專利名稱:高分辨率深能級瞬態(tài)譜儀的設(shè)備方法與儀器的制作方法
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體深能級瞬態(tài)譜測量技術(shù)方法和儀器領(lǐng)域。
半導(dǎo)體材料、器件中，雜質(zhì)、缺陷、中子和電子輻照和各種應(yīng)力和工藝等因素產(chǎn)生的深能級及其對其測量，是半導(dǎo)體物理、材料等領(lǐng)域內(nèi)一個重要課題?，F(xiàn)有的深能級譜測量方法及儀器可參見下列資料。
〔1〕C.T.Sah，L.Forbes，L.L.Rosier and A.F.Tasch solid-state Electron.(固體電子學(xué))GB，Vol.13，1970，PP.759～788。
〔2〕DLTS.Ref.D.V.Lang，J.Appl，Phys.(應(yīng)用物理)Vol.45.PP.3014，1974。
〔3〕DLTS儀 日本山河測試研究所。
〔4〕DLTS儀 新制品17D060 日本島田理化工業(yè)株式社會。
〔5〕DLTS儀 英國Polaron Equipment Ltd(波拉戒設(shè)備公司)產(chǎn)品。
〔6〕DLTS儀 匈牙利技術(shù)物理所產(chǎn)品〔7〕DLTS儀 南京大學(xué) 南京半導(dǎo)體器件總廠NJ·M·DLTS產(chǎn)品〔8〕N.M.Johnson，D.J.Bart-elink，M·Schultz，Proc.of Int.Topical Conf.on the Physics of SiO2and Its interfaces fo be published.(國際SiO2與及表面物理會議文集)1978。
〔9〕H.Lefevre and M.Schultz，IEEE Trans.Electron Devices，(IEEE-晶體管電子器件)Vol.ED 24，NO.7.1977。
〔10〕CT-DLTS.孫勤生，全國集成電路硅材料第二屆學(xué)術(shù)會議論文摘要集，1981。
〔11〕孫勤生 半絕緣α-Si定域態(tài)和GaAs深能級的光激瞬態(tài)電流譜PITS(1983年全國半導(dǎo)體物理學(xué)術(shù)會議論文摘要集)。
〔12〕Ch.Hurtes.M.Boulou，A，Mitonneau，and D.Bois Appl Phys Lett(應(yīng)用物理通報)32(12)，821(1978)以深能級瞬態(tài)熱激電容〔1〕為基礎(chǔ)的深能級瞬態(tài)(電容)譜DLTS(Deep Level Transient Spectroscopy)〔2〕1974年由美國貝爾實驗室D·V·Lang提出的，對深能級熱激瞬態(tài)電容訊號設(shè)置率窗(二點差分式)，取出溫度掃描DLTS譜訊號的DLTS技術(shù)方法，已成為一種重要的半導(dǎo)體測量分析技術(shù)。由此制成的DLTS儀，在中國、日本、美國、英國、匈牙利等，都已先后商品化?！?〕〔4〕〔5〕〔6〕〔7〕目前現(xiàn)有的深能級瞬態(tài)譜測量技術(shù)，除DLTS外，還有恒定電容的CC-DLTS〔8〕、雙脈沖的DDLTS〔9〕、恒溫率窗掃描的CT-DLTS〔10〕、光激瞬電流的PITS〔11〕、〔12〕等，但這些深能級瞬態(tài)譜都存在著分辨率低的問題。由于分辨率低，譜峰所占的掃描溫度范圍很寬，見圖1-5，相近能級的譜峰之間相互覆蓋、高峰掩蓋低峰，因而就難以測定和分析深能級數(shù)量多情況復(fù)雜，以及有相鄰近能級或存在能級分裂現(xiàn)象的樣品。
本發(fā)明的目的，在于解決目前現(xiàn)有深能級瞬態(tài)譜分辨率低這一突出問題，提供設(shè)計具有高分辨率又具有高靈敏度特征的高分辨率深能級瞬態(tài)譜儀的技術(shù)方式，以及用此方法的訊號處理儀和深能級瞬態(tài)譜儀。
為此目的，本發(fā)明技術(shù)解決方案指出了現(xiàn)有各種深能級瞬態(tài)譜分辨率低的關(guān)鍵所在，提出了一種新穎的高分辨率瞬態(tài)訊號多點(m≥3)組合率窗系列和一種三點不等距組合率窗，并由這些新的率窗(Rate Window)，得到了各種高分辨率的深能級瞬態(tài)譜，本發(fā)明還提出了根據(jù)多點(m≥3)組合率窗，設(shè)計新穎的高分辨率瞬態(tài)訊號處理儀的多種設(shè)計方案和實施原理，提出了由高分辨率瞬態(tài)訊號處理儀組成的各種高分辨率深能級瞬態(tài)譜儀，本發(fā)明還給出了由高分辨率深能級瞬態(tài)譜儀描出的實施結(jié)果-高分辨率深能級瞬態(tài)譜譜線，見圖1-1、1-2、1-3、1-4。從這些實施結(jié)果足以看出本發(fā)明在深能級研究方面的重要性，以及它們與現(xiàn)有的深能級瞬態(tài)譜DLTS等相比，所具有的優(yōu)越性和特征。
以下分部闡述技術(shù)解決方案的細節(jié)(一)高分辨率瞬態(tài)訊號多點(m≥3)組合率窗系列SRW(m)本發(fā)明指出，現(xiàn)有半導(dǎo)體深能級瞬態(tài)譜，DLTS和其它形式的深能級瞬態(tài)譜，及其它類似的瞬態(tài)譜，分辨率低的關(guān)鍵，是獲得這些瞬態(tài)譜的二點差分式率窗所造成。
現(xiàn)有的“二點差分”式率窗有二種形式。一種是在每個瞬態(tài)訊號周期內(nèi)，在t1和t2二個時刻，對瞬態(tài)訊號S(t)取樣，取出譜訊號S(2)＝S(t1)-S(t2) (1-1)如圖1-9所示。這可用分析儀(BOXCar)等來實現(xiàn)。
另一種是用鎖定放大器(LOCK-in amplifier)對瞬態(tài)訊號設(shè)置率窗，它是對每個瞬態(tài)訊號周期的前半部(0～t1)和后半部(t1～2t1)，分別取訊號的平均值，而后給出這二者之差，即譜訊號
△S12=1t1∫0t1S ( t) d t -1t1∫t12 t1S ( t ) d t ,]]>(1-2)如圖1-10所示。
為獲得高分辨率深能級瞬態(tài)譜，以及類似的其它高分辨率瞬態(tài)譜，本發(fā)明提出一種新穎的能獲得高分辨的新技術(shù)方法瞬態(tài)訊號多點(m≥3)組合率窗。
