автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Разработка и создание автоматизированной системы для исследования полупроводниковых материалов и структур

АКАДЕМИЯ НАУК СССР ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНОЙ ФИЗИКИ

На правах рукописи .

КОКА Александр Петрович

РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ И СТРУКТУР

05.13.16 « применение вычиспительноЯ техники, математического моделирования и математический методов в научных исследованиях

Автореферат

диссертация на соискание ученой степени кандидата "технически?: наук

Нижний Новгород «1991

Работа выполнена в лаборатории вьгателетепшо! техники и систем Института физюси высоанк шаргай АН КазССР.

Научный руководитель: кандидат тезшотеезж ш®«

М.А.ТАШИМОВ

Официальные оппоненты: доктор тезвшчвсгак наук

С.Ф.КОЗЛОВ

кандидат техшгзееяж шуж Ю.К.ПОСТОЕНКО

Ведущая организации: Наушо«иронззойствзнноз

ше ^Орнок*

Зашита диссертации состоятся 1991г.

в // часов на заседании специализированного Совета К 003.38.02 при Институте прикладной физики АН СССР (603600, Нижний Новгород, ГСП-120, ул.У«ь£ыоаа,46 )

С диссертацией мо::аю ознакомиться э библиотеке Инсти» тута прикладной физшш АН СССР,

Автореферат разослан . 1991г.

Учоиыа секретарь специализированного Совета, доктор физико-математических и<

А.Г. ЛУЧИН ИН

— 3 -

ОНЦАЯ ХАРАКЕЕЕИСТИКД РАБОТЫ

Актуальность. Важное' научное и прикладное значение физики полупроводников, которая лежат в основе солнечной энергетики, микроэлектроники, систем связи и фотоянки цривело к интенсивному развитию методоз экспериментальных исследований полупроводниковых материалов и структур (Ш,!С), в том числе методов, основанных на электрических, фотоэлектрических и оптических измерениях, нестационарной ёмкостной спектроскопия, методов анализа шумов и переходных процессов, спектроскопии электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и ЗПР-тоглографии и ряда других. В результате произошло усложнение схем эксперимента и экспериментальных установок, возросло количество регистрируемых и регулируемых параметров, усложнение методов анализа данных, повысились требования к метрологическому обеспечению (точность и статистическая достоверность результатов) и информативности эксперимента.

На этил фоне особенно заметен низкий, уровень стандартизации и унификации методических 'решений и программно-аппаратных средств различных экспериментов, что сдерживает распространение комплексного подхода к исследованиь. полупроводников л ведёт к снижению эффективности использования дорогостоящего экспериментального оборудования (циклотрон, рзшстор, линейные ускорители). Недостаточная оснащённость экспериментальных установок мнкроЭВМ и микропроцессорами не позволяет широко применять слоенкэ алгоритмы управления экспериментом и сбора данных, нетривиальные математические методы обработки эксперимента, производить обработку в реальном времени и экспресс-обработку, гибко варьировать схемы измерения- и обработки, существенно улучшить метрологические характеристики и информативность экспериментов, исключить влияние субъективных факторов на конечный результат.

Всё это в полной маре относится к исследованиям ШЛО з Институте физики высоких энергий АН КазССР, цэльа которых является разработка физических основ полупроводниковых детекторов элементарных частиц и излучений, датчиков электрических и нз-электричесЕпх величин.

Одним из основных путей повышения эффективности экспериментальных исследований полупроводников является их ко*тзекс-ная автоматизация.

В условиях разнообразия и быстрого развитая экспериментальных методов возрастает такпе актуальность разработки теоретических вопросов и шшзнерных катодов проектирования АСНИ ПМС на основе системного подхода,

ДЕСсбртацЕОнаая работа вшолнялась в ракках научно-исследовательских работ, щзоаодашх в 1ЙЗЭ Ali КазССР в' соответствии с Общэсошаок Eayüio-iexmneoKoß програьзюй 0.26. Вычислительная техника. 0.80,03 "Создать новые и развить действующие система автоматизированного проектирования (САП?) з народном хозяйства (аза-оаатнзащш исследований)" по a-avia 04.029А "Развить и ввести в эксплуатация аьгоглтизнроБаннун систему ядерно-физических исследований в ИФВЭ All КазССР" (Пршюкенвэ &78 к Постановлению £573/137 ГК СССР со науке и технике ж АН СССР от 10 ноября IS85 года).

Целью диссертационной работы яаляеася разработка и создание интегрированной "АСНИ ШС, обеспечпвакщей комплексную автоматизацию эксшрашнталышх исследований полупроводников в институте фпзико-а'ыщичвокого пройпля, включая разработку тто-ьых методических и саруктурно-фу^чциональных решений, алгоритмического, информационного и метрологического обеспечения, создание проблемно-ориентированных аппаратно-программных комплексов, исследование метрологических характеристик отдельних экспериментов и апробацию сисаеш.

