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Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung des elektrischen Widerstandes
eines Körpers aus einem extrem reinen Halbleitermaterial für elektronische Zwecke
Zusatz zur Patentanmellung S 60504 VIII c/21e (Auslegeschrift 1 082 67 Die Hauptpatentanmeldung
betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des elektrischen Widerstandes eines Körpers
aus extrem reinem Halbleitermaterial für elektronische Zwecke mit Hilfe der Hochfrequenz-Resonanzmethode,
bei der die bei Resonanz eines Schwingkreises bestehenden Strom- bzw. Spannungsverhältnisse
als Maß für den Widerstand dienen, unter kapazitiver Ankopplung des- Körpers an
mindestens zwei Stellen an den Schwingkreis. Der Schwingkreis wird mit einer nur
wenig unter seiner Resonanzfrequenz liegenden Frequenz erregt und durch Veränderung
der Ankopplungskapazität zur Resonanz gebracht.
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Die Erfindung betrifft eine Ergänzung und Verbesserung dieses Verfahrens.
Erfindungsgemäß wird die Anlopplungskapazität des Körpers stetig periodisch verändert
und die Spannung an einem über ein praktisch rückstromfreies Ventil mit den beiden
Polen des Schwingkreises verbundenen Kondensator gemessen. Zur Durchführung des
Verfahrens kann eine Einrichtung verwendet werden, die zur kapazitiven Ankopplung
von stabförmigen Körpern gabelförmige, in definiertem Abstand voneinander in der
Längsachse des Stabes angeordnete Anschlußstücke besitzt, wobei eine mechanische
Antriebsvorrichtung vorgesehen ist, durch die der Abstand mindestens eines dieser
Anschlußstücke indem Stab stetig periodisch verändert werden kann. Zweckmäßig ist
ein Kondensator unter Zwischenschaltung einer Röhrendiode an beide Pole des Schwingkreises
angeschlossen und ein Röhrenvoltmeter an beide Pole des Kondensators.
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Das Verfahren nach der Hauptpatentanmeldung stellt eine Verbesserung
der bekannten Resonanzmethode dar, bei der aus der Dämpfung, die ein an einem Schwingkreis
angeschlossener Widerstand in dem Schwingkreis bei Resonanz hervorruft, auf die
Größe dieses Widerstandes geschlossen wird. Halbleitermaterial fällt für gewöhnlich
in Körpern von unregelmäßigen Oberflächenformen an. Es ist gegen Verunreinigungen
sehr empfindlich. Nach der Hauptpatentanmeldung wird deshalb ein Schwingkreis nur
wenig unter seiner Resonanzfrequenz erregt und durch Veränderung der Ankopplungskapazität
des kapazitiv angekoppelten Halbleiterkörpers zur Resonanz gebracht. Unregelmäßigkeiten
der Oberfläche können sich auf diese Weise nicht auf das Meßergebnis auswirken.
Dieses stellt allein ein Maß für die durch den Widerstand des Halbleiterkörpers
hervorgerufene Dämpfung dar. Eine Verunreinigung des Halbleitermaterials tritt nicht
auf, da die kapazitive Ankopplung metallische Kontaktierungen überflüssig macht.
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Die praktische Durchführung des Verfahrens sieht so aus, daß die
Ankopplungskapazität von Hand verändert wird, beispielsweise indem der Abstand eines
Anschluß
stückes von dem Halbleiterkörper verändert wird, und daß dabei die Änderung des
Ausschlages eines Meßgerätes, beispielsweise eines an beide Pole des Schwingkreises
angeschlossenen Spannungsmeßgerätes, beobachtet wird. Bei einer bestimmten Einstellung
der Ankopplungskapazität tritt Resonanz ein, und der Meßgerätausschlag zeigt ein
Maximum.
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Dieses Maximum wird durch Probieren festgestellt.