為說明簡便起見，下面將現(xiàn)有的“二點差分”式率窗簡稱為LRW(2)(D.V.Lang Rate Window)，而將本發(fā)明提出的“多點組合”式率窗系列簡稱為SRW(m)(Sun(孫)Rate Window)。
SRW(m)的原理，如圖1-11所示，即在每個瞬態(tài)訊號周期內(nèi)，在t1t2…tm，分別對瞬態(tài)訊號設(shè)置m(≥3)個相鄰間隔△t(＝tn-tn-1)相等的取樣點，由它們組合成一個SRW(m)。
SRW(m)中第n個取樣點的時間tn＝t1+(n-1)·△t (1-3)m個取樣點所取得的瞬態(tài)訊號S(t1)、S(t2)…S(tm)，按以下規(guī)則組合成譜訊號S(m)。
對m＝2的情況SRW(2)與LRW(2)相同，S(2)＝S(t1)-S(t2)， (1-4)
對m＝3、4、5的情況，SRW(m)的S(3)＝S(t1)-2S(t2)+S(t3)，(1-5)S(4)＝S(t1)-3S(t2)+3S(t3)-S(t4)，(1-6)S(5)＝S(t1)-4S(t2)+6S(t3)-4S(t4)+S(t5)(1-7)對m為任意的一般情況S(m)＝S(t1)-am2S(t2)……+(-1)n-1amn·S(tn)
(1-8)S(m)中第n項的系數(shù)amn與S(m-1)中第n-1和第n項的系數(shù)am-1n-1、am-1n之關(guān)系為amn＝am-1n-1+am-1n(1-9)amn即指數(shù)為m時的二項式展開項的系數(shù)。
取樣點數(shù)目m不同的SRW(m)，形成了一個可供選擇的SRW(m)率窗系列，SRW(2)即LRW(2)是這率窗系列中最簡單的，也是分辨率最低的一種率窗。
SRW(m)率窗系列中，率窗的譜訊號分辨率主要取決于參數(shù)m。m增大分辨率就明顯提高了，而且譜訊號的峰值S(m)max在m增大時下降幅度小，因此SRW(m≥3)作為瞬態(tài)訊號的率窗，可使譜訊號獲得高的分辨率，又可保持高的靈敏度。
除m外，SRW(m)參數(shù)△t/t1也與分辨率有關(guān)，比值△t/t1減小，分辨率將有所提高，但不明顯?！鱰/t1數(shù)小到1以后分辨率幾乎不能再提高，而且S(m)max隨△t/t1的減小，大幅度下降。因此增加m是提高瞬態(tài)譜分辨率的關(guān)鍵。
本發(fā)明提出的SRW(m≥3)率窗系列，與現(xiàn)有的LRW(2)相比具有高分辨率的特征。這從以下面的
發(fā)明內(nèi)容
中可清楚地看出此特征及其效果。用SRW(3)即可獲得比LRW(2)高得多的分辨率。
SRW(m≥3)的高分辨率特征和優(yōu)越性，從本發(fā)明采用SRW(3)代替LRW(2)設(shè)計成的高分辨率深能級瞬態(tài)譜HDDLTS儀實施例所描出的深能級瞬態(tài)譜線(圖1-1到1-4)，和現(xiàn)有采用LRW(2)的深能級瞬態(tài)譜DLTS儀所描出的同一樣品深能級瞬態(tài)譜線(圖1-5到圖1-8)的比較可清楚地看出。HDDLTS的譜峰尖銳，分辨率高，相鄰的深能級譜峰可被分開，而DLTS譜峰寬分辨率低相鄰近能級的譜峰互相覆蓋難以區(qū)分和測量。
SRW(m)參數(shù)m和△t/t1的最佳選擇，一般可取△t/t1＝1～3，m＝3～6。要求分辨率高△t/t1可取小一些，m大一些，而要求靈敏度高△t/t可取大一些，m小一些。選取△t/t1＝2是較為理想的。在△t/t1＝2和m＝3的情況下，與LRW(2)相比，分辨率已有了顯著提高，而且有高的靈敏度。
圖1-1，1-2，1-3，1-4，分別是四個不同硅樣品的高分辨率深能級瞬態(tài)譜HDDLTS譜線，這些譜線都是由本發(fā)明實施儀器所描出。圖中X軸為樣品掃描溫度(°K)y軸為瞬態(tài)電容譜訊號△C(PF)。
圖1-5是與圖1-1相同樣品的DLTS譜線。
圖1-6是與圖1-2相同樣品的DLTS譜線。
圖1-7是與圖1-3相同樣品的DLTS譜線。
圖1-8是與圖1-4相同樣品的DLTS譜線。
圖1-9瞬態(tài)訊號二點差分式率窗原理圖。
圖1-10鎖定放大器對瞬態(tài)訊號設(shè)置的二點差分式率窗原理圖。
圖1-11瞬態(tài)訊號多點組合率窗原理圖。
(二)高分辨率瞬態(tài)訊號三點不等距組合率窗SRWn(3)為使取樣點數(shù)目最少的SRW(m≥3)，即SRW(3)，在不增加取樣點的情況下，獲得更高的分辨率。本發(fā)明提出了一種新穎的瞬態(tài)訊號三點不等距組合率窗，下面用SRWn(3)表示這種率窗。
這種率窗，如圖2-1所示，由三個取樣點t1、t2和t3組合成。其特征是三點之間的二個間隔t2-t1＝△t1和t3-t2＝△t2不相等，并取△t2＞△t1，這與SRW(3)不相同。
SRWn(3)與SRW(3)相比，在深能級瞬態(tài)譜方面具有更高的分辨率，這從圖2-1中譜線的比較可清楚地看出。
SRWn(3)的分辨率隨比值△t2/△t1增加，但這種率窗在τ＞τm的一側(cè)產(chǎn)生一個與譜峰相反的純峰，見圖2-2，此峰的高度也是隨比值△t2/△t1增加的。因此要適當(dāng)選擇比值△t2/△t1，一般不到2。對深能級瞬態(tài)電容、瞬態(tài)偏壓和瞬態(tài)電荷設(shè)置率窗，比值△t2/△t1要限定在1.5以下，而對瞬態(tài)電流設(shè)置率窗比值△t2/△t1可放寬到2，在這些情況下反向純峰的高度僅占正向譜峰高度的5%以下。
圖2-1 三點不等距組合率窗原理圖。
圖2-2 三點不等距和三點等距率窗，深能級譜峰分辨率的比較圖。
圖中X軸為τ/τmy軸為S/Smax。
圖中a為SRW(3)，b為SRWn(3)。
(三)高分辨率深能級瞬態(tài)(電容)譜HDDLTS高分辨率深能級瞬態(tài)(電容)譜，這里將它簡稱為HDDLTS(即High Distinguish Deep Level Transient Spectroscopy)，其特征是用本
發(fā)明內(nèi)容
(一)提出的高分辨率多點組合率窗SRW(m)，對半導(dǎo)體深能級瞬態(tài)電容訊號△C＝△Co〔1-exp(-t/τ)〕 (3-1)設(shè)置率窗，取出HDDLTS譜訊號Sc(τ，m)。這種新穎的HDDLTS譜，與現(xiàn)有的深能級瞬態(tài)(電容)譜DLTS相比，由于用SRW(m≥3)對△C(t)設(shè)置率窗，而不是用D.V.Lang的LRW(2)，因而具有高分辨率的特征，并保持有高的靈敏度。
根據(jù)本