Научная новизна»

1. Предложена методика системного анализа процесса экспериментальных исследований полупрово;щшкоз как объекта автоматизации к впервые разработана формальная модель АСНИ ШС, кото-' рая состоит из модели! проблемной области и структурно-алгорит-мкчоской модели системы автоматизации.

2. Предложена модель обобщённой физической характеристики^ составляющая основу модели проблемной области, разработана се-кантическая модель данных и построены структурно-параметрические модели фкьичйеких характеристик, измерительных и управлякь щпх каналов.

3. Построена функционально полная структурно-алгоритмическая модель АСНИ ВАС, в рамках которой разработаны

- единая сдецнфзсация схемы эксперимента и универсальные аягорзтмн типознх процедур намерения. Зйзотееких характеристик;

- специальные методы и алгоритмы обработает и моделирования эксперимента, исследования динамических з частотных яарак- " теристик измерительных и управляющих каналов;

- логическая схема дааннх банка данных физических характеристик, протокол сеансового уровня двухуровневой локальной вы-, числительной сети.

Проведено исследование и сделан выбор среди известных методов и алгоритмов решети задач, составляющих процесс экспериментальных исследований полупроводников.

4. Разработано единое метрологическое обеспечение и исследованы комплексные метрологические характеристики различных типов экспериментов, определены наиболее эффективные схемы экспериментов в соответствии с заданными критерия!,ш.

5. Исследована сравнительная эффективность легирования аморфного гидрогелизированного кремния ионам В?2 и В+.

6. Определена пространственная локализация источников шума //^ в деухбазовом магнитодиоде.

Практическая ценность работы <.

1. Полученные в диссертационной работе результаты развивают теоретические к практические аспекты создания АСНИ, которые могут найти применение при проектировании, исследовании и эксплуатации автоматизированных систем з области'физики полупроводников и смежных областях.

2. Разработаны и созданы измерительные подсистемы - автоматизированные рабочие места (АРМ) физиков-экспериментаторов для электрических, фотоэлектрических и оптических измерений, нестационарной ёмкостной спектроскопии глубоких уровней, исследования шумов и переходных процессов, которыр могут функционировать автономно или в составе АСНИ ПМС.

3. Интегрированная двухуровневая АСНИ ШЛО внедрена в Институте физики высоких энергий АН КазССР, а отдельные измерительные подсистемы и разработанные программные средства внедрены такие в Научно-исследовательском институте прикладной физики НЛО "Орион" (г.Москва), Казахском государственном университете (г.Алма-Ата) ц НТО "Прибор" (г.Алма-Ата).

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на Всесоюзных шкодах по Автоматизации научных исследований (Горький, 1932; Алма-Ата, 1384),

37 Всесоюзной школе по автоматизации исследований в ядерной физике и астрофизике (Ужгород, 1920), Всесоюзных симпозиумах по ьэдуяыша измерителько-БШшслитбльнызл системам (Вильнюс, 1987; Новосибирск, 1939), У Всесоюзном семинаре по автоматизации наушшх исследований в ядерной физика л сменных областях (Ташкент, 19&3), П Республиканской конференции "Проблем вычислительной математики и АНИ" (Алма-Ата, 1988).

Материалы диссертации докладывались и обсундались такие на Объединённом сешнарз Института физики высоких энергий АН КазССР (г.Алма-Ата) и семинаре Совета по автоматизации научных исследований Института прикладной физики АН СССР (г.Нижний Новгород).

Б ГОС'А'АП ВЖИИ Центра^едены программные средства "Пакет прикладных программ управления обменом данными между ЭВМ" (регистрационный номею 50870001502, 1987) и "Комплекс программ ФУРЬЕ" (регистрационный номер 50900000098, 1989).

Структура и объём диссепгадкп. Диссертация состоит из Введения, четырёх;глав к Заключения (125 страниц машинописного текста, 35 рисунков, 7 таблиц), списка литературы из 139 наименований и Приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обосновывается актуальность задачи автоматизации экспериментальных исследований Е.5С, определяются цели и задачи диссертации, излагается основные положения, которые выносятся на защиту.

3 первой глава рассматриваются основные направления, цели и задачи экспериментальных исследований полупроводников в Институте физики высоких энергий /Л КазССР, приводятся результаты анализа и классификация экспериментальных методов и установок, обсундается состояние работ в области автоматизации экспериментальных исследовании Ш1С и формулируются основные положения системного подхода к проектировании АСНИ ШС. Отшчает-ся, что повышение эффективности экспериментальных исследований полупроводников обеспечивается комплексной автоматизацией основных этапоз исследований с использованием интегрированных АСНИ.