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Aus der Höhe dieses Maximums läßt sich dann die Dämpfung und damit
der Widerstand entnehmen.
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Zweckmäßigerweise werden empirisch Eichkurven aufgestellt, die für
einen bestimmten Durchmesser des meist stabförmig anfallenden Halbleitermaterials
bei definierten Abmessungen der verwendeten Apparatur den Zusammenhang zwischen
der Höher des Meßgerätausschlages bei Resonanz und dem spezifischen Widerstand e
des Halbleitermaterials angeben. Eine derartige Eichkurve zeigt beispielsweise Fig.
3.
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Trotz der Erleichterung durch diese empirisch ermittelten Eichkurven
ist das Verfahren nach der Hauptpatentanmeldung doch noch in einem Punkt recht umständlich,
nämlich in dem der Abstimmung auf Resonanz mit Hilfe der Ankopplungskapazität.
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Hier bringt das erfindungsgemäße Verfahren einen Fortschritt, indem
nämlich keine Abstimmung mehr nötig ist, sondern statt dessen die Ankopplungskapazität
des Körpers stetig periodisch verändert wird.
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Der mit beiden Polen des Schwingkreises verbundene Kondensator wird
dabei über das praktisch rückstromfreieVentil mit der höchsten vorkommenden Spannung,
d. h. also mit der im Resonanzfall sich einstellenden Spannung, aufgeladen. Ein
an den Kondensator angeschlossenes Spannungsmeßgerät zeigt unmittelbar die Resonanzspannung
an. Zweckmäßigerweise wird als rückstromfreies Ventil eine Röhrendiode verwendet.
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Es erscheint zweckmäßig, die Spannungsmessung praktisch leistungslos
durchzuführen, beispielsweise mit Hilfe eines Röhrenvoltmeters.
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In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, aus dem
weitere Einzelheiten der Erfindung hervorgehen.
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Fig. 1 zeigt schematisch eine Einrichtung zur Anwendung des Verfahrens
auf stabförmiges Halbleitermaterial; Fig. 2 zeigt eine Resonanzkurve und Fig. 3
eine Eichkurve.
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Die Fig. 1 enthält einen Schwingkreis, der aus einem Kondensator
2 und einer Spule 3 besteht. Uber eine induktiv angekoppelte Spule 4 wird dieser
Schwingkreis mit einer nur wenig unter seiner Resonanzfrequenz liegenden Frequenz
fo erregt. Diese Spule4 wird an den Klemmen 5 von einem Hochfrequenzgenerator gespeist.
Statt dessen kann auch der Schwingkreis 2, 3 direkt im Anodenkreis einer gitterseitig
mit fo erregten Pentode liegen. Der Schwingkreis-ist mit einem Pol 6 geerdet. An
diesem Pol sind zwei gabelförmige Anschlußstücke 7 galvanisch angeschlossen. Diese
beiden Anschlußstücke sind in definierter Lage zueinander festgelegt. Ein drittes,
ähnlich geformtes Anschlußstück 8 ist mit dem anderen Pol 9 des Schwingkreises galvanisch
verbunden. Dieses Anschluß stück 8 ist zwischen den beiden Anschlußstücken 7 in
definiertem Abstand von diesen gelagert, und zwar so, daß es einen Freiheitsgrad
hat, indem nämlich sein Abstand von einem in die beiden äußeren Anschlußstücke 7
eingelegten stabförmigen Halbleiterkörper 10 veränderlich ist. Mit Hilfe eines Motors
11 kann über einen Kurbeltrieb 12 der Abstand von dem Stab stetig periodisch verändert
werden. Selbstverständlich kann diese Bewegung auch durch andere Mittel ausgeführt
werden.
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Der gleiche Effekt ist auch erzielbar, wenn zwischen dem Anschlußstück
8 und dem Pol 9 in Serie zu dem nun starren, beispielsweise im gleichen Abstand
vom Stab wie die Gabeln 7 befindlichen gabelförmigen Anschlußstück 8 ein Drehkondensator
eingeschaltet wird, den ein kleiner Hilfsmotor ständig durchdreht.