發(fā)明內(nèi)容(一)SRW(m)取樣訊號的組合規(guī)則，以及深能級瞬態(tài)電容方程(3-1)，并設(shè)X＝exp〔-△t/τ〕，y＝exp〔-t1/τ〕，則SRW(m)取出的HDDLTS譜訊號的一般關(guān)系為-Sc(τ，m)＝y(tǒng)·〔1-X〕m-1(3-2)對取樣點數(shù)目m＝3、4、5的情況-Sc(τ，3)＝〔△C(t1)-2△C(t2)+△C(t3)〕/△Co＝y(tǒng)·〔1-2X+X2〕，(3-3)-Sc(τ，4)＝y(tǒng)·〔1-3X+3X2-X3〕，(3-4)-Sc(τ，5)＝y(tǒng)·〔1-4X+6X2-4X3+X4〕。(3-5)不同的m構(gòu)成了一個SRW(m)率窗系列，相應(yīng)地也構(gòu)成了一個HDDLTS(m)譜的系列。不同m的Sc(τ，m)都可由式(Ⅱ-2)給出。D.V.Lang的DLTS可看作是HDDLTS(m)系列中的一個最簡單情況。
用LRW(2)對深能級瞬態(tài)電容，式(3-1)，設(shè)置率窗取出的DLTS譜訊號為Sc(2，τ)＝〔△C(t1)-△C(t2)〕/△Co＝y(tǒng)〔1-X〕 (3-6)
HDDLTS與DLTS相同，溫度(T)掃描時，可在按HDDLTS原理設(shè)計的HDDLTS儀上，由X-y記錄儀自動掃描出HDDLTS譜線，見附圖1-1。從同一樣品的HDDLTS譜和DLTS譜的比較可見，HDDLTS比DLTS的分辨率高得多。HDDLTS譜峰所占的掃描溫度范圍小，峰陡直，二個僅差0.01ev的相鄰深能級的譜峰都可被分割開，成為獨立的譜峰，見圖1-1，而在DLTS譜中它們是被連在一起分辨不清，見圖1-5。
HDDLTS譜峰點的參數(shù)峰高Smax、深能級電子(或空穴)發(fā)射時間τm、溫度Tm，取決于SRW(m)的參數(shù)m、△t/t1，和t1。
根據(jù)譜峰點Sc(m，τ)的極值條件，
Sc/
T＝0，由式(3-2)本發(fā)明推出了，τm的一般關(guān)系(對不同m)τm＝△t/ln〔1+(m-1)·△t/t1〕，(3-7)以及Smax的一般關(guān)系Smax=[(m-1)·Δt/t1]m-1·[1+(m-1)·Δt/t1]·(m-1+t1/Δt:2]]>(3-8)Tm可從描出譜線上直接給出。
HDDLTS與DLTS相同，根據(jù)τm、Smax、Tm以及樣品的電容參數(shù)C和實測的瞬態(tài)電容譜峰高△Csm(＝Smax·△Co)可測定深能級參數(shù)能級位置、俘獲截面、深能級濃度。
為表征HDDLTS譜的分辨率，這里定義二個能表征其分辨率的參數(shù)Ds2＝2Smax/〔Sc(4τm)+Sc( 1/4 τm)〕-1 (3-9)和Ds4＝2Smax/〔Sc(2τm)+Sc( 1/2 τm)〕-1(3-10)Ds2＞1，反映τ＝2τm和0.5τm處的Sc平均值低于 1/2 SmaxDs4＞1是τ＝4τm和0.25τm處的Sc平均值低于 1/2 Smax。Ds2和Ds4大，則分辨率高。
式中Sc(2τm)和Sc( 1/2 τm)，分別為τ＝2τm和 1/2 τm時的Sc;Sc(4τm)和S( 1/4 τm)，分別為τ＝4τm和 1/4 τm時的Sc。
設(shè)τ＝aτm，則有如下關(guān)系Sc(m,aτm)=[1+(m-1)·Δt/t1]·t1/aΔt×[1-[1+(m-1)·]]>Δt/t1)-1/a]m-1]]>(3-11)靈敏度可用Smax來表征，為綜合表征分辨率和靈敏度，定義二個優(yōu)值參數(shù)Qs2＝Smax·Ds2(3-12)Qs4＝Smax·Ds4(3-13)從以上關(guān)系可見，D，Smax和Q值都取決于SRW(m)的參數(shù)m和△t/t1。
m和△t/t1對Ds、Smax和Qs的影響，從表3-1、3-2、3-3所給出的計算結(jié)果，可以反映出。而從式(3-11)所給出的Sc(aτm)/Smax～a譜，譜峰的變化和比較，見圖3-1，則更可直觀地反映。
從表3和圖3-1的計算結(jié)果，可以看出，增加SRW(m)取樣點數(shù)目m，能有效提高分辨率Ds2和Ds4，并能提高Qs值，Smax雖有些下降，但幅度不大。減小△t/t1的比值，雖也能使分辨率有所提高，但不明顯，特別是△t/t1降到1以后，而且減小△t/t1，Smax下降急劇。從比較可見D.V.Lang的二點差分式率窗LRW(2)和用鎖相放大器設(shè)置的率窗，分辨率是低的。采用本發(fā)明提出的SRW(m)，在取m＝3時，即可獲得比現(xiàn)有DLTS譜分辨率高得多的HDDLTS，見圖1-1～1-4。
m和△t/t1的選擇可根據(jù)實際需要。一般可取△t/t1＝3～1，而取△t/t1＝2較為合適。要靈敏度高m可取大些，一般可取m＝3～5。
表3-4分別給出了HDDLTS和DLTS譜峰底(0.2Smax和0.1Smax)處的溫寬數(shù)據(jù)(對硅Au受主能級)，從數(shù)據(jù)的比較可見，HDDLTS峰比DLTS峰所占的掃描溫度范圍小得多。也就是在同樣的掃描溫度范圍能掃出更多獨立的深能級譜峰。
圖3-1是多點組合率窗SRW(5)、SRW(3)與LRW(2)深能級譜峰分辨率的比較圖。圖中m為取樣點數(shù)字。m為2的三條線分別是(a)t1/t2＝1/10、(b)t1/t2＝1/3、(c)t1/t2＝1/2。m＝3和m＝5二條線的t1∶t2∶t3＝1∶3∶5。
附表表3-1 m＝2 DLTS
表3-3 m＝3 HDDLTS
(四)高分辨率深能級瞬態(tài)(電容)譜HDDLTS采用SRWn(3)的HDDLTS可獲得比SRW(3)更高的深能級瞬態(tài)譜分辨率。
按SRWn(3)的規(guī)則，對于瞬態(tài)電容△C＝△Co〔1-exp(-t/τ)〕，(4-1)譜訊號sc(τ,3)=e·t1/τ·[1-2e·Δt1/τ+e·Δt1/τ]]]>(4-2)當(dāng)取△t1/△t2＝5/7和t3∶t1＝9∶1時，可求出τm＝1.5477t1、Smax＝0.4056。而在等距△t1＝△t2和t3∶t1＝9∶1的情況下，τm＝1.8205t1、Smax＝0.4562。
對以上二種情況，S～τ/τm的變化關(guān)系，如圖2-2所示。從圖可看出操用SRWn(3)比采用SRW(3)分辨率要高。從表4-1所列的數(shù)據(jù)同樣可以反映。
△t2/△t1比值的選擇，對于瞬態(tài)電容譜，可取△t2/△t≤1.5，不宜過大。
