Автоматизированная система измерений электрофизических параметров полупроводниковых структур

Кратко проанализирована современная ситуация в области исследований свойств полупроводниковых материалов и их применения. Показано, что существующие установки для измерения вольт-фарадных характеристик полупроводниковых материалов имеют ряд недостатков, и необходимо создавать автоматизированные системы измерений электрофизических параметров полупроводниковых структур. Разработана автоматизированная информационно-измерительная система измерений вольт-фарадных характеристик полупроводниковых структур, в том числе структур на основе прозрачных проводящих покрытий. Представлены результаты функционального и метрологического анализа канала измерения комплексной проводимости. В результате функционального анализа получены функции преобразования комплексной проводимости в цифровой код, пропорциональный ёмкостной и активной составляющим проводимости. Составлена структурная метрологическая модель канала измерения комплексной проводимости, учитывающая аддитивные, мультипликативные погрешности звеньев, а также погрешность квантования аналого-цифрового преобразователя. Выведены выражения для реальных функций преобразования комплексной проводимости в цифровой код, пропорциональный ёмкостной и активной составляющим проводимости, с учётом инструментальных погрешностей звеньев в составе измерительного канала. Метрологический анализ позволяет решить как прямую задачу расчёта инструментальной погрешности измерительного канала по известным номинальным параметрам и погрешностям составляющих его звеньев, так и обратную задачу установления требований к метрологическим характеристикам звеньев в составе измерительных каналов для обеспечения требуемого значения предельной погрешности измерения. Теоретически установлено и подтверждено экспериментально, что пределы допускаемой относительной погрешности измерений ёмкости и проводимости не превышают ±3 %. Разработанная автоматизированная информационно-измерительная система позволяет не только измерять вольт-фарадные характеристики исследуемых полупроводниковых структур, но и обрабатывать результаты измерений с целью определения электрофизических параметров косвенным методом. Автоматизированная информационно-измерительная система будет полезна при производстве радиоэлектронной техники и функциональной электроники, например, для контроля готовой продукции или разработки новых полупроводниковых структур и изделий на их основе.

1. Bronovets M. A., Volodin N. M., Mishin Yu. N. Materials Letters, 2022, vol. 267, 127467. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2020.127467

2. Jun Xu, Jun Wu, Xiaomei Hu. IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Energy, 2020, vol. 1, 042004. https://doi.org/10.1088/1755-1315/474/5/052081

3. Jessica Wade, Joseph Razzell Hollis, Sebastian Wood. Printed Electronics: Materials, Technologies and Applications, London, Published by IOP Publishing, wholly owned by The Institute of Physics, 2018, 17 р. https://doi.org/10.1088/978-0-7503-1608-8

4. Ma D. Journal of Physics: Conference Series, 2021, vol. 1865, 02207. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1865/2/022078

5. Hood S. N., Walsh A., Persson C. et al. J. Phys. Energy, 2019, vol. 1, 042004. https://doi.org/10.1088/2515-7655/ab2dda 6. Kazakovtsev L. A., Orlov V. I., Stashkov D. V., Antamoshkin A. N., Masich I. S. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2017, vol. 255, 012004. https://doi.org/10.1088/1757-899X/255/1/012004

6. Zinchenko T. O., Pecherskaya E. A., Antipenko V. V., Volik A. V., Varenik Y. A., Shepeleva A. E. Materials Science Forum, 2022, vol. 1049 MSF, pp. 198–203. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.1049.198

7. Zinchenko T. O., Golubkov P. E., Pecherskaya E. A., Antipenko V. V., Kozlov G. V., Pecherskiy A. V. Proceedings 7th International Congress on Energy Fluxes and Radiation Effects, EFRE 2020, 14–26 September 2020, Tomsk, Russia, IEEE Publ., 2020, pp. 1309–1313. https://doi.org/10.1109/EFRE47760.2020.9241909

8. Zinchenko T. O., Pecherskaya E. A., Nikolaev K. O., Golubkov P. E., Shepeleva Y. V., Artamonov D. V. Journal of Physics: Conference Series, 2019, vol. 1410(1), 012090. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1410/1/012090

9. Печерская Р. М., Вареник Ю. А., Карпанин О. В., Метальников А. М. Автоматизированный лабораторный практикум по материалам и элементам электронной техники // Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения. 2012. Т. 12. № 7. С. 68–70. https://elibrary.ru/tqbrgf

10. Печерская Е. А., Тузова Д. Е., Голубков П. Е. Функциональный и метрологический анализ каналов измерения параметров магнитных материалов // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. 2022. № 4(42). С. 58– 63.