Устройство для измерения удельного сопротивления полупроводниковых материалов

Устройство для измерения удельного сопротивления полупроводниковых материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области измерения параметров полупроводниковых материалов и может быть использовано для контроля удельного сопротивления пластин и слитков полии монокристаллов кремния, арсенида галлия, теллурида кадмия и т.д. Цель изобретения - повышение точности, производительности измерений в широком интервале температур, расширение диапазона измеряемых удельных сопротивлений. Устройство содержит генератор 6 высокой частоты и высокочастотной вольтметр 7. Генератор 6 высокой частоты подключен к делителю напряжения, состоящему из соединенных последовательно образца полупроводникового материала и нагрузочного сопротивления R нг. Сигнал, пропорциональный удельному сопротивлению полупроводника, может сниматься как с нагрузочного сопротивления, так и с образца в зависимости от диапазона измеряемых удельных сопротивлений. При этом образец включается в измерительную цепь посредством емкостной связи, образованной пластинами, и планарного конденсатора, размещенного на измерительной плате 5, к которой образец прижимается стопорным штифтом 2. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУВЛИН. щ) G 01 N 27/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4396808/24-21 (22) 24.03.88 (46) 07. 08. 90. Г>юл, М 29 (71) Завод чистых металлов им.50-летия СССР (72) В.В.Богобоящий, В.А.Петряков, А.М.Раскевич, С.А.Дроздов и В.Ю.Рогулин (53) 621.317.799(088.8) (56) Приборы неразрушаюшего контроля материалов и иэделий. — М.: Машиностроение, 1976, с.131.

Методика измерений удельного сопротивления монокристаллов. Аттестат

У 156-86. — М.: Гиредмет, !986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ

МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к области измерения параметров полупроводниковых материалов и может быть использовано для контроля удельного сопротивления пластин и слитков поли- и монокристаллов .кремния, арсенида

„„SU„,158 4 А1

2 галлия, теллурида кадмия и т.д.1!ель изобретения — повышение точности, производительности измерений в широ.— ком интервале температур, расширение диапазона измеряемых удельных сопротивлений. Устройство содержит генератор 6 высокой частоты и высокочастотной вольтметр 7. Генератор 6 высокой частоты подключен к делителю напряжения, состоящему иэ соединенных последовательно образца полупроводникового материала и нагрузочного сопротивления Р„ . Сигнал, пропорциональ НГ ный удель н о му с о п р о ти вл ению п олуп роводника, может сниматься как с нагрузочного сопротивления, так и с образца в зависимости от диапазона измеряемых удельных сопротивлений. При этом образец включается в измерительную цепь посредством емкостной связи, образованной пластинами, и планарного конденсатора, размещенного На измерительной плате 5, к которой обра- рк зец прижимается стопорным штифтом 2.

1 з.п.Ф-лы, 6 ил. Об

1 58381 4

Изобретение относится к области метрики параметров полупроводниковых материалов и может быть использовано при контроле удельного сопротивления пластин и слитков кремния, арсенида галлия, теллурида кадмия и т.д., а также может использоваться для измерения радиального и продольного распределений удельного сопротивления по слиткам моно- и поликристаллов.

Цель изобретения — повышение точности и производительности измерений в широком температурном диапазоне, расширение диапазона измеряемых удел6-15 ных сопротивлений.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, на фиг. 2 упрощенная эквивалентная схема измерения высокоомных полупроводниковых 2(1 образцов на Фиг. 3 — измерительная плата с планарным конденсатором, на фиг. 4 — зависимость уровня высокочастотного сигнала от удельного сопротивления кремниевых образцов тол- 25 щиной 1 мм, на фиг. 5 — упрощенная схема устройства, предназначенного для измерения низкоомных образцов; на фиг. 6 — график зависимости уровня сигнала от удельного сопротивления 30 образцов кремния.

Устройство содержит полупроводниковый образец 1, стопорный штифт 2, предназначенный для прижима образца к планарному конденсатору, пенопласта.-g5 вую ванну 3 для жидкого азота, электроды планарного конденсатора 4, измерительную плату 5, образующие измерительную ячейку, генератор 6 высокой частоты, высокочастотный вольт- 40 метр 7. Выход генератора 6 высокой частоты соединен с последовательно включенными сопротивлением (Ro) полупроводникового образца и переходными контактными емкостями. 45

На фиг. 2 также обозначены сопротивление нагрузки (R „сопротивление (R „) .

Физическая сущность способа измерений, реализуемого устройством, заключается в следующем. При включении образца полупроводникового материала в высокочастотную цепь посредством емкостных контактов ток, текущий чеPPs IIoJI1tIIP0BoPHHK сосТоНТ Н3 ДВУХ 55 составляющих — тока проводимости, зависящего от концентрации и подвижности свободных носителей заряда, содержащихся в полупроводнике при данной температуре, и тока смещения, величина которого зависит от диэлектрической проницаемости Е, связанной со строением кристаллической решетки полупроводникового материала.