表4-1 SRWn(3)和SRW(3)的比較
(五)高分辨率恒電容深能級瞬態(tài)譜HDCC-DLTS恒電容深能級瞬態(tài)譜CC-DLTS(Con stant Capacitance Deep Level Transient Spectros-copy)〔8〕，是一種通過被測樣品上反向偏壓Vr和深能級瞬態(tài)電容△C(t)之間的負反饋，使得深能級瞬態(tài)電容△C(t)減小到≌0，即樣品電容C(t)恒定，而偏壓Vr由于反饋變成瞬態(tài)Vr(t)，并通過對Vr(t)設(shè)置率窗獲得譜訊號的測量方法。在反饋情況下△Vr(t)α△C(t)。見圖5-1。
現(xiàn)有技術(shù)〔8〕采用的是二點差分式率窗，所獲得的瞬態(tài)偏壓△Vr(t)＝△Vro·〔1-e-t/τ〕 (5-1)的譜訊號Sv(τ，2)＝△Vro·〔1-X〕·y(5-2)式中X＝exp〔-△t/τ〕y＝exp〔-t1/τ〕因此與DLTS相同，見圖5-2，存在譜峰所占的掃描溫度范圍寬，分辨率低的問題。
本內(nèi)容提出采用本
發(fā)明內(nèi)容
(一)和(二)提出的多點組合率窗SRW(m≥3)和三點不等距組合率窗SRWn(3)作為恒電容深能級瞬態(tài)譜的率窗，從而可獲得高分辨率的恒電容深能級瞬態(tài)HDCC-DLTS。
用SRW(m)所獲得的HDCC-DLTS譜訊號Sv(τ，m)＝△Vro〔1-X〕m-1·y (5-3)見圖5-1。
溫度掃描，譜訊號出現(xiàn)峰時，譜峰所對應(yīng)的發(fā)射時間τm＝△t/ln〔1+(m-1)△ t / t1]]>〕峰高 Sv(τm，m)＝△Vro·〔(m-1)·△t/t1〕·-(m+ (t1)/(△t) -1)·〔1+(m-1)△t/t1〕m＝3，△t/t1＝2時τm＝△t/ln5Sv(τm，3)＝0.268·△Vro。
HDCC-DLTS譜與HDDLTSCC譜在分辨率方面的情況相同，可見內(nèi)容(三)和(四)。采用SRW(m≥3)作率窗分辨率將有明顯提高。對于m＝3的情況，采用三點不等距組合率窗，分辨率可進一步提高。
圖5-1中a和b線是沒有反饋時的脈沖偏壓Vr(t)瞬態(tài)電容C(t)，C和d是負反饋后的脈沖偏壓和瞬態(tài)電容，這時瞬態(tài)電容△C≌0而瞬態(tài)偏壓△Vr(t)形成。
圖5-2是摻Au硅樣品的CC-DLTS譜線。X軸為樣品掃描溫度，y軸為CC-DLTS譜訊號△Vr。
(六)高分辨率雙脈沖深能級瞬態(tài)譜HD-DDLTS雙脈沖的深能級瞬態(tài)譜DDLTS(Double Correlation Deep Level Transient Spectroscopy)〔9〕，是一種對二個不同幅度的樣品偏置脈沖Vp1和Vp2產(chǎn)生的深能級瞬態(tài)電容訊號，見圖6-1。
△C(Vp1)＝△Co(Vp1)·〔1-e-t/τ〕 (6-1)和△C(Vp2)＝△Co(Vp2)·〔1-e-t/τ〕 (6-2)分別設(shè)置率窗取出它們的譜訊號之差△2C12＝△C12(Vp1)-△C12(Vp2) (6-3)作為譜訊號的深能級瞬態(tài)譜法。這種深能級瞬態(tài)譜所給出的是Vp1和Vp2所對應(yīng)的空間電荷區(qū)X(Vp1)和X(Vp2)之間，X(Vp1)-X(Vp2)的深能級瞬態(tài)譜。
現(xiàn)有技術(shù)〔9〕，所采用的率窗是二點差分式，這種率窗所給出的△C12(Vp1)＝-△Co(Vp1)·〔1-X〕·y (6-4)△C12(Vp2)＝-△Co(Vp2)·〔1-X〕·y (6-5)而△2C12＝-〔△Co(Vp1)-△Co(Vp2)〕·〔1-X〕·y(6-6)式中 X＝exp〔-△t/τ〕y＝exp〔-t1/τ〕。
這種深能級瞬態(tài)譜，同樣存在分辨率低特別是相鄰近深能級譜峰不易區(qū)分的問題。
本內(nèi)容提出采用本
發(fā)明內(nèi)容
(一)提出的多點組合率窗SRW(m≥3)作為雙脈沖深能級瞬態(tài)譜的率窗，如圖7-2所示，從而獲得了高分辨率的雙脈沖深能級瞬態(tài)譜HD-DDLTS。
用SRW(m)所獲得的HD-DDLTS譜訊號△2C(τ，m)＝〔△Co(Vp1)-△Co(Vp2)〕·〔1-X〕m-1·y(6-7)溫度掃描，譜訊號出現(xiàn)峰時，譜峰所對應(yīng)的發(fā)射時間τm＝△t/ln[1+(m-1)△ t / t1]]>] (6-8)譜峰高 △2Cm＝〔△Co(Vp1)-△Co(Vp2)〕×［(m - 1)·△ t / t1］·［1+(m - 1)△ t /t1］- (m +t△t- 1 )]]>(6-9)對圖9-2所示，m＝3的情況，當(dāng)取△t/t1＝2，則 τm＝2t1/ln5△2Cm＝0.286·〔△Co(Vp1)-△Co(Vp2)〕與DLTS相似，采用SRW(m≥3)后HD-DDLTS譜的分辨率將明顯提高。
圖6-1 HDDLTS譜的脈沖偏壓和深能級瞬態(tài)電容，及其SRW(3)率窗設(shè)置原理(七)恒溫率窗掃描的高分辨率深能級瞬態(tài)譜恒溫率窗掃描的深能級瞬態(tài)譜，是一種在不同的恒溫條件下，通過率窗掃描(即時間t1連續(xù)掃描，△t/t1比值保持不變)，獲得深能級譜峰，從而測定深能級參數(shù)的方法。這方法的現(xiàn)有技術(shù)是1981年提出〔10〕，它可避免溫度掃描產(chǎn)生的測量誤差，獲得更精確深能級測量結(jié)果，但這方法的現(xiàn)有技術(shù)存在分辨率低、譜峰不尖銳，使峰點t1值有測量誤差的問題。
本內(nèi)容提出采用本
發(fā)明內(nèi)容
(一)和(二)提出的多點組合率窗SRW(m≥3)或三點不等距組合率窗SRWn(3)，代替現(xiàn)有技術(shù)采用的二點差分式率窗LRW(2)，從而獲得比現(xiàn)有技術(shù)分辨率明顯提高的恒溫率窗掃描高分辨率深能級瞬態(tài)譜CT-HDDLTS。
根據(jù)極值條件
S/
t1＝0，可求出譜峰處的發(fā)射時間τm＝△t/ln〔1+(m-1)· (△t)/(t1) 〕此關(guān)系與溫度掃描HDDLTS中的相同。
從圖7-1所給出的△t/t1＝2，率窗分別為LRW(2)和SRW(3)的S/Sm～t1/Sm譜線，可知用SRW(3)代替LRW(2)后分辨率有了明顯提高。
圖7-1恒溫率窗掃描深能級瞬態(tài)譜在取樣點分別為m＝2和m＝3時，譜峰分辨率的比較。