Вторая глава посвящена описании разработанной формальной модели АСШ1 ПМС. Синтез формальной модели системы автоматизации производится на основе декомпозиции процесса экспериментальных исследований ПМС как объекта автоматизации, выделения в общей информационно-логической структуре процесса основных уровней (этапов), последовательной детализации модельных и структурно-алгоритмических описаний каждого уровня. Формальная модель АСНИ ШС состоит из модели проблемной области и структурно-алгоритмической модели системы автоматизации.

Модель проблемной области содержит модели задач, модели организации данных и собственно данные проблемной области л основывается на татег,этической модели обобщённой ФХ:

д

ук'и^М^ги'Ш , с&х^З , (I)

й „ .

К,(Х13) = К(>?,Х,5)-* Пг(вггХг Б) , (2)

и'и)''и(х)*Пг(в^сс), . (3)

, (4)

где и'1х)я и(х) - реальная экспериментальная и "идеальная" (измеренная в отсутствии шума П< (х) ) ФХ ( х - независимая переменная); - модель истинной Ш. { $ ~ вектор параметров, 5 - независимая переменная);

и/?(/[,реальное ядро интегрального уравнения и его модель известная теоретически или определённая экспериментально ^аппаратная функция прибора или передаточная функция измерительного канала); ^ - вектор параметров модели измерительного канала; шум, относящийся к правой части и ядру интегрального уравнения (I) соответственно ( и - параметры модели шума); $) - модель модифицированной (порождённой) Ф1,

р - вектор параметров ПМС; Ц? - оператор, отобраканций функции Д в функцию V,

Приводятся структурно-паралзтргческиэ модели измерительных каналов и помех п,-для основных измерительных подсистем, a такке аналитические выракения для различных Ф1.

Ш. ai-:') , регистрируемая на выхода эксперимента, в общем случае связана с истинной ФХ z(S) интегральным уравнением Фрздгольма I рода (I). Задача определения подынтегральной функ-хщи 2(3} при наличии иуш 2 правой части U'teO является некорректной ко Адамару (уклонение решении - оценок £(s) - в равномерной метрике быть сколь угодко большим при ограниченном шуш правой часта в квадратичной метрика) и дая её решения применяется специальные члсленше невода, в частности, метод регуляризации Тихонова ШРТ),

Истинная ФХ 2(3) не содержит в явном виде искомые параметры ШС р я для определения необходимо вычислить модифицированную (аороздённуц) ©X Щр>5)ь соответствии с (4).

В parstax структурно-аи'ориглической модели АСНИ рассматривается основные молоды и алгоритмы, обеспечивающие решена задач управления эксшр^шентсы и сбора данных, предварительной и полной математической обработки эксперимента.

Наряду с известны;-.© методами и алгоритмам, иредяазначен-нши для реаения интегральных уравнений и аппроксимации функций, подробно описаны разработанные специальные методы и алгоритмы типовых процедур измерения ОХ, предварительной обработки данных, декомпозиции сложных <Ж, анализа временных рядов и цифровой фильтрации, исследования динамических систем (функциональных элементов из-.зрг.телъ.-тх н управляющих каналов).

В третьей глава рассматривается базовые аппаратно- программные средства АСШ 1ЖС.

Выбор структуры технических средств АСШ1 определяется характером задач, решаемых при исследовании ПМС. Были приняты по витание следувдиэ факторы:

- экспериментальные установки, составляющие основу АШ физиков-экспериментаторов, территориально расположены в пределах одного здания на расстоянии до 2U0 м;

- сопоставление результатов исследований одного образца, полученных с применением различных экспериментальных методик, предполагает наличие единого централизованного банка данных

. Этим требованиям наилучшим образом отвечает радиальпая • двухуровневая структура технических средетз 1СШ, в которой отдельные измерительные подсистема (нижний уровень) связаны с центральной ЭВМ, на которой организован банк данных ФХ ПШ. Это позволяет экспериментатору обрабатывать данные о помощью удалённого терминала центральной ЭВМ параллельно о проведением эксперимента, обеспечивает автоношов функционирование измерительных подсистем ц поэтапный ввод их в эксплуатации.

Структура технических средств АСНН приведена на рис.1.

Базовый комплекс технических средств АРМ физика-экспериментатора состоит из экспериментальной установки, сопрякённой через устройство связи с объектом в стандарте КАМАК о

микроэвм с шиной й-Bas ("Lîepa-SO", "Мера-660": процессор Ш или МЗ, оперативная память 64-128 Кбайт) со следующим периферийным оборудованием: алфавитно-цифровой дисплей, алфавитно-цифровое печатающее устройство, графический дисплей (адаптер для шиш Q-Sas ), накопитель на гибких магнитных дисках (0,5 . Мбайт), крейг КАЖК и двухкоординатный графопостроитель (интерфейс КАШК). Ориентация ШЛ на определённые метода исследования обеспечивается соответствующей комплектацией оборудования экспериментальной установки и функциональных модулей КА'ЛАК, а также составом прикладного программного обеспечения.

