Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
MARUSIA / DIPLOM99 / ALL.RTF
Скачиваний:
6
Добавлен:
16.04.2013
Размер:
615.94 Кб
Скачать

1.2. Постановка задачи

1.2.1. Цель и назначение проекта

Поводом разработки программного обеспечения для устройства сопряжения IBM_PC с автоматизированной установкой исследования и контроля полупроводниковых пластин послужила необходимость проведения входного и межоперационного контроля над их физическими параметрами.

Наша программа способствует повышению точности и быстродействия процессов контроля и исследования, а также должна осуществлять управление установкой в дистанционном режиме.

1.2.2. Требования к разрабатываемой программе

Заказчиком выдвигается ряд условий по реализации программы:

  • программа должна быть написана на языке программирования PASCAL и учитывать возможность подключения внешних модулей, процедур и функций;

  • программа должна обеспечивать обращение к конкретным приборам и управление ими:

а) адресовать приборы на приём либо передачу информации;

б) установить режимы работы прибора;

  • полученные данные должны быть записаны в файл или выведены на экран;

  • интерфейс программы должен быть удобным и доступным пользователю;

1.2.3. Выбор языка программирования.

При работе с адаптером возникает необходимость передачи и обработки данных в программы, написанные на языках высокого уровня. В качестве базового средства программирования для IBM PC выбран язык PASCAL, как имеющий наиболее развитые графические средства и удачно сочетающий простоту и наглядность программирования с быстродействием оптимизирующего компилятора, а также, предоставляющий комфортабельные средства подготовки и отладки разрабатываемых программ. При этом доступны функции и процедуры языка высокого уровня, а модули, реализующие эти функции на языке Ассемблер, подключаются к прикладной программе на этапе компоновки.

К достоинствам этого языка можно отнести:

  • наиболее развитые графические средства

  • удачно сочетает простоту и наглядность программирования с быстродействием оптимизирующего компилятора

  • предоставляет комфортабельные средства подготовки и отладки разрабатываемых программ

В свете всего вышеперечисленного сделаем вывод, что PASCAL в целом удовлетворяет нашим требованиям.

1.2.4.Программное обеспечение, необходимое для работы программы.

Наша программа будет работать в операционной системе MS-DOS по следующей причине: поскольку наш процесс происходит в реальном времени, то возникает необходимость постоянно отслеживать мгновенное значение параметра температуры, чтобы снять точные характеристики. Для этого лучше использовать однозадачную операционную систему, то есть MS-DOS, которая отдаёт всё ресурсы машины(процессорное время) одной задаче(нашей программе). При выполнении этого условия, точность снятия данных зависит от скорости работы машины.

1.2.5. Используемые технические средства

Для работы программы достаточно иметь следующие технические средства:

  • IBM PC-совместимый компьютер (достаточно 286, 640кб памяти, HDD 10кб; возможно применение более совершенной машины);

  • Адаптер КОП, установленный в компьютер;

  • установка, включающая в себя программно-управляемые вольтметр, генератор, осциллограф.

1.3. Общие сведения

Немного сведений из теории рассматриваемой проблемы.

1.3.1. Использование ёмкостной связи для бесконтактного контроля параметров полупроводниковых пластин большого диаметра

В настоящее время в связи с увеличением быстродействия полупроводниковых приборов и ИС и увеличением степени интеграции возникла проблема перехода с одной стороны на минимальные топологические размеры (до 0.2 – 0.17мкм), с другой - к полупроводниковым пластинам большого диаметра (до 300 – 400мм). Оба эти фактора существенно повышают требования к исходному материалу, его однородности, соответствию значений электрофизическим параметрам заданным. Повышение требований к надёжности полупроводниковых приборов и ИС, а также к выходу годных вызывает необходимость стопроцентного контроля исходного материала. Весьма желательно контролировать электрофизические параметры полупроводников и на отдельных этапах технологического процесса в сверхчистых помещениях: при этом какие-либо загрязнения или необратимые воздействия недопустимы. Другим возможным требованием является локальность контроля.

Одними из важнейших параметров полупроводника являются параметры глубоких уровней (ГУ) и поверхностных состояний.

Рассмотрим возможность бесконтактного локального контроля перечисленных параметров с использованием ёмкостной связи измерительной аппаратуры с контролируемым образцом.