(八)高分辨率深能級瞬態(tài)電流譜I-HDDLTS深能級瞬態(tài)電流譜，是通過直接測定電脈沖或光脈沖作用下，深能級電子(或空氣)的瞬態(tài)發(fā)射電流而獲得的瞬態(tài)譜。在獲得瞬態(tài)譜方面，現(xiàn)有的技術(shù)〔12〕是用“二點差分”式率窗。這同樣存在譜訊號分辨率低，譜峰所占掃描溫度寬的問題，特別對能能級位置較深的情況，如圖8-1所示。
本內(nèi)容提出，采用本
發(fā)明內(nèi)容
(一)和(二)提出的SRW(m≥3)或SRWn(3)作為深能級瞬態(tài)電流的率窗，見圖8-2，獲得了比現(xiàn)有深能級瞬態(tài)電流譜分辨率明顯提高的高分辨率深能級瞬態(tài)電流譜I-HDDLTS，見圖8-3。深能級的瞬態(tài)電流方程為iT＝ (Q0)/(τ) ·exp〔-t/τ〕 (8-1)式中Qo是與樣品以及深能級密度等有關(guān)的參數(shù)(單位庫倫)。τ是深能級電子(或空穴)的發(fā)射時間。
用高分辨多點組合率窗SRW(m)，對此瞬態(tài)電流i(t)設(shè)置率窗取出瞬態(tài)電流譜訊號Si(m)，此訊號Si(m)＝-·y·〔1-X〕m-1(8-2)式中X＝exp〔-△t/τ〕y＝exp〔-t1/τ〕溫度掃描，Si(m)出現(xiàn)極值，即出現(xiàn)譜峰時的發(fā)射時間τm。按極值條件
Si(m)/
T＝O，可求出
τm=△t/ln[ ((m-1)·△t)/(t1-τ) -1](8-4)對于m＝2，t1∶t2＝1∶3，即△t＝2t1的LRW(2)的情形τm＝0.8131t1;Si(2)m＝0.3288·Qo·t-11。
對于m＝3，t1∶t2∶t3＝1∶3∶5，即△t＝2t1的SRW(3)的情形τm＝0.7271t1;Si(3)m＝0.3046·Qo·t-11而對于m＝3，t1∶t2∶t3＝1∶2.5∶5，即△t1＝1.5t1和△t2＝2.5t1的三點不等距組合率窗SRWn(3)，瞬態(tài)電流譜的τm＝0.6463t1;Si(3)m＝0.2653·Qo·t-11。
對這三種不同情況，它們的S/Sm～τ/τm譜，(計算值)，如圖8-2所示。從圖所給出的結(jié)果，可見用SRWn(3)的譜峰其分辨率比用SRW(3)的高，而用SRW(3)的又比用LRW(2)的高。
對于I-HDDLTS，如采用SRWn(3)作率窗，SRWn(3)參數(shù)△t2/△t1的比值可增加到△t2/△t1＝2。
圖8-1光激深能級瞬態(tài)電流譜的譜線(半絕緣GaAs材料)X軸為掃描溫度T(°K)，y軸為瞬態(tài)電流譜訊號△i(A)。
圖8-2高分辨率光激深能級瞬態(tài)電流譜原理圖。圖中LP為加在樣品上的光脈沖，iT(t)為光激深能級瞬態(tài)電流。
圖8-3深能級瞬態(tài)電流譜的比較圖。圖中aLRW(2)t1/t2＝1/3bSRW(3)t1∶t2∶t3＝1∶3∶5cSRWn(3)t1∶t2∶t3＝1∶2.5∶5(九)高分辨率深能級瞬態(tài)電荷譜Q-HDDLTS深能級瞬態(tài)電荷譜，是通過測定深能級在空間電荷區(qū)產(chǎn)生的瞬態(tài)電荷QT＝∫0t]]>iTdt＝∫0t]]>(Q0)/(τ) exp〔-t/τ〕dt＝Qo·〔1-e-t/τ〕 (9-1)而獲得。但現(xiàn)有技術(shù)是用二點差分式率窗獲取瞬態(tài)譜訊號，因此存在譜訊號分辨率低，譜峰所占掃描溫度范圍寬的問題。
上式所給出的瞬態(tài)電荷方程與本
發(fā)明內(nèi)容
(三)所給出的深能級瞬態(tài)電容方程△C＝△Co〔1-e-t/τ〕 (9-2)相同，因此在分辨率上所存在的問題也相同。
本內(nèi)容提出采用本
發(fā)明內(nèi)容
(一)和(二)提出的多點等距組合率窗SRW(m≥3)和三點不等距組合率窗SRWn(3)，作為瞬態(tài)電荷設(shè)置的率窗，見圖9-1，從而獲得了比現(xiàn)有技術(shù)分辨率明顯提高的高分辨率深能級瞬態(tài)電荷譜HDDLTS(Q)。
用SRW(m)所獲得的瞬態(tài)電荷譜訊號SQ(τ，m)＝y(tǒng)·〔1-X〕m-1(9-3)式中 y＝exp〔-t1/τ〕，X＝exp〔-△t/τ〕。
溫度掃描SQ出現(xiàn)極值，即出現(xiàn)譜峰時的發(fā)射時間τm，按極值條件
SQ/
T＝0，可求出τm＝△t/ln〔1+(m-1)·△t/t1〕，(9-4)而對應(yīng)τm的譜峰高
(9-5)在m＝3和△t/t1＝2的情況下SQ(τm，3)＝0.286，τm＝2t1/ln5。
圖9-1瞬態(tài)電荷原理圖，圖中QT(t)為深能級瞬態(tài)電荷。
(十)高分辨率多點組合率窗瞬態(tài)訊號處理儀上述(四)～(九)都已充分指出，采用多點組合率窗(包括三點不等距組合率窗)，是使各種深能級瞬態(tài)譜取得高分辨率的關(guān)鍵技術(shù)方法。
本發(fā)明提出的，根據(jù)多點組合率窗SRW(m≥3)的組合規(guī)則，設(shè)計制造的高分辨率多點組合率窗瞬態(tài)訊號處理儀，簡稱SRW(m)儀，可用在各種深能級瞬態(tài)譜儀中代替現(xiàn)有二點差分式率窗訊號處理儀(例如BOXCar儀和鎖定放大器等)構(gòu)成各種高分辨率深能級瞬態(tài)譜儀。例如高分辨率深能級瞬態(tài)(電容)譜HDDLTS儀。
多點組合率窗瞬態(tài)訊號處理儀，主要部分的結(jié)構(gòu)和設(shè)計原理，如圖10-1所示。
如圖10-1所示，瞬態(tài)訊號(指深能級瞬態(tài)訊號等)經(jīng)放大器A1驅(qū)動和線性放大后，輸給m個取樣門K1、K2…和Km，這些取樣門分別由取樣脈沖t1、t2…和tm控制。由取樣門取出的訊號電流分別經(jīng)電阻R1、R2…Rm，而后匯成二路，其中一路是由奇數(shù)的t1K1R1，t3K3R3…t2n+1K2n+1R2n+1所組成。這一路訊號經(jīng)積分放大器A2后，輸入減法器A4的正輸入端，另一路是由偶數(shù)的t2K2R2，t4K4R4…t2nK2nR2n所組成，這一路訊號經(jīng)積分放大器A3后，輸入減法器A4的負輸入端。減法器A4輸出的訊號，即多點組合率窗的譜訊號S(m)。電路A2和A3的增益要求一致。
