линейным детектором 11 и усиливается масштабирующим усилителем 12. С выхода 12 сигнал в зависимости от режимов регистрации поступает либо непосредственно на выход X прибора, либо на аналоговый делитель 13 канала X, преобразующий напряжение, обратно пропорциональное емкости исследуемого нанообъекта 9, в напряжение, пропорциональное емкости исследуемого нанообъекта 9.

В цепь заземления исследуемого нанообъекта 9 последовательно включены приемники тока второй 4 и первой 3 гармоник. Приемник тока второй гармоники 4 состоит из фильтра сосредоточенной селекции 14, настроенного на частоту 2ω, блока преобразования частоты второй гармоники 15 и усилителя промежуточной частоты с регулируемым коэффициентом усиления 16. Сигнал промежуточной частоты, например 128 кГц, с выхода приемника 4 поступает в блок перемножения и линейного детектирования 17, на второй вход которого с выхода приемника 3 подается напряжение, пропорциональное амплитуде напряжения источника тока первой гармоники 1. Приемник тока первой гармоники 3 состоит из фильтра сосредоточенной селекции 18 настроенного на частоту ω, блока преобразования частоты 19, усилителя промежуточной частоты с регулируемым коэффициентом усиления 20, на выходе которого включен детектор сравнения 21.

Частоты кварцев в блоках преобразования частоты 19 и 10 подобраны не кратными частоте кварца высокочастотного генератора 5 и друг другу, при этом разность между частотой гетеродина различных каналов находится в диапазоне, например 250 - 700 кГц.

В зависимости от режима работы устройства по координате Y сигнал с выхода блока перемножения и линейного детектирования 17 поступает в блок функционального преобразования, например логарифмирования, 22, а затем на выход Y и измерительный прибор, или в блок аналогового деления 23, который преобразует сигнал, обратно пропорциональный концентрации n(x), в сигнал, пропорциональный n(x), и на выход Y. Блок детектирования и сравнения 21 сравнивает амплитуду с детектора приемника тока первой гармоники 3 с опорным сигналом, вырабатывает сигнал ошибки и подает его на управляющий вход регулируемого усилителя в блоке 5. Усилитель постоянного тока имеет коэффициент усиления, например 105. Стабилизация по току первой гармоники лучше, например, чем 0,1%.

Резистор R преобразует протекающий через исследуемый нанообъект 9 ток утечки в напряжение. Через последовательно соединенные усилитель постоянного тока 24, блок выделения модуля сигнала 25, пороговый элемент 26 и регулируемый усилитель 27 резистор R связан с управляющим входом двуполярного источника напряжения смещения 28. Так, осуществляется отрицательная обратная связь по току утечки независимо от его полярности. Пороговый элемент представляет собой компаратор. Стабилизация постоянной составляющей тока через исследуемый нанообъект 9 осуществляется с помощью обратной связи независимо от режима работы регулируемого усилителя 27.

Преобразование частоты в более низкую частоту, например 128 кГц, позволяет сузить полосу пропускания измерительных каналов, например до 80 Гц, и улучшить отношение сигнал/шум в каналах. Преобразование частоты особенно необходимо в случае исследования приконтактной зоны полупроводниковой структуры, когда уменьшаются значения измеряемых величин - напряжения первой гармоники и тока второй гармоники, поскольку положительное смещение может сократить глубину области обеднения, Технико-экономический результат заключается в осуществлении локального определения концентрации свободных носителей заряда в полупроводниковых нанообъектах и наноструктурах и развитии новых методов диагностики наноструктур и материалов на их основе.

Литература

[1] Copeland J.A. Technique for directly plotting the inverse doping profile of semiconductor wafers // IEEE Trans. Electron Devices. 1969. ED-16. P.445.

[2] Орлов O.M., Принц В.Я., Скок Э.М. Прибор для автоматического измерения профиля концентрации мелких уровней // ПТЭ. 1979. №4. С.258.

