- •Введение
- •1. Подготовка образцов к измерению
- •1.1. Методы создания образцов заданной геометрии
- •1.2. Контакты к образцам и требования к ним
- •1.3. Методы изготовления контактов
- •1.4. Проверка омических свойств контактов
- •2.2. Четырехзондовый метод измерения удельного сопротивления
- •2.2.1. Электрическая схема и методика измерения удельного сопротивления четырехзондовым методом
- •2.2.2. Поправочные коэффициенты четырехзондового метода измерения удельного сопротивления
- •2.2.3. Применение четырхзондового метода при измерении удельного сопротивления тонких слоев и тонких пластин
- •2.3. Двухзондовый метод измерения удельного сопротивления
- •2.4. Однозондовый метод измерения удельного сопротивления
- •2.5. Измерение удельного сопротивления пластин произвольной формы (метод Ван дер Пау)
- •2.6. Измерение удельного сопротивления эпитаксиальных пленок
- •2.7. Метод контроля удельного сопротивления измерением сопротивления растекания в точечном контакте
- •2.8. Бесконтактные методы измерения удельного сопротивления
- •2.8.1. Бесконтактные емкостные методы измерения удельного сопротивления
- •2.8.2. Бесконтактные индуктивные методы измерения удельного сопротивления
- •3. Гальваномагнитные методы измерения параметров полупроводников
- •3.1. Эффект Холла. Возможности исследования параметров полупроводников с помощью эффекта Холла
- •3.2. Побочные поперечные эффекты, сопутствующие эффекту Холла
- •3.3. Методы измерения эффекта Холла
- •3.3.1. Метод постоянного тока и постоянного магнитного поля
- •3.3.2. Одночастотные методы
- •3.3.3. Двухчастотные методы
- •6 ‑ Образец; 7 – амперметр
- •3.4. Образцы для измерения эффекта Холла
- •3.5. Измерение эффекта Холла методом Ван дер Пау
- •4. Оптические методы измерения параметров полупроводников
- •4.1. Типы оптического поглощения
- •4.2. Аппаратура для исследования оптических свойств полупроводников
- •4.2.1. Характеристики оптических приборов
- •4.2.2. Источники излучения
- •4.2.3. Приемники излучения
- •4.2.4. Особенности основных типов спектральных приборов
- •4.3. Общие сведения о молекулярных спектрах
- •4.4. Оптический метод определения концентрации примеси из спектров поглощения
- •4.5. Образцы для измерений и определение их коэффициента поглощения
- •5. Методы исследования электрофизических параметров эпитаксиальных пленок
- •5.1. Метод окрашивания шлифов
- •5.2. Интерференционный метод измерения толщины пленок
- •На сильнолегированной подложке
- •5.3. Эллипсометрия. Эллипсометрический метод измерения толщины пленок
- •Света от чистой поверхности полупроводника (а) и от полупроводника с эпитаксиальным слоем (б)
- •5.4. Определение толщины пленки по дефектам упаковки
- •6. Измерение параметров неравновесных носителей заряда
- •6.1. Параметры неравновесных носителей заряда
- •6.2. Методы измерения дрейфовой подвижности
- •6.3. Методы измерения времени жизни
- •6.3.1. Измерение времени жизни по фотоэлектромагнитному эффекту
- •6.3.2. Измерения времени жизни методом модуляции проводимости в точечном контакте
- •5 ‑ Осциллограф
- •7. Методы контроля структуры материалов твердотельной электроники
- •7.1. Методы электронной микроскопии
- •7.1.1. Растровая электронная микроскопия
- •В кремний от их энергии
- •7.1.2. Просвечивающая электронная микроскопия
- •7.2. Методы рентгеновской спектроскопии
- •7.2.1. Методы рентгеновской топографии
- •7.2.2. Рентгеновский микроанализ
- •7.3. Методы электронной и ионной спектроскопии
- •7.3.1. Электронная спектроскопия для химического анализа (эсха)
- •Электрона в веществе от его энергии
- •7.3.2. Электронная оже-спектроскопия
- •7.3.3. Вторичная ионная масс-спектроскопия (вимс)
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Оглавление
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
1.2. Контакты к образцам и требования к ним
При измерениях многих параметров полупроводника применяют различные контакты. Контакты металла с полупроводником можно было бы считать идеальными, если бы они не создавали никакого добавочного сопротивления для тока, не реагировали химически с исследуемым веществом и не меняли своих свойств при изменении условий освещения, температуры или величины приложенного электрического поля и не создавали эффектов выпрямления. Такие контакты обычно называют омическими. Известно, что в приконтактной области из-за обмена свободными носителями контактирующих веществ возникает ряд физических явлений. В зависимости от положения уровня Ферми и работы выхода контактирующих веществ могут возникать контактная разность потенциалов , запорные и антизапорные слои. В этом случае контакт при прохождении через него электрического тока будет иметь нелинейную вольтамперную характеристику. При измерении параметров полупроводниковых материалов необходимо, чтобы контакты были омическими.
