Функциональная схема прибора

На рисунке 1 приведена блок — схема прибора «SemiCon — 1», состоящего из следующих блоков:

Рисунок 1 — Блок схема прибора.

• — блока датчиков — это СВЧ резонатор и датчик температуры. Датчики температуры установлены в измерительном столе.
• — МПУ, (рисунок 2) в котором расположены блоки питания, блок измерения температуры, блок управления СВЧ генератором и измерения прошедшей через резонатор СВЧ мощности, генератор прямоугольных импульсов для управления накачкой светодиодов.

Прибор позволяет проводить измерения: удельного сопротивления, времени жизни ННЗ и температуру.

Блок измерения удельного сопротивления и измерения времени жизни полупроводников состоит из СВЧ генератора, СВЧ резонатора, СВЧ детекторной секции, диодных излучателей и МПУ. Бесконтактное измерение удельного сопротивления полупроводников предъявляет особые требования, как к конструкции СВЧ резонатора, так и к схеме регистрации.

СВЧ резонатор оснащен механизмом перемещения штыря (рисунок 2) для настройки коэффициента включения, а блок МПУ позволяет измерять прошедшую через резонатор СВЧ мощность, величина которой несет информацию о значении удельного сопротивления образца.

Датчик состоит из резонатора. Резонатор квазистатического типа образован цилиндром и индуктивным штырем.

Рисунок 2 — Конструкция СВЧ резонатора: 1 — отверстие измерительное, 2 — штырь, 3 — стенка, 4 — элементы связи, 5 — металлические диафрагма, 6,7 — механизм перемещения штыря (катушка и металлическая пластина соответственно), 8 — полупроводниковый образец.

Для обеспечения квазистатического режима работы резонатора все его размеры (высота и радиус) выбраны значительно меньше длины волны. Торец штыря находится соосно в измерительном отверстии верхней стенки диаметром до 150 мм, которая и является измерительным столом прибора.

Мощность от СВЧ генератора в резонатор и из резонатора поступает через петлевые элементы связи. Для обеспечения высокой добротности резонатора и продольного перемещения штырь крепится к корпусу с помощью металлической диафрагмы. Настройка коэффициента включения резонатора осуществляется продольным перемещением штыря.

СВЧ блок служит для генерации и регистрации СВЧ мощности, прошедшей через СВЧ резонатор и состоит из СВЧ генератора, вентилей и детекторной секции.

СВЧ генератор в микро — полосковом исполнении собран на двух транзисторах типа КТ640 (глава 3).

Детекторная секция служит для преобразования СВЧ мощности, поступающей с резонатора, в низкочастотное напряжения и представляет собой коаксиальную камеру, в которой размещен СВЧ диод типа Д408АП или Д405АП.

Блок МПУ предназначен (рисунок 3):

• — для управления СВЧ генератором и настройки резонатора с образцом на частоту СВЧ генератора и определения на данной частоте прошедшей через резонатор СВЧ мощности.
• — удержания работы СВЧ генератора на данной частоте.
• — задания режимов излучения светодиодов.
• — освещение п / п-образца заданными импульсами.
• — перевод аналогового сигнала импульсной фотопроводимости на СВЧ в цифровой.
• — вывод импульса фотопроводимости на экран монитора.

ИПСН — источник питания собственных нужд УВЧ — усилитель высокой частоты АЦП — аналогово — цифровой преобразователь ЦАП — цифро — аналоговый преобразователь АТ — аналоговый термодатчик УАТ — усилитель сигнала аналогового термодатчика ЦТ — цифровой термодатчик ОУИ — органы управления индикацией СТ — сторожевой таймер ПППЗУ — перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство ЦП — центральный процессор УН — усилитель напряжения.

Рисунок 3 — Блок — схема МПУ Блок измерения температуры предназначен для определения температуры измерительного стола с исследуемым полупроводниковым образцом и температуры СВЧ резонатора и состоит из цифрового датчика температуры и МПУ Для сбора и обработки аналоговых сигналов, управления блоками прибора и связи прибора с ПК служит МПУ.

Для определения величины удельного сопротивления этого образца необходимо знать зависимость прошедшей через резонатор СВЧ мощности от значений удельного сопротивления во всей области от 10^-2 до 5· 10⁺⁴ Ом · см. Для этого проводится калибровка прибора.

Работа МПУ МПУ выполнен в виде блока прямоугольной формы, расположенной в передней части прибора «SemiCon — 1» на шасси.

В состав МПУ входят следующие блоки и системы:

• — микропроцессорное устройство с узлами обработки аналоговых данных;
• — формирователь импульсов управления светодиодами;
• — формирователь напряжений управления генератором СВЧ;
• — источник питания +24В;
• — источник питания +12В
• — усилитель сигнала детектора;
• — усилитель сигнала емкостного датчика;

Расположение основных узлов МПУ, представлен на рисунке 4.

Рисунок 4 — Расположение основных узлов МПУ Микропроцессорное устройство формирует требуемые напряжения управления генератором СВЧ, импульсы управления светодиодным излучателем, оцифровывает и обрабатывает сигналы с выхода СВЧ детектора, обрабатывает сигналы органов управления, расположенных на передней панели прибора, принимает команды от системы управления верхнего уровня, обеспечивая измерения требуемых параметров.