4. Основні положення метрології напівпровідників

4.1. Загальна характеристика метрології напівпровідників

Збільшення об'ємів випуску і розширення номенклатури виробів електронної техніки викликає підвищені вимоги до точності, відтворюваності і продуктивності використовування в технології операцій вимірювань, контролю і випробувань (визначення, аналіз, порівняння, зіставлення і ін.), різноманіття яких обумовлено складністю виробничих процесів. Основу виробів напівпровідникової електроніки складають напівпровідникові матеріали і структури. Основні напівпровідникові матеріали - кремній, арсенід галію, фосфід індію, потрійні і четверні тверді розчини з'єднань типу АIIIBV, германій і ін. Спеціальна область метрологія, що займається питаннями забезпечення єдності вимірювань і одноманітності засобів вимірювання стосовно напівпровідникових кристалів і структур в умовах їх масового виробництва, називається метрологією напівпровідників. При цьому слід мати на увазі, що метрологія напівпровідників не охоплює всі без виключення контрольно-вимірювальні операції, властиві технології отримання напівпровідникових монокристалів, структур, дискретних приладів і інтегральних мікросхем. Вона має справу лише з тими вимірюваннями, які відображають характер електронних процесів в твердому тілі і результати яких можуть бути використані для встановлення зв'язку між технологічними чинниками і фізичними параметрами твердотільного неподільного елемента -чипа на будь-якій стадії його виготовлення.

Найважливішою задачею метрології напівпровідників є також виявлення впливу фізичних властивостей матеріалів, що використовуються, на показники якості і технологічності у виробництві відповідних типів напівпровідникових приладів і мікросхем.

Метрологія напівпровідників - найважливіша автономна область науки і техніки, що знаходиться на стику проблем фізичного матеріалознавство, напівпровідникової металургії і напівпровідникового приладобудування. Вітчизняна метрологія напівпровідників сформувалася на основі праць відомих фахівців в області фізики напівпровідників і напівпровідників: Ю.К. Пожели, М.І. Ігліцина, П.І. Ігліцина, П.І. Баранського, Ю.А. Кінцевого, В.І. Фістуля, К.Д. Глинчук і інших.

Автономність метрології напівпровідників пояснюється деякими властивими тільки їй специфічними особливостями:

1. Перш за все, метрологія напівпровідників глибоко фізична по своїй суті. Фахівець по метрології напівпровідників повинен знати фізику твердого тіла, квантову механіку, електродинаміку, електро і радіотехніку, схемотехніку. Він повинен також володіти методикою розрахунку на ЕОМ і математичними методами обробки в інтерпретації результатів вимірювань.

2. Метрологія напівпровідників вивчає закономірності масових вимірювань, понад усе властивих виробничим процесам. Тому вона надає найреальніші шляхи для комплексного управління якістю продукції.

3. Метрологія напівпровідників має свою вельми складну (часом складніше, ніж сама технологія) апаратурну основу, тобто засоби вимірювань, які самі по собі є найвищими досягнення сучасної техніки.

4. Особливого значення набувають питання методології оцінки погрішностей і проведенню метрологічної експертизи, оскільки напівпровідники є класом речовин, особливо чутливих до дії зовнішніх чинників (температурі, тиску, вогкості, освітленості, механічним напругам і ін.).

Воістину "принцеса на горошині"!

Практична метрологія напівпровідників вивчає:

1. Систему фізичних критеріїв оцінки якості напівпровідникових матеріалів і структур.

2. Фізико-хімічні методи аналізу мікродомішок в напівпровідниках.

3. Методи і апаратуру вимірювання питомого електричного опору напівпровідникових матеріалів і структур.

4. Методи визначення: концентрації домішок в напівпровідниках; параметрів нерівноважних носіїв заряду.

5. Методи і апаратура контролю ступеня структурної досконалості напівпровідників.

6. Методи і апаратуру для виробничого контролю епітаксіальних шарів і напівпровідникових структур.

7. Фізичні методи контролю технології виробництва напівпровідникових приладів і мікросхем.

В центрі уваги фахівців, що працюють в області метрології напівпровідників, знаходяться такі їх найважливіші характеристики, як питомий електричний опір і середній час життя нерівноважних носіїв заряду, яким в подальшому приділена основна увага.

Головна задача практичної метрології напівпровідників полягає в забезпеченні керованості на основі дієвого параметричного і технологічного контролю процесів вирощування (отримання) початкових напівпровідникових кристалів і структур з метою досягнення максимального наближення до оптимальних (граничних або теоретично очікуваних) значень показників якості і технологічності і умов функціонування відповідних дискретних приладів і мікросхем.