Устройство для измерения удельного сопротивления полупроводниковых материалов

Устройство для измерения удельного сопротивления полупроводниковых материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: при измерении параметров полупроводниковых материалов для контроля удельного сопротивления пластин и слитков полии монокристаллов кремния, арсенида галлия и т.д. Сущность изобретения: устройство состоит из двух генераторов 9,10 высокой частоты, двух высокочастотных вольтметров 12,13, сопротивления 7, конденсатора 11 и измерительной ячейки, состоящей из образца 1, конденсатора с двумя пленарными электродами 4,5 и стопорного штифта 2, которая размещена в пенопластовой ванне 3 с жидким азотом, два генератора попеременно через ключ 8 подключены к входу второго высокочастотного вольтметра, первому электроду планарного конденсатора и через сопротивление соединены с общей шиной, второй электрод планарного конденсатора соединен с входом первого высокочастотного вольтметра и через нагрузочный конденсатор с общей шиной. Устройство позволяет уменьшить влияние реактивного сопротивления контактных емкостей, что повышает to4HOCTb измерения. 3 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4953097/21 (22) 12,05.91 (46) 23.05.93. Бюл, bR t9 (71) Научно-исследовательский институтфотозлектроники (72) Т.Б, Рзаев (56) Авторское свидетельство СССР

М 1583814, кл. G 01 R 27/00, 1990, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ . (57) Использование: при измерении параметров полупроводниковых материалов для контроля удельного сопротивления пла\ стин и слитков поли- и монокристаллов кремния, арсенида галлия и т,д. Сущность изобретения; устройство состоит из двух генераторов 9,10 высокой частоты, двух вы„„. Ы„„1817010 А1 (s>)s G 01 N 27/00, G 01 R 27/00 сокочастотных вольтметров 12,13, сопротивления 7, конденсатора 11 и измерительной ячейки, состоящей из образца I, конденсатора с двумя планарными электродами 4,5 и стопорного штифта 2, которая размещена в пенопластовой ванне 3 с жидким азотом, два генератора попеременно через ключ 8 подкл:очены к входу второго высокочастотного вольтметра, первому электроду планарного конденсатора и через сопротивление соединены с общей шиной, второй электрод планарного конденсатора соединен с входом первого высокочастотного вольтметра и через нагрузочный конденсатор с общей шиной. Устройство позволяет уменьшить влияние реактивного сопротивления контактных емкостей, что повышает

Фочность измерения. 3 ил.

1817010

Яо С 1(Й-Я

1 и — 031 (5) Сн (6) Cî

4

"эг "э1 03 -9 (7) Изобретение касается измерения параметров полупроводниковых материалов и может быть использовано для контроля удельного сопротивления пластин и слитков поли- и монокристаллов кремния, арсенида галлия, теллурида кадмия и т.д.

Целью изобретения является повышение точности путем уменьшения влияния реактивного сопротивления контактных емкостей, 10

На фиг,1 приведена структурная схема устройства; на фиг,2 — упрощенная эквивалентная схема измерения полупроводниковых образцов; на фиг.3 — измерительная плата с планарным конденсатором, 15, Устройство содержит полупроводниковый образец 1, стопорный штифт 2, предназначенный для прижима образца к планарному конденсатору, пенопластовую ванну 3 для жидкого азота, электроды 4 и 5 20 планарного конденсатора, измерительную плату 6, образующие измерительную ячейку, сопротивление 7 нагрузки для согласования схемы с выходным сопротивлением генератора высокой частоты, ключ 8, два 25 генератора 9 и 10 высокой частоты с частотами со1 и аг выходных сигналов соответст. венно, конденсатор 11 нагрузки и два высокочастотных вольтметра 12 и 13.

На фиг.2 также обозначены контактные 30„ емкости С«,г первого и второго электродов планарного конденсатора, сопротивление, Во образца и емкость С, нагрузочного конденсатора.

На фиг.3 представлена измерительная 35 плата б с контактными электродами 4 и Б планарного конденсатора.

Сущность способа измерений, реализуемого устройством, заключается в следующем, 40

При включении первого генератора 9 с . частотой выходного сигнала е1 в измерительную цепь вольтметрами 12 и 13 измеряютсЯ амплитУДы напРЯжений Чо1 на вхоДе измерительной цепи (фиг.2) и Ч1 на выходе 45 соответственно. Затем при подключении второго генератора 10 измеряются амплитуды напряжений Чог и Чгна частоте вг и вычисляется сопротивление Во образца. Для конкретных практических целей проводится 50 . градуировка по образцам с известными номиналами удельных сопротивлений рэ (Re— сопротивление образца с известным номиналом). По аналогичной методике измеряются:амплитуды напряжений Чоэ1 и Vs1, Чоэг и Чэг эталонного образца с известным номиналом р, определяется сопротивление R3, а затем вычисляется удельное сопротивление исследуемого образца

- — =х

Ro г г

ký.2 k»

Комплексное напряжение в измерительной цепи (фиг.2)

1.