根據(jù)多點組合率窗SRW(m)的一般組合規(guī)則(見內(nèi)容一)，譜訊號S(m)＝S(t1)-am2·S(t2)…+(-1)n-1·amn·S(tn)+…(-1)m-1·S(tm)。 (10-1)因此電阻R1、R2…Rm要按以下規(guī)則選擇R1＝Ro，R2＝RoF2，┇Rn=R0Fn┇Rm=R0，(10-2)式中Fn為權(quán)重因子，它與式(10-1)中譜訊號的系數(shù)之關(guān)系為Fn＝1/amn＝1/(am-1n-1+am-1n) (10-3)式中amn為譜訊號S(m)，即式(10-1)第n項的系數(shù)，am-1n-1和am-1n分別為SRW(m-1)譜訊號第n-1項和第n項的系數(shù)。對SRW(3)，即m＝3的情況R1＝Ro;R2＝ 1/2 Ro;R3＝Ro。對SRW(4)，即m＝4的情況R1＝Ro;R2＝ 1/3 Ro;R3＝ 1/3 Ro;R4＝Ro這種儀器按取樣方式的不同，可采用二種型式。一種是取樣積分式，另一種是取樣保持式。
取樣積分式，則圖10-1中的取樣門K1、K2…和Km，是由取樣脈沖t1、t2…和tm控制的電流開關(guān)。對這種電路形式，積分放大器A2和A3的積分時間要＞＞取樣脈沖的周期，而譜訊號的幅度是正比于取樣脈沖的寬度。
取樣保持式，則圖10-1中的K1、K2…Km是由取樣脈沖t1t2…tm控制的取樣保持電路。本發(fā)明還在每個取樣保持電路后增加一個實現(xiàn)各取樣點訊號同步相加減的取樣保持電路單元，用以降低譜訊號的波動噪聲。所增加的m個取樣保持電路單元都由同一個脈沖控制，以實現(xiàn)同步相加減，此脈沖可以是to、t1、t2…tm中的一個，也可以另設(shè)，見實施例，圖10-3。
圖10-1中的TG單元是to脈沖(是用于產(chǎn)生樣品的偏置脈沖)和取樣脈沖t1、t2…tm的時序脈沖發(fā)生器。
根據(jù)圖10-1的設(shè)計原理，SRW(3)瞬態(tài)訊號處理儀的實施例，如圖10-2和10-3所示。
圖10-2是取樣積分式SRW(3)瞬態(tài)訊號處理儀主要部分的實施例。
圖中A1是由高頻運算放大器(可用國產(chǎn)5G23等)組成的放大器，放大增益可取作1，也可上下?？扇13＝5KΩ、R11＝5KΩ、R12＝5KΩ，K1和K2是取樣電路開關(guān)，可用常規(guī)的取樣開關(guān)。A3和A4是低漂移運算放大器(可用國產(chǎn)5G24等)組成的積分放大器，可取R14＝R15＝10KΩ，R16＝500KΩ R＊17＝500KΩ，C1＝C2＝10μF。A4是由低漂移運算放大器(可用國產(chǎn)5G24等)組成的減法積分器。
可取R18＝R20R19，R20＝10KΩ，R19＝200KΩ，R21＝2K，C3＝20μF。
TG是產(chǎn)生to脈沖和取樣脈沖的時序脈沖發(fā)生器?？扇?t1-to)∶(t2-to)∶(t3-to)＝1∶3∶5，設(shè)定to＝0則t1∶t2∶t3＝1∶3∶5。
對m＝3的情況，譜訊號S(3)第一項的系數(shù)和正負號都與第三項相等，即R1＝R3，因此t1和t2脈沖可組合在一起控制取樣開關(guān)K1，這樣可省了一個取樣開關(guān)，見圖10-2。
按SRW(3)的組合原則R1＝Ro，R3＝Ro，R2＝ 1/2 Ro，R3省了，可取R1＝10KΩ，R2＝5KΩ。
對取樣積分式，由于儀器譜訊號輸出幅度正比于取樣脈沖寬度，因此取樣脈寬不宜太窄，要適當(dāng)寬一些。此外如圖10-2中，取R1＝R2，而使t2脈沖寬度tP2等于兩倍t1和t3的脈沖寬度，即tP2＝2tP1＝2tP3，也可實現(xiàn)SRW(3)的功能。
圖10-3是取樣保持式SRW(3)瞬態(tài)訊號處理儀主要部分的實施例。
圖10-3中的A1和A4與圖10-2中的相同。圖中K1、K2K3是分別由取樣脈沖t1、t2、t3控制的取樣保持電路(可用常規(guī)的)。K11、K12、K13是實現(xiàn)t1、t2和t3的取樣訊號同步加減的取樣保持電路(可用常規(guī)的)，它們可用取樣脈沖t3控制，也可用其他脈沖控制。此設(shè)計方法也可用在SRW(m)訊號處理儀。
圖10-1中的A2和A3在這里可以省了?！睺G〕是時序脈沖發(fā)生器，可取t1∶t2∶t3＝1∶3∶5(設(shè)to＝0)。電阻R1＝R3＝ 1/2 R2。在這二實施例中，只要使TG產(chǎn)生的t2-t1＝△t1＜t3-t2＝△t2，即可實現(xiàn)SRWn(3)即三點不等距組合率窗，其他部分都相同。
本發(fā)明指出，實現(xiàn)多點組合率窗SRW(m)功能，除上述的取樣積分式和采樣保持式SRW(m)瞬態(tài)訊號處理儀外，采用微處理控制也可實現(xiàn)SRW(m)功能。
圖10-1 多點組合率窗瞬態(tài)訊號處理儀設(shè)計原理圖。
圖10-2 同步取樣積分式SRW(3)訊號處理儀結(jié)構(gòu)圖。
圖10-3 采樣保持式SRW(3)訊號處理儀結(jié)構(gòu)圖。
(十一)高分辨率深能級瞬態(tài)(電容)譜HDDLTS儀高分辨率深能級瞬態(tài)(電容)譜儀，簡稱HDDLTS儀，是根據(jù)本
發(fā)明內(nèi)容
(三)提出的技術(shù)方法高分辨率深能級瞬態(tài)譜，設(shè)計而成。
這種儀器的結(jié)構(gòu)，如圖11-1所示。圖中的儀器單元S.C.(即Sample Cryostat)是具有冷阱的樣品室，一般可使樣品溫度下降到液氮溫度77°K。T.C.(即Temperature Control)是具有測溫和控溫功能的溫度控制器，它可使樣品溫度在77°K～500°K之間慢掃描或恒溫。
圖中S.T.為測溫儀，它可同T.C.合并在一起。
圖中O.M.為示波器，用以觀察瞬態(tài)訊號。
C.M.(即Capacitance meter)是一種具有高頻高靈敏瞬態(tài)電容電橋的電容儀。這種電容儀，能使樣品總電容C中，＜＜C的深能級瞬態(tài)電容△C(t)訊號分離出，并放大到足夠大，使儀器對深能級的檢測具有高的靈敏度。P.B.V(即pulse Bias Voltage)是向被測樣品提供偏置電壓，和產(chǎn)生瞬態(tài)訊號的脈沖電壓的裝置，脈沖電壓由to脈沖觸發(fā)。
X-yR.(即X-y Recorder)，是X-y記錄儀，用以自動記錄譜訊號隨溫度的變化。
SRW(m)(即SRW(m)-Signal processing)是多點組合率窗訊號處理儀。這部分對深能級瞬態(tài)電容訊號設(shè)置多點組合率窗SRW(m)，取出高分辨率深能級瞬態(tài)譜。