[3] Корнилович А.А., Уваров Е.И. Прибор для автоматического локального измерения профилей концентрации носителей заряда в полупроводниковых структурах // ПТЭ. 1999. №4. С.134.

[4] http://www.janis.com


СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В ПОЛУПРОВОДНИКАХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 92.
20.08.2013
№216.012.5f0c

Способ определения показателей вариабельности сердечного ритма оператора в режиме реального времени и устройство для его осуществления

Изобретение относится к медицине. При осуществлении способа электрокардиосигнал фильтруют, дискретизируют по времени. В q первых кардиоциклах выделяют опорные точки, определяют длительности кардиоциклов, среднюю длительность кардиоциклов и число дискретных отсчетов N, соответствующее этой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489964
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.619c

Электростатический энергоанализатор заряженных частиц

Изобретение относится к области энергетического анализа потоков заряженных частиц, возбуждаемых первичными электронами с поверхности твердого тела. Сущность изобретения заключается в том, что электростатический энергоанализатор заряженных частиц содержит коаксиально размещенные внутренний и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490620
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.621d

Изотраекторный масс-спектрометр

Изобретение относится к области масс-анализа потоков ионов, эмиттируемых с поверхности твердого тела под воздействием первичного излучения, и может быть использовано для улучшения аналитических свойств масс-спектрометров, используемых для исследования объектов твердотельной микро- и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490749
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.621e

Электростатический анализатор энергий заряженных частиц

Изобретение относится к области энергетического анализа потоков заряженных частиц, возбуждаемых первичными электронами с поверхности твердого тела, и может быть использовано для улучшения аналитических и потребительских свойств электронных спектрометров, используемых для исследования объектов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490750
Дата охранного документа: 20.08.2013
10.09.2013
№216.012.667c

Устройство предварительной обработки электрокардиосигнала

Изобретение относится к медицинской технике. Устройство предварительной обработки электрокардиосигнала (ЭКС) содержит блок усиления (1), блок АЦП (2), вход которого подключен к выходу блока усиления (1), блок фильтра нижних частот (10). В устройство введены подключенные к выходу блока АЦП (2)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491883
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.09.2013
№216.012.687b

Устройство для вентиляции воздуха

Изобретение относится к системам продувки и очистки воздуха от пылевых, бактериальных и химических загрязнений в производственных помещениях. Устройство содержит коронирующие электроды, которые установлены между осадительными электродами один за другим в одной плоскости параллельно осадительным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492394
Дата охранного документа: 10.09.2013
20.09.2013
№216.012.6d4c

Способ обнаружения квантовых точек и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области диагностики полупроводниковых структур нанометрового размера и может быть использовано для обнаружения и классификации квантовых точек. Сущность изобретения: в способе обнаружения квантовых точек, расположенных на диагностируемом образце, образец пошагово...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493631
Дата охранного документа: 20.09.2013
20.10.2013
№216.012.7736

Способ образования двумерного линейного электрического поля и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области электронной и ионной оптики и масс-спектрометрии, где используется движение заряженных частиц в статических и переменных двумерных линейных электрических полях, и может быть использовано для усовершенствования конструкций и технологий изготовления устройств...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496178
Дата охранного документа: 20.10.2013
27.10.2013
№216.012.781c

Устройство для дистанционной регистрации процессов сердцебиения и дыхания пациента

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в медицинской практике для дистанционной регистрации процессов дыхания и сердечной деятельности пациента в реальном времени. Устройство для дистанционной регистрации процессов сердцебиения и дыхания пациента содержит в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496410
Дата охранного документа: 27.10.2013
27.10.2013
№216.012.7896

Способ формирования магнитотерапевтического воздействия и устройство для его осуществления

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к средствам для комплексной магнитотерапии. Способ заключается в размещении по всему телу пациента в два слоя, над и под ним, идентичных модулей в виде формирователей электромагнитного поля, подаче на них электрических сигналов регулируемой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496532
Дата охранного документа: 27.10.2013
Показаны записи 1-10 из 95.
20.08.2013
№216.012.5f0c