Ut, Ue x+ О„,„)ш сх (R ).

) соСо где 0 о и U вы)(— комплексные напряжения на входе и выходе измерительной цепи;

Со — суммарная емкость, С = Ск/2.

Отношение напряжений ч (1 + — ) + ) и С,R„(2) . U вых

Модули комплексных напряжений есть измеряемые амплитуды напряжений, Тогда кваДрат модуля (2) будет

Чг ,* = (1+ " ) +аРС„ ВЕ (З) где Чо и V»)(— амплитуды напряжений на входе и выходе измерительной цепи.

При измерениях на двух частотах со1 и аг входных сигналах получаем систему из двух уравнений с двумя неизвестными Йо и Со г () + ) +в С! Н! 6 (4)

1+ Ь 1 +4сгв2-=й

Со l где k> = и kz = — отношения ампЧо1 Vo2

Ч1 Чг литуд напряжений на двух частотах со1 и аг входных сигналов соответственно.

Решение (4):

Ф ОЯ

Аналогичным образом по результатам наблюдений получаем сопротивление R> эталонного образца

1817010 (13) Кэг Л "э2 "э1 Л Кэ!

10 кэг кэ1

2 2

Rs 1 (8) где у (Ro/йэ)— относител ьная из (13) получим

Ьа! = Лаг =Ла

r(Rо) = + (12) 1 оэ1 Чоэг

ГДЕ Кэ1 = И Кэг = + ОТНОШЕНИЯ э1 эг амплитуд напряжений при измерении на эталонном образце на двух частотах N1 и аг входных сигналов.

Отношение (5) к (7) позволяет определить удельное сопротивление образца по эталонному образцу с известным номиналом р .

Та ким образом, и редл агаемое устройство позволяет полностью исключить влияние контактных емкостей на результат измерения удельной проводимости образца, Измерения проводятся при любой температуре от комнатной до жидкого азота, для чего измерительная плата помещается в пенопластовый криостат.

Соотношение частот а1 и аг выходных сигналов генераторов определяется издифференциала (5):

BRo дйо !

Продифференцировав (5), получим у(в ) а1 ла! а2 ла2 (10) оЯ вЂ” о3

4Ro где у(йо) — относительная погрешRo ность сопротивления из-за нестабильности частот;

Аа1 и Лаг — девиация частот а! и аг входных сигналов.

Полагая, что Ла! и Лаг малы и одного порядка, допускаем что они равны

Подставив (11) в (10), получим

Погрешность у(йо) будет минимальN на при равенстве частот N1 = и, что не имеет смысла. Поэтому выбирается соотношение частот для удобств вычисления

N1: N2= 4;5.

При этом значение погрешности близко к минимальному значению.

Погрешность результата измерения (8) из-за нестабильности отношения напряжений k определяется также его дифференциалом

k2 Aк2 k! - к1 у о ak

15 погрешность результата измерения:

Л k1, Ak2 и Л1э1,ЛЬ2 — абсолютные погрешности отношений амплитуд напряжений при наблюдении исследуемого и эталонного образцов на двух частотах а! и аг входных сигналов соответственно..

Допуская, что девиация отношений амплитуд напряжений малы и примерно равны

25 <1 >

Из(15) следует, что погрешность результата измерения значительно меньше, чем погрешность одиночного измерения на од35 ной частоте.

Формула изобретения

Устройство для измерения удельного сопротивления полупроводниковых матери40 алов, содержащее генератор высокой частоты, первый высокочастотный вольтметр, сопротивление и измерительную ячейку, содержащую стопорный штифт для прижима образца к планарному конденсатору, изме45 рительную плату и пенопластовую ванну для жидкого азота, первый электрод планарного конденсатора соединен с первым .выводом резистора, второй вывод которого соединен с общей шиной, второй электрод

50 планарного конденсатора соединен с первым высокочастотным вольтметром, о т л ич а ю щ е е с я тем, что. с целью повышения точности путем исключения влияния реактивного сопротивления контактных емко55 стей, в него введены вторые генератор высокой частоты и высокочастотный вольтметр, ключ, нагрузочный конденсатор, переключающий контакт ключа соединен с вторым высокочастотным вольтметром и с первым выводом нагрузочного резистора, 1817010

Ф

ПО п2

c„„

К Уиьтиетру

Составитель Т. Рэаев

Техред М.Моргентал

Корректор О. Густи

Редактор Т. Шагова

Заказ 1719 Тираж Подписное .ВНИИПИ Государственного ко,:литета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 другие выводы ключа соединены каждый с соответствующим генератором высокой частоты, второй вывод высокочастотного вольтметра соединен с измерительной плаК Июарашору той, общей шиной и первой обкладкой нагрузочного конденсатора, вторая обкладка которого соединена с вторым электродом планарного конденсатора.