1. Постановка задачи

Стремительное развитие микроэлектроники ведет к повышению требований к характеристикам применяемых материалов. В настоящее время для устройств микроэлектроники выбираются материалы, способные стабильно работать в условиях высоких температур, сильных электромагнитных полей, радиационного излучения. Одним из материалов, удовлетворяющих таким требованиям, является аморфный гидрогенизированный карбид кремния (a-SiC:H), преимущество которого заключается в более высоких, по сравнению с низкотемпературным аморфным кремнием, переключающих характеристиках [2].

На современном этапе развития технологии a-SiC:H существует ряд проблем, связанных с широким использованием этого материала, таких, как получение макроскопически однородных пленок, формирование инверсионных слоев на границе подложка - пленка - контакты, что зависит также и от состава материала [4]. Таким образом, для решения описанных проблем необходимо провести ряд экспериментов по исследованию электрических и физических параметров на основе структур а-SiC:H.

Одной из наиболее важных характеристик приборного применения материала является вид его вольт - амперной характеристики (ВАХ) и ее зависимость от состава материала. При этом необходим современный подход для проведения подобных исследований.

2. Описание решения

Для решения поставленных задач была использован аппаратно-программный комплекс на основе измерителя иммитанса Е7-20. Установка представляет собой регистрирующий прибор, в основу работы которого положен метод вольтметра-амперметра. К прибору с помощью присоединительного устройства подключается ячейка с измеряемым образцом. Через интерфейс RS-232C прибор соединен с компьютером, в котором происходит обработка данных и отображение результата (рис.

Рисунок 1 - Структурная схема измерителя иммитанса

Напряжение рабочей частоты от генератора подается на измеряемый объект. Преобразователь формирует два напряжения, одно из которых (Ut) пропорционально току, протекающему через измеряемый объект, другое (Uh) - напряжению на нем. Отношение этих напряжений равно комплексной проводимости (Y) или комплексному сопротивлению (Z) объекта. Измерение отношения напряжений проводится аппаратно-программным логометром. Аппаратная часть логометра состоит из коммутатора, масштабного усилителя, аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Итогом работы программной части логометра является расчет отношений напряжений. Устройство интерфейсное RS-232C обеспечивает согласование уровней сигналов и гальваническую развязку измерительных цепей прибора и ПЭВМ.

Рисунок 2 - Участки блок-диаграммы VI

На рисунке 2 отображены элементы блок-диаграммы виртуального прибора, с помощью которых устанавливаются уровни входного сигнала, значения смещения и частоты для получения данных измерений.

На рисунке 3 изображена интерфейсная панель виртуального прибора, на ко торой отображается форма входного сигнала, форма ВАХ изучаемого элемента, значения активного и реактивного сопротивлений элемента. Кроме того, на интерфейсной панели расположены управляющие элементы, задающие режим работы прибора.

Рисунок 3 - интерфейсная панель

По результатам анализа экспериментальных данных установлено, что концентрация связанного водорода в пленке оказывает значительное влияние на вольт -амперные характеристики гетероструктур, но характер этого влияния неоднозначен. Причинами такого влияния, вероятно, являются процессы формирования инверсионных слоев на границах раздела материалов подложки и пленки, а также влияние поверхности неупорядоченного материала пленки.

3. Используемое оборудование и ПО

Используемый в работе прибор носит название измеритель иммитанса (иммитанс - термин, объединяющий понятия комплексного сопротивления (импеданса) и комплексной проводимости (адмитанса) Е7-20 предназначен для измерения при синусоидальном напряжении параметров объектов, представляемых параллельной или последовательной двухэлементной схемой замещения. Данный прибор используется для проведения научных исследований, контроля качества электрорадиоэлементов, измерения неэлектрических величин с применением измерительных преобразователей неэлектрических величин в одну из измеряемых прибором величин.

Прибор позволяет измеряет следующие параметры:

- индуктивность LP, LS;

- емкость СР, CS;

- активное сопротивление RP, RS;

- реактивное сопротивление XS,

- проводимость GP; тангенс угла потерь tg 5;

- добротность Q;

- модуль комплексного сопротивления |Z|;

- угол фазового сдвига комплексного сопротивления ф;

- ток утечки I.

Модуль сбора и обработки сигнала реализован в среде графического программирования LabVIEW 8.20 [3]. В сжатые сроки LabVIEW позволила создать необходимый инструмент [1]. С помощью интуитивно понятных функций было разработано серьёзное приложение для научно-исследовательской работы [1]. Наличие в LabVIEW 8.20 функций работы с портами по протоколу RS-232 позволило без особых проблем подключить измеритель иммитанса к персональному компьютеру и организовать их совместную работу. Время, затрачиваемое на измерение, сократилось от 5 до 10 раз в сравнении с решением без применения LabVIEW. Появилась возможность в одном цикле снимать целый ряд характеристик, что существенно облегчило задачу, и исключило вероятность ошибок. Усреднение нескольких измеряемых значений при одном напряжении или частоте компенсирует случайную погрешность прибора, что позволило значительно повысить точность измерений.

4. Внедрение и развитие решения

Измеритель иммитанса используется в учебном процессе и для научно-исследовательских работ в Северо-Кавказском государственном техническом университете в лаборатории микроэлектроники и нанотехнологий. Предполагается построение ряда приборов на базе LabVIEW для проведения исследований новых изолирующих и полупроводниковых материалов на основе аморфного карбида кремния, а также приборов, созданных на его основе.

Список литературы:

1. А.Я. Суранов LabVIEW7: справочник по функциям М.: ДМК Пресс, 2005. 512

2. Б.М. Синельников, В.А. Тарала, А.Б. Саутиев, И.С. Митченко, Л.А. Кашарина, Р.В. Пичугин, Н.В. Бублик Влияние температуры синтеза на состав и строение пленок гидрогенизированного карбида кремния // Вестник Северо- Кавказского государственного технического университета. 2007. № 1 (10).

3. www.ni.com.

4. П. А. Арсеньев, А. И. Попов, В. А. филинов Новые материалы в полупроводниковой электронике М.: ВЫСШАЯ ШКОЛА. 1988.