本發(fā)明的高分辨深能級瞬態(tài)譜HDDLTS儀，與現(xiàn)有技術(shù)的深能級瞬態(tài)譜DLTS儀相比，其主要區(qū)別是HDDLTS儀處理瞬態(tài)電容訊號用本發(fā)明的多點組合率窗訊號處理儀，而DLTS儀是用D.V.Lang的二點差式率窗。這使HDDLTS儀的深能級瞬態(tài)譜具有高分辨率的特征，其分辨率比DLTS儀高得多，能將相差僅0.01eV的二個相鄰深能級譜峰分割開成為彼此獨立的譜峰，見圖1-1。
圖1-1、1-2、1-3、1-4是這種HDDLTS儀所獲得的實施結(jié)果。從這些實施例結(jié)果與DLTS譜的比較，充分反映了HDDLTS儀的高分辨特征。
圖11-1 高分辨率深能級瞬態(tài)(電容)譜HDDLTS儀原理圖。
(十二)高分辨率恒電容深能級瞬態(tài)譜HDDC-DLTS儀高分辨恒電容深能級瞬態(tài)譜儀，簡稱HDCC-DLTS儀，是根據(jù)本
發(fā)明內(nèi)容
(五)提出的技術(shù)方法高分辨率恒電容深能級瞬態(tài)譜，設(shè)計而成。
這種儀器的結(jié)構(gòu)，如圖12-1所示，圖中的儀器單元S.C.、T.C.、C.M.、X-y R.、SRW(m)與內(nèi)容(十一)HDDLTS儀中的相同。單元中的負反饋裝置是使電容儀C.M.的瞬態(tài)電容訊號C(t)與樣品瞬態(tài)偏壓Vr(t)之間建立起△Vr(t)正比于△C(t)的反饋關(guān)系。設(shè)無反饋即△Vr＝0時的△C與有負反饋時的△C之比為反饋量K。當(dāng)反饋裝置使K→∞時，瞬態(tài)電容△C(t)降為≌0充分地轉(zhuǎn)變成瞬態(tài)偏壓△Vr(t)。
儀器中的訊號處理儀是對樣品瞬態(tài)偏壓△Vr(t)設(shè)置率窗，取出HDCC-DLTS譜訊號。
在反饋量K有限的實際情況下，K→∞的譜訊號△Vm(∞)與K有限的譜訊號△Vm(K)之間的關(guān)系為△Vm(∞)＝△Vm(K)/(1- 1/(K) ) (12-1)由實際情況下所測的△Vm(K)和K即可計算出△Vm(∞)，由△Vm(∞)可求出深能級濃度的參數(shù)。
式(12-1)是本發(fā)明推導(dǎo)出的一個有用計算關(guān)系，它對HDCC-DLTS和CC-DLTS都適用。
HDCC-DLTS儀與現(xiàn)有技術(shù)的CC-DLTS相比，主要區(qū)別是HDCC-DLTS采用了本發(fā)明的多點組合率窗訊號處理儀，因而與HDDLTS相同，具有高分辨率的特征。
圖12-1 高分辨恒電容深能級瞬態(tài)譜HDCC-DLTS儀原理圖，圖中R.F.為電容儀C.M.和脈沖偏壓P.B.V.之間的負反饋裝置。
(十三)高分辨率雙脈沖深能級瞬態(tài)譜HDDDLTS儀高分辨率雙脈沖深能級瞬態(tài)譜儀，簡稱HDDDLTS儀，是根據(jù)本
發(fā)明內(nèi)容
(六)提出的技術(shù)方法高分辨率雙脈沖深能級瞬態(tài)譜，設(shè)計而成。
這種儀器的結(jié)構(gòu)和圖11-1相同。所不同的地方是，PBV單元在to1和to2脈沖的觸發(fā)下，要提供二個不同幅度的雙脈沖VP1和VP2偏置電壓加在樣品上，對應(yīng)這二個脈沖要進行雙通道訊號處理，并給出其差值。
這種儀器與HDDLTS儀相同，由于采用多點組合率窗訊號處理儀，具有高分辨率的特征。
(十四)高分辨率恒溫率窗掃描深能級瞬態(tài)譜HDCT-DLTS儀高分辨率恒溫率窗掃描深能級瞬態(tài)譜儀，簡稱HDCT-DLTS，是根據(jù)本
發(fā)明內(nèi)容
(七)提出的技術(shù)方法高分辨恒溫率窗掃描深能級瞬態(tài)譜設(shè)計而成。
這種儀器的結(jié)構(gòu)，如圖14-1所示，它與HDDLTS儀基本相同。不同之處是溫度控制儀T.C.對樣品進行不同溫度的恒溫控制;在恒溫條件下訊號處理儀在保持取樣時間比不變的條件下，受由線性掃描電壓調(diào)制的壓控振蕩器控制，實現(xiàn)t1掃描(即率窗掃描)。線性掃描電壓并加到xy記錄儀的X端作為掃描率窗參數(shù)。
這種儀器由于采用本發(fā)明提出的多點組合率窗訊號處理儀對深能級瞬態(tài)電容訊號設(shè)置率窗而獲得高分辨率的特征。
圖14-1是高分辨率恒溫率窗掃描深能級瞬態(tài)譜HDCT-DLTS儀原理圖。
圖中L.S.為線性掃描電壓V.O.為壓控振蕩器(十五)高分辨率深能級瞬態(tài)電流譜I-HDDLTS儀高分辨率深能級瞬態(tài)電流譜儀，簡稱I-HDDLTS儀，是根據(jù)本
發(fā)明內(nèi)容
(八)的技術(shù)方法高分辨率深能級瞬態(tài)電流譜，設(shè)計而成。儀器的結(jié)構(gòu)如圖15-1所示。
圖中A11是高阻運算放大器，它和電阻RH組成微電流放大器，用以將深能級瞬態(tài)微電流訊號轉(zhuǎn)變成瞬態(tài)電壓訊號。
A22是運算放大器，它和反饋平衡電路組成放大器，這部分具有放大瞬態(tài)訊號，平衡直流分量的作用。
A22的輸出訊號，即被放大的深能級瞬態(tài)電流訊號，經(jīng)多點組合率窗訊號處理儀后，變?yōu)镮-HDDLTS譜訊號。
此儀器由于采用本發(fā)明的多點組合率窗訊號處理儀，代替現(xiàn)有技術(shù)所采用的二點差分式率窗訊號處理儀，而具有高分辨率的特征。
儀器中T.C.是帶測量裝置的控溫儀，用于控制樣品溫度實現(xiàn)溫度掃描。S.C.是帶冷阱的樣品室。L.P.是由to脈觸發(fā)的脈沖光，用于進行半絕緣GaAs等的光激深能級瞬態(tài)電流譜PITS測量。
脈沖光可以用LED發(fā)光二極管獲得。P.B.V是由to脈沖觸發(fā)的脈沖偏壓。用L.P.時，P.B.V.僅提供直流偏壓，而不用L.P.時，提供脈沖偏壓。
圖15-1是高分辨率深能級瞬態(tài)電流譜I-HDDLTS或HDPITS儀原理圖。
圖中LP為加在樣品上的光脈沖，L.P.為光脈沖發(fā)生器，B.F.為反饋平衡電路，B.V.為樣品偏置。
(十六)高分辨深能級瞬態(tài)電荷譜Q-HDDLTS儀高分辨率深能級瞬態(tài)電荷譜儀，簡稱Q-HDDLTS儀，是根據(jù)本
發(fā)明內(nèi)容
(九)的技術(shù)方法高分辨率深能級瞬態(tài)電流譜，設(shè)計而成，儀器的結(jié)構(gòu)如圖16-1所示。
