ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА, 2014, № 1, с. 137-138
ПРИБОРЫ, ИЗГОТОВЛЕННЫЕ В ЛАБОРАТОРИЯХ
УДК 681.518.3
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВОЛЬТ-ФАРАДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГЕТЕРОПЕРЕХОДНЫХ СВЕТОДИОДОВ С ПОВЫШЕННЫМ РАЗРЕШЕНИЕМ © 2014 г. В. А. Сергеев*, **, И. В. Фролов * **, А. А. Широков*
Поступила в редакцию 25.04.2013 г.
БО1: 10.7868/80032816214010194
Установка предназначена для измерения вольт-фарадных характеристик (в.ф.х.) гетеропереход-ных светоизлучающих диодов (с.и.д.). Метод в.ф.х. используется для исследования распределения легирующих примесей в гетероструктурах, в том числе содержащих квантовые ямы. Известно, что ширина активной области гетеропереходных с.и.д. может изменяться в пределах 150—750 нм, а ширина квантовых ям составляет, как правило, единицы нанометров [1, 2]. В связи с этим к средствам измерения в.ф.х. гетеропереходных с.и.д. предъявляются особые требования: малый уровень тестового сигнала, широкий диапазон изменения напряжений смещения с малым шагом.
В основе работы установки лежит принцип преобразования измеряемой емкости Сх в частоту
* Ульяновский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН.
Ульяновский государственный технический университет.
колебаний ХС-автогенератора. Собственная частота колебаний ХС-автогенератора / = 650 кГц выбрана из условия обеспечения необходимого разрешения по емкости. Исследуемый с.и.д. с емкостью Сх включается в параллельный ХС-контур, вызывая тем самым изменение частоты колебаний автогенератора от/0 до /х =/0(СХ/С0 + 1)-05, где С0 — сумма емкости ХС-контура и емкости монтажа, определяемая калибровкой эталонным конденсатором.
Структурная схема установки представлена на рисунке. Управление аппаратной частью осуществляется компьютером через последовательный интерфейс Я8-232. В начале измерительного цикла микроконтроллер ЛТше§а128 выдает код смещения, после чего цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) МЛХ5352 формирует напряжение в диапазоне 0—5 В. Усиленное в Ки = 10 раз напряжение смещения исм поступает на контролируемый с.и.д. Частотомер Ч3-57 измеряет часто-
Активный ФНЧ
Компьютер
ТУ
АЦП Л07683
Цсм/Кд
+5
(Цсм + б)/Кд
+12
Блок питания
+5
Я8-232
ТХО
+5
Микроконтроллер ATmega 128
7У
ЦАП МЛХ5352
Делитель напряжения
+55
Усилитель напряжения
и„,
ХС-автогенератор
Частотометр электронно-счетный Ч3-57
Кд = I0
исм + и
Ки = 10
Структурная схема автоматизированной установки для измерения вольт-фарадных характеристик гетеропереходных светодиодов.
138
СЕРГЕЕВ и др.
ту колебаний ХС-автогенератора ^ и пересылает ее код в микроконтроллер. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) ЛЭ7683 измеряет постоянное напряжение исм на с.и.д., предварительно прошедшее через делитель напряжения с Кд = 10 и активный фильтр нижних частот (ФНЧ). Измеренные значения ^ и Лсм передаются в компьютер, где рассчитывается емкость Сх при установленном напряжении смещения Лсм. Затем напряжение смещения увеличивается на заданную величину шага, и измерительный цикл повторяется до тех пор, пока Лсм не достигнет установленного максимального значения. По завершении измерения автоматически рассчитывается профиль распределения концентрации примеси в области пространственного заряда гетероперехода по известным формулам.
Стабилизацию амплитуды колебаний автогенератора осуществляет схема автоматической регулировки усиления. Кроме того, в автогенераторе предусмотрена тепло- и виброзащита, а также дополнительное экранирование колебательного контура.
Основные технические характеристики. Диапазон измерения емкости от 10-14 до 5 • 10-10 Ф; диапазон обратных напряжений смещения 0—50 В; минимальный шаг изменения напряжения смещения 12.2 мВ; диапазон изменения амплитуды тестового сигнала 0.1—5 мВ; разрешение по емкости 10-14 Ф; кратковременная относительная нестабильность частоты автогенератора 5 • 10-6; макси-
мальная относительная долговременная нестабильность 1.5 • 10-5; методическая погрешность измерения емкости не более 0.002%. По величине минимальной амплитуды измерительного сигнала и максимальному обратному напряжению смещения установка не уступает зарубежным аналогам фирм Agilent [3] и Keithley [4] .
Исследование выполнено при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, соглашение 14.132.21.1708 "Разработка неразрушающих методов и средств контроля качества гетеропереходных светоизлучающих диодов по шумовым характеристикам".
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Шуберт Ф. Светодиоды / Пер. с англ. под ред. А.Э. Юновича. М.: Физматлит, 2008.
2. Кучерова О.В., Зубков В.И., Соломонов А.В., Давыдов Д.В. // Физика и техника полупроводников. 2010. Т. 44. Вып. 3. С. 352.
3. http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5989-4435EN.pdf
4. http://www.keithley.com/data?asset=4527
Адрес для справок: Россия, 432063, Ульяновск, ул. Гончарова, 48/2, Ульяновский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Коте-льникова РАН. Тел./факс. (8422) 44-29-96, тел. (8422) 44-02-11. E-mail: ufire@mv.ru, E-mail: sergeevdmn@gmail.com
ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
№ 1 2014
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.