[实用新型]电流补偿式微电容变化量测试装置

说明书

本实用新型所属技术领域为半导体测量技术。具体地说，是涉及si／siO₂中的可动离子及PN结（或MS结）中深能级陷阱的检测技术，以及二极管配对检测技术。

关于si／siO₂中可动离子沾污的现有检测技术：

标准方法是Kuhn等（M.Kuhn  and  D.J.Silversmith，J.Electro－chem.SOC.，118，966（1971））提出来的。它是一种类似于微分电路，其被研究的MOS样品是电路中的电容元件，而驱动信号源为线性扫描电压源。

关于PN结（或MS结）中深能级陷阱的电容现有检测技术：

在固定偏置下，采用变温或变频的方式，测量PN结（或MS结）中的深能级陷阱的传统方法是Model  410  C－V测绘仪中（Model  410  C－V  Plotter  operating  and  Service  Manual  4.12，Ⅳ－14。）所推荐的方法。其原理也类似于微分电路，其被研究的PN结（或MS结）样品就是电路中的电容元件。驱动信号源为正弦信号。

关于二极管（MOS－C、PN结、MS结、PIN结）的配对筛选的现有技术。

选择二极管（MOS－C、PN结、MS结、PIN结）的对管，可采用图示仪得到I－V特性和C－V特性一致的对管。

利用前面所介绍的典型方法进行可动离子沾污，深能级杂质的检测，当其量小于一定程度时（可动离子＜10¹⁰个／cm²，N_t／N＜2％，N_t为深陷阱密度，N为半导体的轻掺杂边的浓度），上述方法难以测其相应的电容变化量。其根本原因是背景电容的影响。在上述的微量可动离子沾污或深能级陷阱的情况下，意味着仅有1％－2％的电容变化量，这在上述测量装置中已属难以察觉了。本装置从电流补偿思想出发，可以消除上述测量中的背景电容的影响。由此提出了一种比较简便、低成本、高分辨率、与原测量设备容易兼容的测量微小电容变化量的装置。

本装置分为电压信号仪、补偿差分式运算放大器和电压测量记录器三个部分（见图1）。微电流计的等效电路由A₁、A₂和R_f组成，A₁是微电流放大器，A₂是电压放大器，R_f是反馈电阻，R是分压电阻，微电流计的负端输入接被测元件，正端输入接补偿阻抗，电压信号仪的输出信号同时加到被测元件和补偿阻抗的公共端，微电流计的输出信号送电压测量记录器，如X－Y记录仪、数字电压表等。

本装置的核心部件为电流补偿差分式运算放大器（见图1的虚线部分），它的结构和功能与典型的两端差分运算放大器不同。传统的差分运算放大器，其外部元件是固定的，其值满足一定的条件。被研究的对象是两个性能有差别的信号源。若两个信号源完全相同，则输出信号永远为零。

本装置中，差分放大器的外部元件之一是被研究的未知阻抗，而在两个输入端的驱动信号源为同一信号源。其输出端将直接反映未知元件的阻抗变化。这样，针对不同的目的，采用不同的信号源，在不同的实验条件下，就能够完成相应的微电容变化量的检测目的。

本装置与现有技术相比有如下优点：

（1）消除了背景参数（主要是电容背景参数）的影响，从而提高了被测微变参数的分辨率。

（2）采用对称同步输入，降低了环境的影响，增强了抗干扰能力。

（3）提供了两端元件的交直流参数的配对筛选的新技术。

实施例一：关于MOS系统中微量可动离子沾污的准静态检测技术

1.传统检测技术

传统的准静态C－V法如图2所示。主测回路由被测MOS－C（MOS电容器）与电流计Keithley  602组成。驱动信号源为线性电压发生器，接收器为X－Y记录仪。测量时，样品被加热到200℃左右，可动离子处于可流动状态。线性波的波形变化为

V＝V_o＋at （1.1）

当MOS电容被线性电压驱动时，MOS中的电流为

I＝C (dv)/(dt) （1.2）

C为MOS－C之总电容。若 (dv)/(dt) ＝a，则

I＝aC    （1.3）