Одним из наиболее перспективных методов контроля и исследования глубоких уровней (ГУ), определяющих в ряде случаев основные параметры полупроводниковых материалов и приборов, является релаксационная спектроскопия глубоких уровней (РСГУ). Как известно, в случае традиционной РСГУ на полупроводниковом переходе (p-n переход, барьер Шотки) создается изменяющаяся во времени неравновесная разность потенциалов путем подачи на переход постоянного напряжения смещения и импульсов зарядки (или разрядки). Релаксационные процессы, связанные с перезарядкой ГУ, регистрируются либо быстродействующим измерителем емкости барьерного перехода (емкостная РСГУ), либо измерителем тока через переход (токовая РСГУ). Измерения проводятся в диапазоне температур. В случае бесконтактной РСГУ неравновесная разность потенциалов на барьерном переходе создается путем облучения полупроводниковой пластины импульсами сфокусированного электромагнитного излучения, т. е. генерацией фото-ЭДС. Информация о релаксационных процессах в полупроводнике регистрируются путем определения переменной составляющей напряжения на барьерном переходе с использованием ёмкостной связи. Это позволяет проводить измерения без каких-либо гальванических контактов. Кроме того, появляется возможность использования барьерного перехода “ поверхность – объем полупроводника ” и исследовать однородные по толщине пластины, в том числе полуизолирующие арсенидгаллиевые подложки. Вместе с тем в случае бесконтактной РСГУ нет возможности создать на барьерном переходе постоянное смещение, что несколько снижает возможности методики. На рис.1_1 приведён график зависимости поверхностной ЭДС V от времени облучения полупроводниковой пластины прямоугольным импульсом электромагнитного излучения длительностью Т0(энергия кванта превышает ширину запрещенной зоны). Как передний, так и задний фронты импульса состоят из двух участков. Сначала идет быстрое нарастание (спад) фронта, затем темп нарастания (спада) ЭДС существенно уменьшается. В дальнейшем ограничимся рассмотрением заднего фронта импульса фото – ЭДС.

На рис.1_2 приведены энергетические диаграммы барьерного перехода поверхность – объём полупроводника в момент окончания импульса излучения и в равновесном состоянии (после завершения всех релаксационных процессов). На этом рисунке - край зоны проводимости,- край валентной зоны, Fnи Fp – квазиуровни Ферми для электронов и дырок (в равновесном состоянии Fn= Fp= F)

- энергетический уровень глубокого центра. VL– барьерная разность потенциалов, V1– стационарное значение барьерной фото – ЭДС, определяемое интенсивностью электромагнитного излучения и током насыщения барьерного перехода, h1и h2– границы слоя объёмного заряда.

= Fnпри х=w1и=F при х=w2. ПС, заполненные электронами, отмечены крестиками.

Рассмотрим случай, когда имеется один однозарядный глубокий центр. Влиянием ПС пренебрежём. Если длительность импульса излучения достаточно велика, то к моменту Т0на барьерном переходе устанавливается стационарное напряжение VL– V1; в зоне барьерного перехода находятся неравновесные носители заряда, генерируемые электромагнитным излучением. При 0<x<w1глубокие уровни пусты, а при х>w1– заполнены электронами. После окончания импульса излучения происходит рассасывание неравновесных носителей заряда с постоянной времени, равной половине времени жизни неосновных носителей заряда, и опустошение глубоких уровней в слое полупроводника толщиной w2– w1с постоянной времени. В дальнейшем будем считать, что. За времяразность потенциалов на барьерном переходе увеличится с VL– V1до VL–V2, затем увеличение этой разности потенциалов до Vkпроисходит засчет перезарядки ГУ.

Формула (*) , вывод которой не рассматривается в данной работе, позволяет рассчитать концентрацию ГУ по известной концентрации мелких доноров и измеренных V1и V2.

, (*)

где NДГ– концентрация глубоких доноров

NДМ– концентрация мелких доноров

Соотношение справедливо при V1<< VL.

Далее рассмотрим влияние поверхностных состояний на поверхностную фото – ЭДС. Влиянием ГУ пренебрежём. После прекращения импульса излучения происходит опустошение ПС в интервале энергий еV1, лежащем ниже Fn. Релаксационные процессы протекают также как и в случае ГУ. Используя формулу (**) получаем плотность ПС, отнесённую к единице интервала энергий запрещённой зоны:

, (**)

где - диэлектрическая проницаемость решетки полупроводника.

Соотношение справедливо при V1<<Vk. Энергетический уровень соответствует контактной разности потенциалов. В случае, когда ПС равномерно распределены по энергиям V, суммарная плотность ПС может быть определена умножением Nsvна ширину запрещенной зоны, выражаемую в вольтах. В противном случае для определения распределения ПС по энергиям необходимо произвести измерения при различных интенсивностях импульса света, соответствующих различным V1.

В результате, зная форму спада поверхностей фото – ЭДС, можно определить параметры глубоких уровней и поверхностных состояний , а также время жизни неосновных носителей заряда.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.

Соседние файлы в папке DIPLOM99