Приведена номенклатура используешх модулей КАМАК промышленного производства и дана краткая функциональная характеристика специально разработанных модулей KAÎ.IAK: модуля управления источниками напряжения постоянного тока, модуля управления вольтметром-электрометром В7-30, модуля управления аттенюатором TT-4I39 и модуля регистрации осциллограмм.

Верхний уровень АСНИ представлен шйиЭВМ "Мара-125" (процессор "Электрошка-100/25", оперативная память 256 Кбайт), оснащённой накопителем на магнитных дисках (10 Мбайт), накопителем на гибких магнитных дисках (0,5 Мбайт), накопителем на магнитной ленте (20 Мбайт), системным консолем и 3 алфавитно-цифровыми дисплеями, алфавитно-цифровым печатающая устройством, а такна 2 крейташ! КАЫАХ (рисЛ). Дисплеи подключены к ЭВМ "!Лера-125" через интерфейс последовательного обмена (ИШС), что позволяет использовать юс в качестве удалённых терминалов в составе АНД физиков-экспериментаторов.

г:

ЭВМ „Bf.czrr.pCiWZQ - Í9Q/2.S

"1

fípotist&ap

„StiSZrppQHttXi

403/ê.S*

_____

, ЭВМ „МЕРА-бО" (АРМ физика-эхсперингпъспярс)

azïnspmm!' таль нам устакоёкв

I i

i 1 I I 1 ¿i i___!

ГНС.I Базовый когшлокс тзхшнесккх средств АСШ Ш£С

Разработанные межмашинные каналы обмена данными кнвду . ЭШ нижнего уровня и центральной ЭВМ, реализованные с йсполь- ' зованием модулей скоростной передачи данных в стандарте КАМАК, образуют локальную вычислительную сеть радиальной структуры (связь типа "точка-точка"), обеспачивавдуи

- передачу данных измерений от АРМ физиков-эксперншнта- ' торов в центральную ЭШ АСНИ для их централизованного храпения, полной математической обработай и интерпретации результатов;

- передачу результатов обработки из центральной ЭВМ на АРМ физиков-экспериментаторов для их визуализации и документирования.

На периферийных ЭШ установлена операционная система РАФОС, а на центральной ЭВМ - операционная систеш ОС РВ.

Прикладное программное обеспечение характеризуется единой семантической моделью л логической структурой данных, отражающих модель проблемной области (I) - (4), блочно-модульным принципом организации программ, ушфицированной иерархической сха-. мой диалога, построенного с использованием вложенных "меню", наличием встроенного методического и информационного обеспечения.

Подробно описаны основные компоненты прикладного программного обеспечения:

- универсальная программа измерения ФХ;

- программа предварительной обработки данных;

- программа сопровождения разработки и настройки функциональных элементоз измерительных и управлящих каналов;

- систеш управления базой данных специализированного банка данных §Х Ш5С;

- систеш управления рабочими файлайи;

- систеш полной математической обработки и планирования эксперимента;

- инструментальная система, обеспечивающая сопровождение процесса расширения систеш полной математической обработки;

- система управления, сеанса»,я связи, обеспечиваодая взаимодействие измерительных подсистем и центральной ЭВМ;

- систеш визуализации и документирования.

Даётся характеристика разработанного метрологического обеспечения АСНИ ПМС, позволяющего определять метрологические

характеристики статических и дтшамяческих измерительных каналов, метрологические характеристики алгоритмов и программ измерения и обработка, а таквэ кошшэксниэ метрологические характеристики эксперимента.

Четвёртая глава • досвяцена описанию основных измерительных подсистем - АРМ нестационарной ёьхостной спектроскопии (НЕС) глубоких уровней, ША олектраявскшс, фотоэлектрических и оптических (SSO) намерений, АК4 дяя яздарэния шумов и переходных цроцоссов (2ПП). Приводятся результаты исследования метрологических характеристик для kohkpqthux схем различных типов экспериментов и некоторые физические результаты.