圖中A11是高阻運算放大器，它和電容CH組成電荷積分器，用以將深能級瞬態(tài)電荷轉(zhuǎn)變成瞬態(tài)電壓。
圖中其他部分和圖15-1相同。
此儀器由于采用本發(fā)明的多點組合率窗訊號處理儀，代替現(xiàn)有技術(shù)所采用的二點差分式率窗訊號處理儀，而具有高分辨率的特征。
圖16-1是高分辨率深能級瞬態(tài)電荷譜儀Q-HDDLTS儀原理圖。圖中A11為電荷積分器，CH是電荷積分器的積分電容。
(十七)高分辨多功能深能級瞬態(tài)譜儀本
發(fā)明內(nèi)容
(十一)～(十六)所提出的六種高分辨深能級瞬態(tài)譜儀，有許多共同的組成單元，如多點組合率窗訊號處理儀，溫控T.C.電容儀M.C.，記錄儀X-yR，樣品室S.C.等。
本內(nèi)容提出將這六種高分辨深能級瞬態(tài)譜綜合在一起組成一個高分辨多功能深能級瞬態(tài)譜儀，簡稱HDM-DLTS，這種儀器可在最經(jīng)濟的條件下，進行多種深能級瞬態(tài)譜的測量。
權(quán)利要求
1.關(guān)于半導(dǎo)體深能級瞬態(tài)譜儀中瞬態(tài)訊號處理儀的設(shè)置方法，其特征是對瞬態(tài)訊號設(shè)置多點組合率窗系列SRW(m)，即對一個瞬態(tài)訊號設(shè)置多于兩個不同時間的取樣點，將這些所取訊號組合，所得的譜訊號是大大提高了分辨率的譜訊號。
2.按權(quán)利要求
1的方法，其特征是每兩個相鄰取樣點之間的時間間隔都相等。
3.按權(quán)利要求
1的方法，其特征是對訊號取三個取樣點，第一與第二取樣點和第二與第三取樣點之間的兩個時間間隔或長或短。
4.按權(quán)利要求
3的方法，第二時間間隔比第一時間間隔的范圍在1～2之間。
5.按權(quán)利要求
1、2、3或4的方法，其特征是對電容瞬態(tài)譜儀、雙脈沖瞬態(tài)譜儀、恒溫率窗掃描瞬態(tài)譜儀、瞬態(tài)電荷譜儀、或光激(電激)深能級瞬態(tài)譜儀采用權(quán)利要求
2、3或4的方法。
6.瞬態(tài)訊號處理儀，本發(fā)明的特征是經(jīng)放大器〔A1〕后設(shè)有多于兩個取樣門，〔K1〕、〔K2〕……〔Km〕的取樣電路，每個門后面對應(yīng)串接一個電阻〔R1〕、〔R2〕……〔Rm〕，還設(shè)有時序脈沖發(fā)生器〔T、G〕，它與每個取樣門有連線，時序脈沖發(fā)生器發(fā)出的初始脈沖〔to〕是產(chǎn)生樣品的偏置脈沖，取樣電路后接有積分放大器的訊號處理電路，然后輸出譜訊號〔S(m)〕。
7.按權(quán)利要求
6的儀器，其特征在于取樣電路是取樣積分式電路，即取樣門〔K1〕、〔K2〕……〔Km〕是取樣脈沖〔t1〕〔t2〕……〔tm〕控制的電路開關(guān)，或者是取樣保持電路，即取樣門是由脈沖〔t1〕、〔t2〕……〔tm〕控制的取樣保持電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求
6或7的儀器，其特征是每取樣門后串接的電阻〔R1〕、〔R2〕……〔Km〕這樣選取，如果第一取樣門串接的電阻是〔R1〕，則第m個電阻也是〔R1〕，第n個電阻〔Rn〕的取值Rn＝R1/amn，amn是二項式展開項的系數(shù)。
9.按權(quán)利要求
6、7或8的儀器，其特征是取樣時序脈沖的第奇數(shù)個取樣門電路均連接一個積分放大器〔A2〕，第偶數(shù)個取樣門電路連接到另一個積分放大器〔A3〕，第一個積分放大器〔A2〕接入一減法器〔A4〕的同相端，另一個積分放大器接入減法器〔A4〕的反相端。
10.根據(jù)權(quán)利要求
6、7或8的儀器，其特征是有兩個取樣門電路，分別串聯(lián)的電阻〔R1〕、〔R2〕相等，取三個時序控制脈沖，第一和第三個控制脈沖組合后加一個取樣門上，第二控制脈沖加在另一取樣門上，且第二控制脈沖寬度是第一脈沖寬度的2倍。
11.按權(quán)利要求
6、7或8的儀器，其特征是有三個取樣門電路〔K1〕、〔K2〕、〔K3〕，每個取樣門電路包含有取樣保持電路，第一和第三個取樣門電路接入起減法器作用的積分放大器A4的一個輸入端，第二個取樣門電路接入A4的另一輸入端。
12.根據(jù)權(quán)利要求
6、7或8的儀器，其特征是每個取樣門電路〔K1〕、〔K2〕、…〔Km〕，都包含有二個取樣保持電路，其中第一個取樣保持電路實現(xiàn)對訊號的取樣，第二個取樣保持電路實現(xiàn)對取樣訊號的同步相加減。
13.關(guān)于半導(dǎo)體的深能級瞬態(tài)譜儀，由樣品室〔S.C〕、測溫控溫裝置〔T.C〕、記錄裝置〔X-y.R〕、顯示器(O.M)、對樣品提供偏壓和脈沖電壓的裝置(P.B.V)和高靈敏的電子測量儀器，以及瞬態(tài)訊號處理儀組成。本發(fā)明的特征是用按權(quán)利要求
1到12之一的多點組合率窗SRW(m)瞬態(tài)訊號處理儀，作為各種半導(dǎo)體深能級瞬態(tài)譜儀的瞬態(tài)訊號處理儀與下述之一的電子測量儀器組合成各種高分辨率深能級瞬態(tài)譜儀。與高頻高靈敏瞬態(tài)電容電橋儀〔C.M〕等組合成高分辨率深能級瞬態(tài)(電容)譜儀，其中包括單脈沖、雙脈沖、恒電容、恒溫率窗掃描等高分辨率深能級瞬態(tài)譜儀。與微電流放大器和光脈沖等組合成高分辨率光激深能級瞬態(tài)電流譜儀，以及電脈沖的高分辨率深能級瞬電流譜儀。與電荷積分器可以組合成高分辨率深能級瞬態(tài)電荷譜儀。或者將以上電學(xué)測量儀器與〔SRW(m)〕瞬態(tài)訊號處理儀組合成多功能高分辨率深能級瞬態(tài)譜儀。
專利摘要
屬于半導(dǎo)體深能級譜的測量儀器，已有的譜儀測得的譜分辨率低。本發(fā)明提出了高分辨率組合率窗系列，設(shè)計了多種方案的高分辨率組合率窗訊號處理儀，以及用此處理儀而得到的高分辨率深能級瞬態(tài)(電容)譜儀等多種高分辨率深能級譜儀。本發(fā)明儀器所得實驗譜線與已有相比，顯著地提高了分辨率，本發(fā)明可形成一代新的深能級瞬態(tài)譜儀。
文檔編號G01R31/26GK85100447SQ85100447
公開日1986年10月1日 申請日期1985年4月3日
發(fā)明者孫勤生 申請人:南京大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan