- •Частина 2.Фізичні основи метрології напівпровідників Методи вимірювання питомого електричного опору напівпровідникових матеріалів і структур
- •1.Питомий електричний опір як фундаментальна характеристика напівпровідника
- •1.1Методи визначення типу електропровідності напівпровідників
- •Загальна характеристика зондових методів вимірювання питомого електричного опору
- •1.2.Двозондовий метод
- •1.3.Чотиризондовий метод
- •1.5Метод опору розтікання
- •1.6.Однозондовий метод
- •1.7. Метод Ван-дер-Пау
- •1, 2, 3, 4 – Ножевидні контакти; 5 – досліджуваний зразок; d – товщина зразка.
- •1.8.Властивості і параметри омічних контактів до напівпровідників
- •1.9.Чинники, що визначають точність вимірювань питомого електричного опору зондовими методами
- •1.10.Неруйнуючі методи контролю питомого електричного опору н-п
- •1.11.Апаратура для вимірювання питомого електричного опору напівпровідників
- •2.Методи вимірювання часу життя, нерівноважних носіїв заряду
- •2.1.Час життя нерівноважних носіїв заряду як найважливіший
- •2.2.Стаціонарні методи вимірювання часу життя нерівноважних носіїв заряду
- •2.3.Фотоелектричний метод визначення довжини дифузії
- •2.4.Метод вимірювання дифузійної довжини по іч-поглощенію на вільних носіях заряду
- •2.5.Метод фотогальваномагнітного ефекту
- •2.6.Метод модуляції стаціонарної фотопровідності.
- •2.8.Нестаціонарні методи вимірювання часу життя нерівноважних
- •2.9.Метод модуляції провідності в точковому контакті.
- •2.11.Вимірювання часу життя в електронно-дірчастому переході
- •2.12.Апаратура для вимірювання часу життя нерівноважних носіїв заряду.
- •3.Методи визначення концентрації домішок в напівпровідниках
- •3.1. Загальні відомості про концентрацію домішок і методи її визначення
- •3.2. Визначення концентрації домішок з вимірювань електропровідності
- •3.3. Визначення концентрації і рухливості носіїв заряду з вимірювань ефекту Холу
- •3.4. Основні джерела погрішності при вимірюваннях ефекту Холу
- •3.5. Методи визначення ступеню компенсації домішок в напівпровідниках
- •Метод Буша-Вінклера.
- •Метод Адіровіча
- •Метод Лонга
- •Метод Самойловіча-Баранського
- •3.6. Методи визначення концентрації електрично пасивних домішок в напівпровідниках
- •Оптичний метод визначення концентрації кисню і вуглецю в кремнії і германії.
- •Традиційні методи контролю газових домішок в твердих тілах.
- •Спеціальні електрофізичні методи визначення змісту кисню в напівпровідниках.
- •4 Основи метрології неоднорідних провідників
- •4.1. Вимірювання питомого опору неоднорідних провідників
- •4.2.Вимірювання ефекту Холу в неоднорідних напівпровідниках.
- •4.3.Об'ємно-градієнтні ефекти в напівпровідниках
- •4.4.Критерії однорідності напівпровідникових матеріалів
- •5. Особливості метрології напівпровідникових плівок і структур
- •5.1. Загальна характеристика метрологічних проблем технології напівпровідникових плівок і структур
- •5.2. Вимірювання питомого електричного опору плівок зондовими методами
- •Чотиризондовий метод
- •Тризондовий метод
- •Пятизондовий метод
- •5.3. Вимірювання товщини епітаксіальних плівок
- •Метод фарбування шліфа (сколу)
- •Інтерференційний метод
- •5.4. Методи дослідження дефектів структури епітаксіальних плівок
- •Література
1.10.Неруйнуючі методи контролю питомого електричного опору н-п
У ряді випадків в метрології напівпровідників віддається перевага так званим безконтактним методам вимірювання ПЕО, що пов'язано з їх певними перевагами порівняно із зондовими:
Неруйнуючою і незабруднюючою дією на зразки, що виміряються.
Можливістю вимірювання зразків з високими перехідними опорами контактів (полікристали, спечені порошки, розплави, полікристаличні плівки і інше.).
Правда, треба відразу обмовитися, що ці методи програють зондовим в точності і особливо в розподільчій здатності.
Існують три основні групи безконтактних методів вимірювання ПЕО:
Мостові методи.
Методи, засновані на взаємодії напівпровідника з електромагнітним полем коливального контура (LC).
СВЧ-методи.
Мостові методи – засновані на тому, що в одне з плечей мостової схеми,що живиться змінним струмом високої частоти, яка містить змінні опір R і ємність С, вводять зразок ,що досліджується. Змінюючи значення R і С так, щоб плечі моста були урівноважені (через гальванометр тече "нульовий струм"), добиваються компенсації моста; при цьому, величина R буде рівна повному опору зразка.
При взаємодії напівпровідника з коливальним контуром LC змінюється добротність цього контура (Q).
(1.34)
За визначенням, добротність контура – це відношення його реактивного опору до активного.
Добротність контура виміряють за допомогою стандартних приладів – куметрів в області частот 30.50 Мгц.
Внесення зразка в контур викликає зміну його добротності Q за рахунок додаткових втрат. Ці втрати пропорційні ПЕО зразка, тобто Q = f (). Функцію f () будують на основі вимірювання зразків з відомим . Таким чином, погрішність безконтактних методів визначається, головним чином, точністю побудови градуїровочної кривої f ().
В цьому методі зв'язок між зразком і LC-контуром може здійснюватися або через ємність, або через індуктивність.
Найбільше розповсюдження отримав метод ємнісного зв'язку (конденсаторний метод). Він застосовний до достатньо високоомних зразків. Один з варіантів цього методу застосовується в промисловості для контролю полікристалічних злитків кремнію, отриманих водневим відновленням трихлорсиланом або тетрахлорсиланом. При цьому, злиток для запобігання забруднення може бути загорнений в поліетиленову плівку.
Недоліки методу: можливість використовування зразків тільки правильної геометричної форми і невисока розподільча здатність (сильне усереднювання).
В іншому варіанті досліджуваний зразок поміщається в катушку індуктивності (індуктивний зв'язок). Цей метод застосовний для порівняно низькоомних зразків ( 1 Омсм), головним чином, у вигляді порошку або розплаву, що поміщається в ампулу. Індуктивний метод не такий поширений як ємносний.
СВЧ-методи засновані на тому, що енергія СВЧ-коливань, що розповсюджуються по хвилеводу, потрапляючи на досліджуваний зразок, частково проходить через нього, частково поглинається і частково відображається (розсіюється). Різниця між потужністю падаючого і проходячого через зразок СВЧ-випромінювання виявляється пропорційною (точніше, залежної від ).
Робочий діапазон частот – до 109 Гц. Найточнішим є варіант методу резонатора, що дозволяє достатньо точно контролювати зниження добротності ( а вона для цих частот дуже велика і складає 103.104) від внесення зразка в резонатор.
Метод недостатньо точний, непрямий, тобто вимагає градуювання по спеціальних зразках, геометрія зразків обмежена розмірами порожнини резонатора.