АИЛ НЕС является кзтодо-ораентированной измерительной подсистемой, которая позволяет измерять н обрабатывать даа'тео-кле спектры глубоких уровней (ДОГУ) 5(1) и временные зависи.-. мости нестационарно:! ёмкости (B3HS) C(t,T) . Ояисано 4 варианте» схим сксшракеята, суть которого заключается в определении параметров (энерпс; Е и сечения захвата носителей на уровень

ö ) дшух близкорасположенных б запрещённой зоне глубоких уровней:

1. Зрадщпонаый катод оценка наракзироз глубоких уровней путём определения координат взрззш пнкоз спектра ДСГУ, вычисления зависимости Аррениуса и её аппроксимаций (параметры алпрок-епщрумдей прямой дает оценки параметров глубоких центров).

2, Оценка параметров глубоких уровней цутём прямой аппроксимации спектра ДС1У с использованием нелинейной процедуры метода наименьших квадратов.

3* Оценка плотности электронных состояний Л'е(£) в запрещённой зоне с использованием МРТ дач решения интегрального уравнения (I) с ядром, определяемым динамическими характеристика-,ш ёмкостного спектрометра.

Анализ BSHE, оценка параметров экспонент, формирование зависимости Аррениуса и аё аппроксимация с цэлыо определения параметров ШС.

Еали исследованы приведённые схемы эксперимента и оцреде-лены наиболее эффективные в смысле энергетического разрешения. Зта задача была решена путём проведения "квазиреального" вычислительного эксперимента с использованием системы полной математической обргбопз: п моделирования эксперимента.

- 13 ~

В качестве объекта моделирования рассматривался р-п-перэ- • ход в кремнии р-гипа, содержащем два глубоких центра с параметрами

£,=(о.г5-д£/г)э& , £г=(о.г5*л£/гЪ8,

- Ю'^сн"2-; /-'г, = Л'Г; =о.о;//,, (Л'г«А/,,

где Л с - расстояние мезду глубокими центрами; ёр - сечение захвата носителей на уровень; Мг - концентрации глубокого уровня; ¡!н - концентрация мелких уровней.

Соответствукцая плотность электронных состояний в запрещённой зоне

где З(') - дельта-функция.

Моделирование проводилось для Ни =100 и С0=1 с учётом реальных динамических характеристик ёмкостного спектрометра, определяемых двуш времэнннми окнами (I и 17 каналы):

6.5- ¡0'4с ] (5)

; 2.0- (о""с]

Результатц моделирования - функция влияния дЕ ( 8п, --=10"®), где д£ - энергетическое разрешение, - относительная среднеквадратична-': погрешность правой части интегрального уравнения (I), |„ - точность задания ядра — приведена на рис.2.

Самой низкой разрешающей способностью по энергии обладает традиционный мотод: д£ ( =10~3) - 0,035 эВ (кривая I на рис.2). Более высокое разрешение по энергии получено с использованием прямой апщюксшации спектра ДСГ/ (кривая 2) и при обработке ВЗНЕ (кривая 3): д£ ( Еп = 10~3)- о,020 эВ. Наилучшим энергетическим разрешение!! дЕ ( Ю"3) —0,013 эВ и устойчивостью к аддитивному иуыу правой части интегрального уравнения (I) обладает МРТ (кривые 4 и 5, определённые для I и 1У временных окон, заданных в (5)). Вертикальная лиши

Рис.2 функция влияния .&Е ( Оп ; Ок^Ю""8): I - традиционная обработка спектров ДОГУ; 2 прямая аппроксимация спектров ДСГУ для временного окна /0,2 мс; 0,65 мс/; 3 - обработка временных зависимостей; 4 и 5 - обработка с использованием МРТ (окна /6,5 мс; 20 мс/ и /0,2 не; 0,65 кс/ соответственно).

$п ~ 3,0 на ряс.2 является границей .устойчивости алгоритма МРТ.

Показано, что дальнейшее повышение энергетичесхсого разрешения при высоком уровне шума правой части > 0,2 возможно с использованием цифровых фильтров в форме прямоугольного окна и окна Хэшинга.

Результаты моделирования получили подтверждение при обработке плохоразрешённих спектров ДСГУ, наблюдаемых в хремшщ р-типа (КДБ-25), прошедшем радиационную и термическую обработ- . ку. Диффузионный р-п-переход был облучен и -частицами (энергия 4 МэВ, доза Ю10 см"2) в результате чего образовались два глубоких центра: К-центр (меяузельная С г. - Ос связь) и мета-стабильное промежуточное состояние перехода в К-центр. В табл.1 приведены оценки параметров глубоких центров Н^ и Н2, полученные с использованием четырёх приведённых выше схем эксперимента (ошибки даны на уровне значимости 0,05).