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Ein Kondensator 13 ist an beide Pole des Schwingkreises 2, 3 angeschlossen.
Dieser Kondensator kann sich über ein Ventil 14, das in der einen Anschlußleitung
liegt, mit der Schwingkreisspannung aufladen.
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Mit Hilfe eines Meßgerätes 15 wird die Kondensatorspannung gemessen.
Es empfiehlt sich, hierfür ein praktisch leistungsloses Meßgerät, also beispielsweise
ein Röhrenvoltmeter, vorzusehen.
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Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist nun folgende: Der Schwingkreis
2, 3 wird mit einer nur wenig unter seiner Resonanzfrequenz liegenden Frequenz fo
erregt. Durch Veränderung des Abstandes des Anschlußstückes 8 von dem Stab 10 wird
die dem Schwingkreis parallelgeschaltete, aus den Anschlußstücken und dem Stab bestehende
Kapazität ebenfalls
verändert. Dabei tritt bei einer bestimmten Größe dieser Kapazität
in dem Schwingkreis 2, 3 Resonanz auf, und die Schwingkreisspannung zeigt ein Maximum.
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In Fig. 2 ist die Schwin,okreisspannung U in Abhängigkeit von dem
Weg x des Anschlußstückes 8 dargestellt. Die -Höhe des Maximums hängt von der Dämpfung
des Schwingkreises ab, d. h. bei sonst konstanten Daten von dem Widerstand des Halbleiterkörpers
10.
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In Fig. 3 ist eine empirisch leicht zu ermittelnde Eichkurve dargestellt.
Sie zeigt den Ausschlag A des Meßinstrumentes 15 in Abhängigkeit von dem spezifischen
Widerstand e des Halbleitermaterials bei definierten Abmessungen des Halbleiterkörpers,
d. h. in dem dargestellten Beispiel bei konstantem Durchmesser d des Halbleiterstabes.
Dieser Meßgerätausschlag A zeigt die Höhe der Spannung des Kondensators 13, d. h.
also der maximal auftretenden Schwingkreisspannung, an. Man kann also leicht aus
der Meßgerätanzeige den spezifischen Widerstand bestimmen, indem man in der Eichkurve
den zugehörigen Wert aufsucht. Das von dem mit der Arbeit Beauftragten durchzuführende
Verfahren erschöpft sich also in dem Einlegen des Halbleiterkörpers in die Anschlußstücke
7, anschließendem Ablesen des Meßgerätausschlages und Aufsuchen des zugehörigen
Widerstandswertes in der Eichkurve. Das mit viel Zeitaufwand verbundene Einstellen
des Resonanzpunktes durch Probieren entfällt.
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PLTENTANSPROCHE: 1. Verfahren zur Bestimmung des elektrischen Widerstandes
eines Körpers aus extrem reinem Halbleitermaterial für elektronische Zwecke mit
Hilfe der Hochfrequenz-Resonanzmethode, bei der die bei Resonanz eines Schwingkreises
bestehenden Strom- bzw. Spannungsverhältnisse als Maß für den Widerstand dienen,
unter kapazitiver Ankopplung des Körpers an mindestens zwei Stellen an den Schwingkreis,
bei dem der Schwingkreis mit einer nur wenig unter seiner Resonanzfrequenz liegenden
Frequenz erregt und durch Veränderung der Ankoppiungskapazität des Körpers zur Resonanz
gebracht wird, nach Patentanmeldung S 60504 VIII c/21 e, dadurch gekennzeitchnet,
daß die Ankopplungskapazität des Körpers stetig periodisch verändert und die Spannung
an einem über ein praktisch rückstromfreies Ventil mit den beiden Polen des Schwingkreises
verbundenen Kondensator gemessen wird.