УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗОНДОВОГО КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ КРИСТАЛЛОВ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ПРИБОРОВ

Областью применения полезной модели является электроизмерительная техника, а именно - устройства для контроля и измерений параметров высоковольтных полупроводниковых кристаллов.
Известно устройство для зондового контроля параметров кристаллов высоковольтных приборов, состоящее из генератора тока, генератора напряжения, двух потенциальных зондов и одного токового зонда (см., например, статью Минченко В.А., Ковальчук Г.Ф., Школык С.Б. «Принципы построения и структурные схемы зондовых автоматических систем контроля параметров изделий микро- и наноэлектроники на пластине» из журнала «Приборы и методы измерений», №2 (5), 2012 г., стр. 67-74).
Недостатком известного устройства является то, что при прохождении тока больше 0,5 А через один зонд возможно его подгорание в области контакта, вследствие чего может произойти оплавление алюминиевой металлизации кристалла.
Для устранения этого недостатка в промышленности при подаче большого тока при контроле параметров кристаллов используют несколько токовых зондов, включенных параллельно.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является устройство для зондового контроля параметров кристалла, состоящего из генератора тока, генератора напряжения, двух потенциальных зондов и нескольких токовых зондов (см. операционная карта технологического процесса «Разбраковка пластин по электропараметрам на тестере «Иней» ЮФ0.754.980ТКл.124б.).
Количество токовых зондов определяется величиной необходимого тока для контроля параметров исходя из расчета 1 зонд на каждые 0,5 А. Зонды располагаются на контактной площадке, исходя из удобства их установки.
Два потенциальных зонда анодный и катодный подключены к генератору напряжения и обеспечивают измерение прямого или обратного напряжения без учета падения напряжения на проводах и токовых зондах.
Недостатком данного устройства является возможный коронный разряд при приложении к потенциальным зондам больших напряжений. Например, карбидокремниевые диоды Шоттки, которые могут иметь рабочее напряжение более 1000 В.
Коронный разряд возникает в резко неоднородных полях у электродов с большой кривизной поверхности (острия, тонкие провода). Зона вблизи такого электрода характеризуется более высокими значениями напряженности поля по сравнению со средними значениями для всего промежутка. Так обычно бывает, когда характерный радиус зонда r, гораздо меньше межэлектродного расстояния d, d/r>5,85. Когда напряженность поля достигает предельного значения, происходит ионизация молекул воздуха, ведущая к коронному разряду. В высоковольтных кристаллах радиус зонда всегда значительно меньше расстояния между электродами кристалла. Таким образом, при подаче на один потенциальный зонд анода, определенного напряжения, не являющегося пробивным для кристалла высоковольтного прибора, происходит коронный разряд. Коронный разряд ведет к повреждению или оплавлению участка кристалла вокруг зонда, а следовательно, к возможному отказу кристалла полупроводникового прибора.
Техническим результатом полезной модели является устранение коронного разряда при высоковольтных измерениях кристаллов полупроводниковых проборов.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройство для зондового контроля параметров кристаллов высоковольтных приборов, состоящее из генератора тока, генератора напряжения, потенциального зонда и токовых зондов из расчета один зонд на каждые 0,5 А, распределенных по окружности, дополнительно введен коммутатор, переключающий токовые зонды от генератора тока к генератору напряжения.
В полупроводниковых кристаллах одним из электродов является плоскость неизолированного края кристалла, а вторым электродом является зонд с острием параболоидной формы.
К
Е
Е
Степень неоднородности электрического поля между электродами характеризуется коэффициентом неоднородности н, который равен отношению максимальной напряженности макс к средней напряженности ср между электродами,
U
d
Средняя напряженность есть отношение напряжения , приложенного к электродам полупроводникового высоковольтного кристалла, к расстоянию между электродами, ,
.
Максимальная напряженность зависит от конфигурации, размеров электродов и расстояния между ними.
Максимальная напряженность поля для острия параболоидной формы и плоскостью рассчитывается по формуле,
,
где
U
- приложенное напряжение, В;
r
- радиус закругления острия электрода, мкм;
d
- расстояние между электродами, мкм.
Н
Н
Для однородного поля коэффициент неоднородности Кн=1, для слабонеоднородного - 1<К ≤ 3, для резконеоднородного - К ≥ 4.
Значение напряжения и напряженности поля на электроде при возникновении коронного разряда зависит от степени неоднородности поля. С увеличением степени неоднородности напряженность на электроде-стержне увеличивается, а напряжение возникновения короны уменьшается.
Так как коммутатор переключает токовые зонды к генератору напряжения, то на зонды анода подается потенциал от генератора напряжения, при этом радиусом потенциального электрода является радиус окружности, по которой распределены зонды. Таким образом, эффективный радиус электрода увеличивается в несколько раз от значения радиуса одного зонда до значения радиуса окружности по которой распределены зонды. При этом коэффициент неоднородности уменьшается до значений слабонеоднородного и однородного поля, что устраняет возможность возникновения коронного разряда.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется рисунками. На фиг. 1 приведена блок схема устройства зондового контроля параметров, на фиг. 2 вид сверху карбидокремниевого кристалла диода Шоттки с установленными зондами.
Позициями на фиг. 1, 2 обозначены:
1 - кристаллы диода Шоттки;
2 - контактная площадка;
3 - токовые зонды;
4 - потенциальный зонд;
5 - коммутатор;
6 - генератор напряжения;
7 - генератор тока;
8 - микроамперметр;
9 - вольтметр.
По окружности, вписанной в контактную площадку 2, кристалла диода Шоттки 1 устанавливают токовые зонды 3, в центр устанавливается потенциальный зонд 4. Для подачи прямого тока по средствам коммутатора 5 токовые зонды 3, установленные по окружности, подключены к генератору тока 7, вольтметр 9 показывает значение прямого падения напряжения, 16 зондов позволяют пропускать ток до 8 А. При необходимости высоковольтных замеров, с помощью коммутатора 5 токовые зонды 3 подключаются к генератору напряжения 6. На кристалл диода Шоттки 1 подаются заданные значения обратного напряжения, которые контролируются вольтметром 9, а сила обратного тока диода измеряется микроамперметром 8.
Таким образом, для диода с рабочим напряжением 1200 В с контактной площадкой 500×500 мкм радиус потенциального зонда с 10 мкм увеличивается до 200 мкм, при этом коэффициент неоднородности Кн уменьшается с 21,6 до 2,7. Подача напряжения на зонды, расположенные по окружности, позволила уменьшить неоднородность поля в 8 раз до значения слабонеоднородного, что исключает возникновение коронного разряда.