Таблица I

Схема измерения ! и обработки Г

ра ДСГУ традиционным

ра ДСГУ

3. Определение из спектра ДСГУ с помощью МРТ

4. Обработка ВБНЕ

Оценка параметров

Ер эЗ \ Е2, ЭВ 1 (эр, , см

0,339± 0,3?4± (5,010* (2,978±

±0,002 ±0,002 ±0,937)' .10-15 ±0,771)' •ю-15

0,341± 0,380± (I,211± (0,984±

±0,003 ±0,009 ±0,431)' •Ю'14 ±0,157) •Ю"15

0,335

о,азз:±

± 0,007

0,371

0,372± ¿0,006

(I,668— ±0,653)'

•10'

,-15

(4,Г43± ±1,103).

•10'

г15

Традиционный метод обработки спектра ДСГУ не позволяет разрешить глубокие центры Нд- и Н2 . Оценки параметров получены этим методом благодаря использованию технологической операции

отшп-а при температура 80°С, которая позволяет компенсировать глубокий центр IIд-.

Как следует из табл.1, результата полученные с помсгцыз четырёх различных схем эксперимента хорошо согласуются между собой, что подтверждает вывода, сдвляшие на основе модельных расчётов.

АРМ ЭУО является объектно-ориентированной измерительной подсистемой, которая предназначена для измерения и обработки

статических вольт-амперных характеристик, температурных зависимостей проводимости и фотопроводимости, спектральных характеристик и спектрального распределения коэффициента поглощения еысокоомных ШС с удельным сопротивлением jo =10 -I012 Ом*см.

Приводится описание экспериментальной установки, схем измерения и схем обработки данных при исследовании различных ФХ, результатов исследования метрологических характеристик. Отмечается, что применение предложенных методов измерения, схемных решений и алгоритмов обработки данных позволяет проводитт- измерение стационарной фотопроводимости сильнолегированных образцов (в условиях малой кратности светового сигнала 1СДТ= 1,1 + 10,0, где I - ток при освещении, 1Т - темновой ток), причём относительная погрешность определения фотопроводимости составляет от 0,5£ (при 1с/1т =2) до 2% (IC/IT=I,I). Это даёт возможность использовать АРМ ЭЮ для исследования сильнолегированных аморфных полупроводников.

Кратко изложены основные результаты исследования физических свойств плёнок аморфного гидрогенизированного кремния а-$1\ Н , имплантированного ионами В+ и Ы^ , полученные с цри цененном АК.! ЭФО: использование ионов BE? по сравнешш с ионами В+ приводит к повышению электропроводности плёнок a-St:H почти на порядок, сдвигу края оптического поглощения в нязко-ЭЕзргетячоскую область спектра. Наблвдается изменение вида механизма проводимости при увеличении концентрации легирующей цримеси.

ШК ИПП является метсдоориентированной измерительной под системой, которая предназначена для исследования автокорреляционных функций, частотных спектров и спектральной плотности токового шуш в ШС, а такао парздаточных функций р-п-парехо-

дов, переходных процессов в полупроводниках прз шщгльсаом ■ или гармоническом внешнем воздействии и вольт-амперных характеристик с использованием хараетерпогрэфа ТР-4805.

Измерительная часть установки вютнает 3 цяфрогнх канала пдя ввода случайных сигналов и переходных процессов, реализованных с применением цифрового вольтметра Ф-30, аналсго-гщфро-вого преобразователя АЩ-12, а такие запошнавдэго осциллографа C8-I3 и телекамеры КТП-7Э, сопряжённой с модулем регистрации осциллограмм в стандарте КА1Ж. Кроме этого в составе АШ ШП имеется многоканальный анализатор спектра СК4-72, сопряжённый с ЭЗГ>! "Мера-ббО". Это позволяет охватить частотный диапазон Р = 10"^ - I08 Гц. Дано описание измерительной части установки и схемы подключения образца при исследовании шумов и переходных процессов, а такнэ схеш обработки корреляционных я спектральных характеристик, использующей программную компенсацию шума.

Приведены результаты исследования взаимных спектральных • и корреляционных характеристик флуктуационных процессов в базовых областях двухбазовых магнитодиодов, которые свидетельствуют о наличии взаимосвязи процессов. Сделан вывод о локализации источников шут if ( как в базовых 'областях, таге и в области р-п-перехода двухбазового шгннтодиода.

Кратко изложены результаты моделирования экспериментов по восстановлению пространственных распределений парамагнитных центров со сложной структурой спектра ЭПР по данным ЭПР-томо-графии с использованием 1ЛРТ- Показано, что качество восстановления профиля распределения улучшается при уменьшении числа компонент спектра ЗИР и степени их перекрытия, а такге с улучшением отношения сигнал/иум.

3 Заключении сформулированы основные результаты и вывода.

1. Предложена методика анализа и проведён системный анализ процесса экспериментальных исследований полупроводниковых материалов и структур как объекта автоматизации, сформулированы основные требования к АСНЙ ПЖ - интегрированной многоцелевой автоматизированной системе полной математической обработки результатов наблюдений.