Способ определения показателей вариабельности сердечного ритма оператора в режиме реального времени и устройство для его осуществления

Изобретение относится к медицине. При осуществлении способа электрокардиосигнал фильтруют, дискретизируют по времени. В q первых кардиоциклах выделяют опорные точки, определяют длительности кардиоциклов, среднюю длительность кардиоциклов и число дискретных отсчетов N, соответствующее этой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489964
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.619c

Электростатический энергоанализатор заряженных частиц

Изобретение относится к области энергетического анализа потоков заряженных частиц, возбуждаемых первичными электронами с поверхности твердого тела. Сущность изобретения заключается в том, что электростатический энергоанализатор заряженных частиц содержит коаксиально размещенные внутренний и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490620
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.61c3

Способ неразрушающего объемного измерения векторной функции магнитной индукции неоднородно распределенного в пространстве и периодически изменяющегося во времени магнитного поля

Предложен способ неразрушающего объемного измерения векторной функции магнитной индукции неоднородного периодически меняющегося магнитного поля. В способе измерения мгновенных объемных состояний распределения неоднородного в пространстве магнитного поля осуществляются в местах, недоступных для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490659
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.621d

Изотраекторный масс-спектрометр

Изобретение относится к области масс-анализа потоков ионов, эмиттируемых с поверхности твердого тела под воздействием первичного излучения, и может быть использовано для улучшения аналитических свойств масс-спектрометров, используемых для исследования объектов твердотельной микро- и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490749
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.621e

Электростатический анализатор энергий заряженных частиц

Изобретение относится к области энергетического анализа потоков заряженных частиц, возбуждаемых первичными электронами с поверхности твердого тела, и может быть использовано для улучшения аналитических и потребительских свойств электронных спектрометров, используемых для исследования объектов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490750
Дата охранного документа: 20.08.2013
27.08.2013
№216.012.65b7

Способ корректировки межконтактного зазора геркона

Изобретение может быть использовано в электронной промышленности при изготовлении герметизированных магнитоуправляемых контактов (герконов). Согласно данному способу в случае, когда магнитодвижущая сила срабатывания заваренного геркона не соответствует диапазону паспортных значений, производят...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491676
Дата охранного документа: 27.08.2013
10.09.2013
№216.012.667c

Устройство предварительной обработки электрокардиосигнала

Изобретение относится к медицинской технике. Устройство предварительной обработки электрокардиосигнала (ЭКС) содержит блок усиления (1), блок АЦП (2), вход которого подключен к выходу блока усиления (1), блок фильтра нижних частот (10). В устройство введены подключенные к выходу блока АЦП (2)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491883
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.09.2013
№216.012.687b

Устройство для вентиляции воздуха

Изобретение относится к системам продувки и очистки воздуха от пылевых, бактериальных и химических загрязнений в производственных помещениях. Устройство содержит коронирующие электроды, которые установлены между осадительными электродами один за другим в одной плоскости параллельно осадительным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492394
Дата охранного документа: 10.09.2013
20.09.2013
№216.012.6d4c

Способ обнаружения квантовых точек и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области диагностики полупроводниковых структур нанометрового размера и может быть использовано для обнаружения и классификации квантовых точек. Сущность изобретения: в способе обнаружения квантовых точек, расположенных на диагностируемом образце, образец пошагово...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493631
Дата охранного документа: 20.09.2013
20.10.2013
№216.012.7736

Способ образования двумерного линейного электрического поля и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области электронной и ионной оптики и масс-спектрометрии, где используется движение заряженных частиц в статических и переменных двумерных линейных электрических полях, и может быть использовано для усовершенствования конструкций и технологий изготовления устройств...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496178
Дата охранного документа: 20.10.2013
+ добавить свой РИД