Anordnung für spektrale Rauschuntersuchungen zwischen 30 MHz und 400 MHz bei impulsartig belasteten Halbleitern

Übersicht

Die herkömmlichen Rauschmeßmethoden sind zur Erfassung der Schwankungserscheinungen in Halbleitern außerhalb des Ohm'schen Kennlinienbereiches nicht mehr einsetzbar, da die Belastungsgleichströme zur Vermeidung einer unzulässigen Probenerwärmung durch Impulse ersetzt werden müssen. Für einen Frequenzbereich von 30 MHz bis 400 MHz, impuisdauern von ca. 15 μs (bei 1 kV Spannungsamplitude an der Probe) und ein Tastverhältnis bis zu 10⁻³ herab wird eine Meßstrecke beschrieben, die mit Hilfe eines kontinuierlich durchstimmbaren selektiven Mikrovoltmeters schmalbandige Frequenzanalysen des Rauschens bei tiefen Meßtemperaturen, hier z. B. beiT=77 K, ermöglicht. Verglichen mitT=300 K sind bei tiefen Temperaturen auf Grund der höheren Ladungsträgerbeweglichkeit geringere elektrische Feldstärken für den Nachweis nicht-linearer Transporterscheinungen erforderlich, was wiederum die thermische Belastung der Probe herabsetzt. Eine eigens entwickelte Steuerschaltung übernimmt die zeitliche Koordinierung von Stromimpuls, Torschaltung und Speicherung sowie die Vorgabe evtl. erforderlicher Laufzeiten. Ein geeignet dimensioniertes Filtersystem sorgt für die Trennung zwischen Impuls- und Rauschspektrum. Das Meßverfahren und seine Anwendung zur Untersuchung von n-Germanium bei 77 K werden erläutert.

Contents

For investigations of fluctuations in the non-ohmic region of semiconductors the conventional methods of noise measuring with a direct current must be substituted by a pulsed technique. For the frequency range from 30 MHz to 400 MHz, a pulse duration of 15 μs, a bias voltage of 1 kV and final to a duty cycle of 10⁻³ an electronic equipment is described which allows a small band frequency analysis of the pulsed noise at low measuring temperatures, in this case atT=77 K, with the help of a continuously tunable selective microvoltmeter. At low temperatures we need due to the higher mobility of the charge carriers smaller electrical fields for producing non-linear effects than atT=300 K. So the sample heating can be reduced one more. An electronic control coordinates the timing of current pulse, gate opening, storing and sets up the unavoidable transit times. A suitable system of filters separates the pulse- and noise-spectra. This new method and its application for the determination of hot-electron noise in n-germanium at 77 K are described.