Маморцев С.В., Зорин Ю.А.,  Лапатин Л.Г.

ОАО «НИИПП

Измерительно-вычислительный комплекс «Ангара-2»

Канал измерения удельного сопротивления полупроводников  состоит из СВЧ генератора, СВЧ резонатора, СВЧ детекторной секции, блока управления и измерения [1]. Бесконтактное измерение удельного сопротивления даже при комнатной температуре предъявляет особые требования, как к конструкции СВЧ резонатора, так и к схеме регистрации.

СВЧ резонатор оснащен механизмом перемещения штыря [2], а блок управления  позволяет измерять прошедшую через резонатор СВЧ мощность, величина которого несет информацию о значении удельного сопротивления. Датчик состоит из резонатора и механизма перемещения штыря. Резонатор квазистатического типа образован цилиндром и индуктивным штырем.

Для обеспечения квазистатического режима работы резонатора все его размеры (высота и радиус) выбраны значительно меньше длины волны. Торец штыря находится в соосном отверстии верхней стенки, переходящий в массивный измерительный столик.

Мощность от СВЧ генератора в резонатор и из резонатора поступает через элементы связи. Для обеспечения высокой добротности резонатора и продолжительного перемещения штыря крепится к корпусу с помощью  металлической диафрагмы.

Механизм продольного перемещения штыря состоит из катушки корпуса и стальной пластины, закрепленной на штоке. Шток жестко соединен с диафрагмой и штырем [3].

При подаче  напряжения на катушку стальная пластинка притягивается к сердечнику корпуса и перемещает штырь к исследуемому образцу. В результате этого увеличивается величина емкости зазора между его торцом и образцом, то есть изменяется резонансная частота резонатора. При определенном напряжении на катушке резонансная частота резонатора с образцом совпадает с частотой СВЧ генератора, который работает на фиксированной частоте. В этот момент измеряется прошедшая через резонатор СВЧ мощность, величина которой зависит от значения удельного сопротивления исследуемого образца. Такой режим работы датчика поддерживает постоянный коэффициент включения, который может изменяться в результате перемещения образца и изменения температуры.

Предложена программа для управления измерительной установкой «Ангара-2», позволяющая решать ряд проблем, связанных с кропотливым трудом снятия удельного сопротивления по диаметру полупроводника и обработки полученных данных.

Компьютерная программа выполняет следующие функции:

-     вывод измерений на экран в режиме реального времени;

-     управление шаговыми двигателями по координатам с точностью до 0,05 мм;

-     измерение удельного сопротивления по диаметру полупроводника;

-     сохранение всех полученных данных;

-     вывод графиков зависимостей удельного сопротивления от координаты.

Для связи установки с компьютером используется устройство USB3000, имеющий аналоговые выходы и входы для связи с блоком управления установки, цифровые входы и выходы для управления шаговыми двигателями, USB-порт для связи с компьютером.

Используя драйвера устройства USB3000 существует возможность пользоваться всеми его функциональными возможностями, такими, как:

-     аналогово-цифровой преобразователь;

-     цифро-аналоговый преобразователь;

-     запись и чтение данных с цифровых портов устройства.

Высокая скорость дискретизации устройства USB3000 позволяет снимать большое количество  измерений в течение нескольких микросекунд.

Исходной код и компиляция программы производилась в среде Delphi версии 7. При запуске программы начинается загрузка драйвера и проверка подключения устройства USB3000 по порту USB к компьютеру.

В режиме реального времени программа создает отдельный поток в памяти компьютера, который циклично опрашивает 4 порта USB3000, усредняет полученные данные и выводит их на экран.

Для перемещения шаговыми двигателями аналогичным образом создается новый поток и, при нажатии кнопки перемещения в программе, поток выполняется.

Перемещение шаговым двигателем очень долгая работа, так как любую траекторию движения следует прописывать и отправлять на устройство для того, чтобы она начинало его перемещать. Для решения этой задачи программа использует еще один программный поток, в котором циклично выполняется массив переменных функционального типа, содержащие последовательные действия, которые следует выполнить программе для проведения измерения.

Любые измерения, проведенные с помощью данной программы, автоматически сохраняются в файл и добавляются в список снятых данных, используя их в дальнейшем, существует возможность построения графиков с помощью этой же программы в режиме построения графиков.

 

Литература:

1. Аппаратно-программный комплекс для бесконтактного  измерения распределения удельного сопротивления по поверхности полупроводниковых пластин диаметром до 200 мм (Ангара–2). Руководство по эксплуатации. 2006г.

 2. Медведев Ю.И., Петров А.С. Резонатор для бесконтактного измерения удельного сопротивления полупроводниковых материалов // Электронная техника. Электроника СВЧ. 2004 – С.49-52

 3. Детинко М.В., Медведев Ю.В., Петров А.С. Физические основы неразрушающего СВЧ-резонаторного метода локального контроля электрофизических параметров полупроводников. – Томск. Изд.Том. ун-та, 1985.-28 с.