При изготовлении омических контактов полупроводник – металл необходимо учитывать следующие факторы:
- тип проводимости полупроводника. Выбранный для контакта материал должен создавать в полупроводнике примесные центры, соответствующие данному типу проводимости полупроводника, то есть содержать донорную примесь при контакте с полупроводником n-типа и акцепторную при контакте с полупроводником p-типа; способ нанесения контакта должен обеспечивать некоторое проникновение атомов металла в полупроводник;
- работу выхода полупроводника и металла. Следует использовать металл с работой выхода меньшей, чем у полупроводника, если полупроводник n-типа , и металл с работой выхода большей, чем у полупроводника, если полупроводник p-типа ;
- механические и температурные свойства контактирующего металла. У металла должна быть хорошая теплопроводность, механическая прочность и согласованность с полупроводником по величине температурных коэффициентов расширения (чтобы не образовывались разрывы и трещины при изменениях температуры).
Для того чтобы контакты были омическими необходимо выполнение следующих требований:
1) контакт не должен выпрямлять, то есть его сопротивление не должно зависеть от направления протекающего тока;
2) должны отсутствовать нелинейные эффекты, то есть сопротивление контакта не должно зависеть от величины протекающего тока;
3) сопротивление контакта должно быть малым по сравнению с сопротивлением измеряемого полупроводника;
4) контакт должен быть механически прочным, надежным и стабильным во времени;
5) шумы контакта даже при больших токах, протекающих через контакт, должны быть малыми.
Таким образом, основными электрическими свойствами идеального омического контакта являются линейность вольтамперной характеристики, малые сопротивления контактов и отсутствие инжекции неосновных носителей.
Наиболее часто для омических контактов используют свинец, олово, их сплавы и золото. При использовании свинца или олова в них вводят в небольших количествах золото как примесь с большим эффективным сечением захвата. В качестве донорных и акцепторных примесей для контактных сплавов используют галлий, сурьму, индий, мышьяк и другие примеси.
Измерения, проведенные на омических контактах, нанесенных на германий и кремний, показали, что они обладают вольтамперными характеристиками совершенно линейными в пределах тока ± 1 А. Однако сопротивление образца с контактами оказывается больше, чем вычисленное сопротивление объема полупроводника. Эта разница в сопротивлениях обусловлена переходным сопротивлением контакта.
Поэтому вводится понятие сопротивление контакта единичной площади ρк, Ом/см2. Величина контактного сопротивления (ρк) независима от всех параметров, за исключением удельного сопротивления полупроводника.
Эмпирическая формула контактного сопротивления имеет вид
, (1.1)
где А = 14, b = 1 для германия n-типа; А = 3,3, b = 1,3 для кремния n-типа; ρ - удельное сопротивление полупроводника, Ом·см.
Более строгий расчет дает следующую формулу для вычисления контактного удельного сопротивления в случае германия и кремния n-типа:
(1.2)
где ρ – удельное сопротивление материала, Ом·см; μ – подвижность носителей тока, см2/(В·с); Т – абсолютная температура, К; d – толщина слоя, см; Ф – высота потенциального барьера, эВ.