A capacitance meter of high absolute sensitivity suitable for scanning DLTS application

Abstract

A new type of capacitance meter is developed that is designed to measure lowest capacitance changes of space charge structures in semiconductors. It is especially suitable for carrying out scanning DLTS experiments because here not the usually given relative sensitivity but the absolute sensitivity of the measurement is important. From principal considerations an optimum bridge circuit configuration is derived allowing very high sensitivity. The bridge is a resonance-tuned LC bridge working at 28 MHz in deflection mode with automatic slow zero bridge balance during the measurement. For a 2 pF sample and a 100 mV applied ac signal at an integration time constant of 1 s a correlator DLTS system with this bridge gives a noise level equivalent to an initial capacitance change of 6 × 10−7 pF, corresponding to only 60 excited atoms. It is shown that this value in principle can be further improved. Es wird ein neuartiges Kapazitätsmeßgerät entwickelt, das den Nachweis kleinster Kapazitäts änderungen von Baumladungszonen in Halbleitern gestattet. Es ist besonders für den Einsatz bei Scanning-DLTS-Experimenten geeignet, da es hier nicht auf die normalerweise angegebene relative, sondern auf die absolute Meßempfindlichkeit ankommt. Aus prinzipiellen Überlegungen heraus wird eine optimale Meßbrückenanordnung abgeleitet, die eine sehr hohe Empfindlichkeit erreicht. Dabei handelt es sich um eine LC-Brücke, die bei 28 MHz in Resonanzabstimmung arbeitet und einen automatischen langsamen Brückenabgleich während der Messung gestattet. Ein Korre- lator-DLTS-System mit dieser Brücke zeigte bei Verwendung einer 2 pF-Probe bei 100 mV angelegter HF-Spannung und einer Integrationszeitkonstante von l s eine Ausgangsrauschspannung, die einer Kapazitätsänderung von 6 × 10−7 pF äquivalent ist. Dies entspricht einer Umladung von nur 60 Atomen ! Es wird gezeigt, daß dieser Wert im Prinzip noch verbessert werden kann.