Маморцев
С.В., Зорин Ю.А., Лапатин Л.Г.
Измерительно-вычислительный комплекс
«Ангара-2»
Канал измерения удельного сопротивления
полупроводников состоит из СВЧ
генератора, СВЧ резонатора, СВЧ детекторной секции, блока управления и
измерения [1]. Бесконтактное измерение удельного сопротивления даже при
комнатной температуре предъявляет особые требования, как к конструкции СВЧ
резонатора, так и к схеме регистрации.
СВЧ резонатор оснащен механизмом перемещения штыря [2], а блок управления позволяет измерять прошедшую через резонатор СВЧ мощность, величина которого несет информацию о значении удельного сопротивления. Датчик состоит из резонатора и механизма перемещения штыря. Резонатор квазистатического типа образован цилиндром и индуктивным штырем.
Для обеспечения квазистатического режима работы резонатора все его размеры (высота и радиус) выбраны значительно меньше длины волны. Торец штыря находится в соосном отверстии верхней стенки, переходящий в массивный измерительный столик.
Мощность от СВЧ генератора в резонатор и из резонатора поступает через элементы связи. Для обеспечения высокой добротности резонатора и продолжительного перемещения штыря крепится к корпусу с помощью металлической диафрагмы.
Механизм продольного перемещения штыря состоит из катушки корпуса и стальной пластины, закрепленной на штоке. Шток жестко соединен с диафрагмой и штырем [3].
При подаче напряжения на катушку стальная пластинка притягивается к сердечнику корпуса и перемещает штырь к исследуемому образцу. В результате этого увеличивается величина емкости зазора между его торцом и образцом, то есть изменяется резонансная частота резонатора. При определенном напряжении на катушке резонансная частота резонатора с образцом совпадает с частотой СВЧ генератора, который работает на фиксированной частоте. В этот момент измеряется прошедшая через резонатор СВЧ мощность, величина которой зависит от значения удельного сопротивления исследуемого образца. Такой режим работы датчика поддерживает постоянный коэффициент включения, который может изменяться в результате перемещения образца и изменения температуры.
Предложена программа для управления
измерительной установкой «Ангара-2», позволяющая решать ряд проблем, связанных
с кропотливым трудом снятия удельного сопротивления по диаметру полупроводника
и обработки полученных данных.
Компьютерная программа выполняет следующие
функции:
-
вывод измерений на экран
в режиме реального времени;
-
управление шаговыми
двигателями по координатам с точностью до 0,05 мм;
-
измерение удельного
сопротивления по диаметру полупроводника;
-
сохранение всех
полученных данных;
-
вывод графиков
зависимостей удельного сопротивления от координаты.
Для связи установки с компьютером
используется устройство USB3000, имеющий
аналоговые выходы и входы для связи с блоком управления установки, цифровые
входы и выходы для управления шаговыми двигателями, USB-порт для связи с компьютером.
Используя драйвера устройства USB3000 существует возможность пользоваться всеми его
функциональными возможностями, такими, как:
-
аналогово-цифровой
преобразователь;
-
цифро-аналоговый
преобразователь;
-
запись и чтение данных с
цифровых портов устройства.
Высокая скорость дискретизации устройства USB3000 позволяет снимать большое количество измерений в течение нескольких микросекунд.
Исходной код и компиляция программы
производилась в среде Delphi версии 7.
При запуске программы начинается загрузка драйвера и проверка подключения
устройства USB3000 по порту USB к компьютеру.
В режиме реального времени программа
создает отдельный поток в памяти компьютера, который циклично опрашивает 4
порта USB3000, усредняет полученные данные и выводит их на
экран.
Для перемещения шаговыми двигателями
аналогичным образом создается новый поток и, при нажатии кнопки перемещения в
программе, поток выполняется.
Перемещение шаговым двигателем очень
долгая работа, так как любую траекторию движения следует прописывать и
отправлять на устройство для того, чтобы она начинало его перемещать. Для
решения этой задачи программа использует еще один программный поток, в котором
циклично выполняется массив переменных функционального типа, содержащие
последовательные действия, которые следует выполнить программе для проведения
измерения.
Любые измерения, проведенные с помощью данной
программы, автоматически сохраняются в файл и добавляются в список снятых
данных, используя их в дальнейшем, существует возможность построения графиков с
помощью этой же программы в режиме построения графиков.
Литература:
3. Детинко М.В., Медведев Ю.В., Петров А.С. Физические основы
неразрушающего СВЧ-резонаторного метода локального контроля электрофизических
параметров полупроводников. – Томск. Изд.Том. ун-та, 1985.-28 с.