Занятие 14. Моделирование двухстробового интегратора

Цель работы: моделирование спектра DLTS с помощью двухстробового интегратора.

14.1. Принцип двухстробового интегратора

Одним из широко известных приемов получения и обработки спектров является использование двухстробового интегратора (box-car integrator). Рассмотрим его принцип.

Пусть экспериментально исследуется переходный процесс, параметры которого зависят от температуры. Выражение для переходного процесса

. (14.1)

Этот процесс задается (измеряется) в 100 точках – от 1 до 100 мс – после его начала. В формуле (15.1) e – постоянная времени, задаваемая выражением

(14.2)

где T – температура, k = 8.617 мэВ/K – постоянная Больцмана; A – не зависящая от температуры константа; E – энергия активации процесса.

Поскольку e является функцией температуры, то вид переходного процесса существенно зависит от температуры. Если медленно изменять температуру и через определенные промежутки, например через 0.5 K, измерять переходный процесс в широком диапазоне температур, то в итоге можно получить исчерпывающую характеристику переходного процесса и точно определить энергию активации E и константу A. Такой способ может быть нереализуем, если измерительная установка имеет недостаточное быстродействие или обладает недостаточным объемом памяти. Реализация режима двухстробового интегратора в последнем случае помогает избежать усложнения и удорожания установки; кроме того, результаты измерений приобретают наглядность и спектроскопичность. Идея двухстробового интегратора состоит в том, чтобы на переходном процессе регистрировать всего лишь разность двух отсчетов в удобные, наперед заданные моменты времени и записывать эту разность как функцию от температуры (в нашем случае). Прибор, с помощью которого реализуется этот способ, называется box-car integrator (“бокс-кар-интегратор”). Разумеется, этот способ может быть реализован также с помощью аналого-цифрового преобразователя в составе автоматизированной измерительной установки.

В 1974 г. было предложено обрабатывать методом двухстробового интегрирования переходные процессы релаксации барьерной емкости p-n-перехода, которые возникают вследствие термической эмиссии электронов с глубокого уровня в запрещенной зоне полупроводника. Метод оказался настолько удачным, что в дальнейшем развился в новое направление диагностики полупроводников – Deep Level Transient Spectroscopy (нестационарная емкостная спектроскопия глубоких уровней), или DLTS.

14.2. Генерация массива данных нестационарной емкостной спектроскопии

1. Откройте блок-диаграмму нового виртуального прибора. Разместите на ней структуру For Loop. Цикл будет необходим для периодического изменения температуры.

2. Введите на передней панели терминал задания начальной температуры и терминал индикации текущей температуры и задайте линейное изменение температуры, например, по формуле

.

Свяжите i с индексом цикла.

Если ввести элемент Wait из палитры Time & Dialog, то можно будет регулировать период изменения переменной цикла и, тем самым, скорость изменения температуры. Задайте время ожидания порядка 0.05 с.

3. Р азместите внутри цикла узел Formula Node. В нем запрограммируйте расчет постоянной времени переходного процесса в соответствии с формулой (14.2). Обеспечьте ввод в Formula Node текущей температуры, как показано на рис. 14.1. Реальные величины параметров в (14.2) следующие: T₀ = 100 K, E = 200 мэВ, A = 1000 (мсK²)^–1.

4. Сформируйте массив значений времен стробирования переходного процесса. Для этого удобно использовать Ramp Pattern.vi. Задайте 100 временных точек. На основе этого массива создайте блок генерации массива переходного процесса S по формуле (14.1). Это легко сделать, поскольку в LabVIEW возможно перемножать массивы и скалярные величины.

5. Выведите на лицевую панель дисплей и наблюдайте изменение переходного процесса при изменении температуры.