Дпя одного и того же полупроводника

Е const и независит от удельного сопротивления, поэтому изменение тока, протекающего по цепи: генератор— образец . — нагрузочное сопротивлениеземля, зависит только от тока проводимости или от сопротивления участка образца, включенного в измерительную цепь. Это сопротивление связано с удельным сопротивлением о соотношением R, = g- К, где К вЂ” коэффициент включения, который зависит от конфи-гурации электродов, измерительного зазора между ними и толщины образца.

Точный расчет коэффициента включения для планарного конденсатора является сложной задачей, поэтому для конкретных практических применений достаточно произвести градуировку по образцам с известными номиналами определенными независимым методом.

Примером конкретного применения устройства может служить устройство для измерения удельного сопротивления пластин кремния и теллурида кадмия (фиг ° 1 и фиг ° 2) ° Генератор 6 высокой частоты нагружен на делитель, состоящий из сопротивления образца (R ) и сопротивления нагрузки (R „), на котором измеряется сигнал, пропорциональный току, протекающему по цепи.

Площадь контактных площадок планарного конденсатора (фиг.3) и рабочая частота выбираются такими, чтобы можно было пренебречь контактным со" противлением емкостей С . Номинал сопротивления нагрузки выбирается из соображений перекрытия требуемого диапазона р . Сопротивление нагрузки генератора R „„ служит для согласования схемы с выходным сопротивлением генератора 6 высокой частоты. На фиг. 4 представлены градуировочные кривые, отражающие зависимость сигнала от удельного сопротивления пластин кремния толщиной 1 мм при разных сопротивлениях нагрузки на нескольких частотах. Снижение уровня сигнала при уменьшении частоты связано с заметным влиянием (увеличением) реактивного сопротивления контактных емкостей С . Это затрудняет измерение низкоомных образцов, 15838 а выход на насыщение при малых р увеличивает погрешность их измерения. Полочка при высоких у на высоких частотах обусловлена преобла5 данием тока смешения над током проводимости. В данной установке требуемый диапазон р = (5 10 -1!7) Ом см перекрывается на двух частотах 20 и 5 МГц при сопротивлении нагрузки

62 Ом. При этом инструментальная погрешность измерений равна 5,2%,, погрешность градуировки на f 20 МГц

1 8%., Hà f 5 МГц 7 3%. Диапазон измеряемых удельных сопротивлений 15 на частоте 20 МГц 3, 7 ° 1 0-4, 7 1 0 Ом см, на частоте 5 МГц 3,7 10 -4 104. Измерения проводятся при любой температуре от комнатной до жидкого азота.

Для этого измерительная плата поме- 20 щена в пенопластовый криостат. То, что измерения образцов теллурида кадмия проводятся на установке, про Ю градуированной кремниевыми образца ми, существенной роли не играет, 25 поскольку разница в диэлектрической проницаемости этих материалов невелика Е = 11 7 Як 10,9 °

Устройство работает следующим образом.

На генераторе 6 устанавливают рабочую частоту. Металлической пластиной замыкают электроды планарного конденсатора 4 и по высокочастотному вольтметру 7 выставляют калибровочное напряжение, равное ВВ 3 1О мВ. Устанавливают измеряемый образец на рабочую позицию и стопорным штифтом 2 поджимают его к электродам. Производят отсчет сигнала по шкале высокочастотного вольтметра 7 с учетом предела измерений. По градуировочному графику или таблицам определяют удельное сопротивление образца.

В случае измерения низкоамных образцов (фиг.5) сигнал снимается с самого образца °

На графике (фиг.б) представлена зависимость уровня сигнала от удель14 Ь ного сопротивления образцов кремния толщиной 1 мм при сопротивлении нагрузки 100 Ом и 1 КОм .на частоте

5 МГц, Игпользуя подобную схему измерений, диапазон у расширен в сторону низких удельных сопротивлений до 10 Ом сй,; причем подбор номинала Р < обеспечивает настройку участка с максимальной чувствительностью по у на нужный диапазон уровней сигналов. формулаизобретения

1. Устройство для измерения удельного сопротивления полупроводниковых материалов, содержашее r енератор высокойй частоты, высокочастотный вольтметр и измерительную ячейку с конденсатором, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и производительности измерений в широком интервале температур, расширения диапазона измеряемых удельных сопротивлений, конденсатор измерительной ячейки выполнен в виде планарного конденсатора, первая обкладка которого соединена с выходом генератора высокой частоты, а вторая обкладка соединена с первым выводом нагрузочного резистора и входом высокочастотного вольтметра, второй вывод нагрузочного резистора соединен с обшей шиной, причем исследуемый образец размещен в измерительной ячейке ком- . планарно с обкладками планарного КоН денсатора.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что нагрузочный резистор включен между выходом генератора высокои частоты и первой обкладкой планарного конденсатора измерительной ячейки, к которой подключен вход высокочастотного вольтметра, вторая обкладка планарного конденсатора измерительной ячейки соединена с общей шиной.

1583814

1583814

7

410 3КГ2 Ю 1

Фиг.б

Составитель В. Степанкин

Техред Л.Сердюкова Корректор Т.Малец;

Редактор В. Бугренкова

Заказ 2249 Типаж 514 Подписное

ВН 1ИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 и у»

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101