2. На основе предложенной модели обобщённой физической характеристики разработана формальная модель проблемной облас-

та 2 соответствующая ей семантическая модель и логическая схема данных, построены структурно-параметрические модели физических характеристик, измерительных и управляицих каналов.

3. Построена функционально полная структурно-алгоритмическая модель АСЩ в рамках которой разработаны

- единая спецификация схеми эксперимента и универсальные алгоритмы типовых цродедур измерения физических характеристик;

- специальные методы и алгоритмы обработки эксперимента: предварительной обработки данных, декомпозиции слояных физических характеристик, анализа временных рядов и цифровой фильтрации, моделирования эксперимента.

Проведено исследование и сделан выбор среди известных методов и алгоритмов, составляющих процесс экспериментальных исследований полупроводников.

4. Выбрана радиальная двухуровневая структура АСШ и базовый комплекс технических средств центральной ЭВМ и измерительных подсистем - АРМ физиков-экспериментаторов. Разработаны и созданы специализированные модули КАШК, предназначенные для автоматизации широкого класса экспериментов в области физики полупроводников.

5. Разработано и создано прикладное программное обеспечен ние АСНИ ШС:

- универсальная программа измерения физической характерно тики;

- система управления базой данных банка данных физических характеристик, обеспечивающая централизованное хранение данных эксперимента;

- система управления сеансами связи, обеспечиващая доступ к банку данных со стороны №.1 физиков-экспериментаторов;

- система полной математической обработки эксперимента, вкляиаыцая подсистему моделирования эксперимента;

- система визуализации и документирования результатов;

- инструментальные программные средства, обеспечивающие сопровождение этапа разработки и настройки функциональных элементов измерительных к управляющих каналов, а также этапа расширения системы полной математической обработки данных.

6. Разработаны типовые автоматизированные методики и схе-ш конкретных экспериментов. Созданы основные измерительные

подсистемы: АРМ нестационарной ёмкостной спектроскопии, АРМ электрических, фотоэлектрических и оптических измерений, АШ для исследования шумов и переходных процессов.

7. Разработано единое метрологическое обеспечение и нссяз-доваш комплексные метрологические характеристики эксгор®.*8н-тов.

а) Сравнительный анализ комплексных метрологических ха~ ра!стеристик четырёх различных схем экспериментов метода нестационарной ёмкостной спектроскопии показал, что наилучшей раз-решащей способностью по энергии и устойчивостью к аддитивному шуму эксперт,тта обладает метод регуляризации'Тихонова, используемый в сочетании с методами шаровой фильтрации.

б) Предложенные схемы экспериментов по измерению стационарных электрических, фотоэлектрических и оптических характеристик высокоокных полупроводников с удельным сопротивлением

=10^ ~ Ю12 Ом*см позволяет определять проводимость на постоянном токе с ошибкой 0,5-2% в условиях малой кратности светового сигнала 1С/1Т= 1,1-2,0, что даёт возможность исследовать сильнолегировашше аморфные полупроводники.

в) Применение метода регуляризации Тихонова позволяет повысить качество восстановления пространственного распределения парамагнитных центров по данным ЗПР-то.мографии благодаря устойчивости метода к аддитивному шуму эксперимента. Установлено, что качество восстановления ухудшается с усложнением спектра ЭПР.

8. Ноше физические результаты, полученные с использованием АСНИ ШС позволили сделать вывода,что

- использование мояекуляоннх ионов¿-В-Й в методе ионной

Ч- ТЛ+

кмплантацш: по сравнению с атомарными ионами В приводит к росту электропроводности плёнок пщрогешзированного аморфного кремния почти на порядок, что получило объяснение в рамках модели, учитывающей механизмы хтягческого встраивания примеси в исходный полупроводник;

- источники пума локализованы как в базовых областях двухбазовых магнитодяодов, так и з области р-п-перэхода.

9. АСНИ ШЛС внедрена в Институте физики высоких энергий АН КазССР, а отдельные измерительные подсистемы и программные средства - в ряде сторонних организаций.

Основана результаты диссертации. опубликованы в следущих работах:

1. Буыегик В.В., Кзрапатннцкий И.А., Кока А.П. и др. Автоматизация некоторых экспериментов по исследованию полупро-воднЕКов//Труды Ш Всесоюзной школы по AÏS!.-Горький. ИПФ АН СССР.- 1982.- С.234-239.

2. Кока А.П., Лобанов Е.В., Лян Б.Н. и др. Архитектура автоматизированной системы для измерения и анализа вольт-амперных характеристик фогодподов/Л'лг-ериалы ХУ2 Всесоюзной школь по АШ.-Алма-Ата. Изд. "Наука" КазССР,- 1934.- C.I3I-I35.

3. Доспзлова K.M., Кока А.П., Токарев Ю.Н. Канал обмена данными шаду SBI,! "Электроника-100/25" и "\iepa-60", реализованный с применением аппаратуры КАМАК//Двп.ВИНИТИ MIIO-I387.-1987,- 30 с.

4» Досшанова К,М., Кока А.П. Пакет прикладных программ для управления оомейом данными мэгду ЭВМ/ Регистрационный номер 50870001502 ГосФАД ВИНИТИ Центра.- 1987.

5. Досшанова , Кока А.П., Смирнов В.В. и др. Ар"и-тектура проблемно-ориентированного комплекса для исследования полупроводниковых приборов и структур//Извести АН КазССР.Сер. физ.-мат.-1937.~ £6.-С.66-71.

6. Досшанова K.M., Кока А.П., Тааимов 1Л.А. Организация распределённой обработки данных в экспериментальных исследованиях полупроводников/Л'лтэриалы 6-го Всесоюзного симпозиума по модульным ИБС.- Вильнюс.- 1987.- С.102-104.

7. Абдулгафзроз С.Е., Кока А.П», Наурзалин P.C. и др. Автоматизированный комплекс для исследования высокоомных полупроводников АКИШ-1//Препршх 87-06 ИФЗЭ АН КазССР.-Алма-Ата.-1937.- 25 с.

8. Досшанова K.M., Кока А.П., Абдуллин Х.А. и др. Автоматизированный ёмкостный спектрометр//Препринт 87-07 ИФЗЭ АН КазССР.-Алма-Ата, 1987.- 25 с.

S. Абдулгасраров С.Е., Кока А.П., Мукааев Б.Н. и др. Исследование физических свойств плёнок q-Si. : H , имплантированных В+ к Щ //Препринт 87-13 ИФВЭ АН КазССР.- Алма-Ата.-1937.- 16 с.

10. Абдулгафаров С.Е., Кока А.П., Мукатев Б.Н. и др. Исследований свойств плёнок a-St-.H . имплантированных В+ и

Е?2 //Физика и техника лолупроводлякоз. -1938. -выл. 7.-Т.22.-С. II7I-II76.

11. Кока А.П., Токарев D.H., Токарева H.A. Спепиализнро-ванный интерактивный графический лакэт//Тозисы докладов П Республиканской конференции "Проблем вычислительной математики и АНИ". Т.4.- Алма-Ата: Изд."Наука" КазССР.- ISS3.-C.63.

12. Кока A.n., Досшанова K.M. Программное обеспечение для обработки данных спектрометрических экснерпментов//Тезисн докладов 7 Всесоюзного семинара "Автоматизация исследований в ядерной физике и смежных областях".-Ташкент:Изд.ФАН УзССР.-1983л- C.I40-I4I.

13. Кока А.П., Талибаев Б,М. Пакет прикладных программ FOURIER //Тезисн докладов 7 Всесоюзного семинара "Автоматизация исследований в ядерной физике и смежных областях".-ТашкентШзд.МН УзССР.-19В8.-€.170-171.

14. Горелкннский Ю.В., Досшанова К.!.!., Kim A.A., Кока А.П., Ташимов М.А. Восстановление пространственных распределений парамагнитных центров со сложной структурой спектра ЗПР// Известия АЛ КазССР.Сер.шиз.~гдат,-1989.-МШ7).- С.22-27.

15. Абдулгафаров C.S., Кока А.П., Наурзалин P.C. и др. Автоматизированный комплекс для исследования высокоомиых полупроводников //Прибора л техника гхспэргменга.^ЭЗЭ.*- M.-.. С.215-217.

16. Досшанова K.M., Кска А.П., Ташимов ¡LA., Токарев Ю.Н. Программное обеспечение двухуровневого комплекса для исследования полуцроводников//Тезисн докладов 7Н Всесоюзного симпозиума "Модульные ИБС".-Новосибирск:ИЯФ СО АН CCCP.-I939.

17. Кока А.П., Талибаев Б.М. Комплекс программ Фурье// Регистрационный номер 50900000098 ГосФАН^ИНШ Центра.-1989.

18.Ташкмоэ М.А., Досшанова K.M., Кока А.П. и др. Автоматизированные проблемно-ориентированные системы и комплексы для сбора и обработки данных физических экспериментов//Тезисн докладов 17 Всесоюзной иколн по автоматизации исследований з ядерной физике и астрофизике.-Угл?ород.-1920.-С.30-31.

19. Досшанова K.M., Кока А.П., Ташшдов М.А. Инструментальные программные средства АСШ5//Тезисн докладов 17 Всесоюзной школы по автоматизации исследований в ядерной физике и астрсхрзике.-Уагород.-19Э0.-С. 98-99»