- •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
2.9.Метод модуляції провідності в точковому контакті.
У вітчизняній напівпровідниковій промисловості широке розповсюдження набув метод модуляції провідності в точковому контакті, запропонований Шпітцером і реалізований Ігліциним і Концевим. Основна особливість і переваги методу – можливість вимірювання на цілісних злитках.
Сутність і схему методу представлено на рис. 2.4. До поверхні злитка (як правило, торцевої) притискують голчатий контакт, призначений для введення нерівноважних носіїв заряду. Як і завжди в таких випадках, протилежний тильний контакт є притискним, а, отже, має велику площу і малий перехідний опір (умова лінійності). Через емітерний контакт в прямому напрямі за допомогою спеціального генератора подають два послідовні П–образных імпульси струму. Для цієї мети застосовують генератор здвоєних імпульсів типу ГИС, який дозволяє широко варіювати їх параметри (амплітуду, частоту, тривалість, скважність і ін.). Часовий інтервал між переднім фронтом другого імпульсу і заднім фронтом першого імпульсу називають часом затримки (t). Час затримки може змінюватися в межах від 0,1 до 2103 мкс. Емітерний контакт перед вимірюванням з метою його стабілізації і поліпшення інжекційних якостей піддається спеціальному струмовому формуванню. Генератор струму забезпечує одноманітність проходження імпульсів для зразків різного опору і конфігурації.
Під час вступу першого імпульсу в зразок його форма спотворюється зважаючи на рекомбінаційні процеси, і передній фронт є експоненціальною кривою. Якщо t > , то другий імпульс досягне зразка після завершення рекомбінації носіїв, введених першим імпульсом, тобто обидва імпульси виявляються незалежними і невзаємозв'язаними.
Якщо ж t < (що є основною умовою застосовності даного методу), амплітуди першого (U1) і другого (U2) імпульсів будуть різні і, як показує теорія
U1-U2 = B exp (-t/ ) (2.11)
де В – деяка константа.
Для зручності вимірювань нижня частина сигналу зрізається за допомогою обмежувача імпульсів, потім посилюється і подається на відхилюючі пластини осцилографа, шкала якого заздалегідь проградуйована шляхом вимірювання на стандартних зразках яким-небудь незалежним методом.
Основним недоліком методу модуляції провідності в точковому контакті є залежність зміряного значення від рівня інжекції.
В той же час, цей метод володіє очевидними перевагами :
є неруйнуючим і придатним для зразків довільної форми;
результат вимірювань практично не залежить від обробки поверхні;
центри прилипання (захоплення) майже не впливають на ефективний час життя.
Точність вимірювань цим методом оцінюється в 20 – 30 %, якої цілком достатньо для розбраковування монолітних злитків.
Метод використовують в технології германію і кремнію для діапазону значень ПЕО 0,1 100 Омдив. Межі вимірювань при цьому складають 1-500 мкс, тобто для вимірювання малих часів життя цей метод непридатний.
2.10.
Оскільки після припинення дії інжектуючого імпульсу надмірні носії заряду миттєво не зникають, то між цим імпульсом і вимірювальним сигналом (між світлом і фотовідповіддю) виникає певний фазовий зсув. Кут цього зсуву () тим більше, чим більше эфф, тобто його величина, зрештою, залежить від від S.
В більшості варіантів фазового методу використовується освітлення напівпровідника синусоїдально модульованим фотоактивним світлом. Виявляється, що в цьому випадку тимчасова залежність відносної зміни електропровідності може бути виражений формулою:
(2.12)
де – частота модуляції, а tg = .
Для модуляції світла по інтенсивності використовується секторіально перфорований диск, що обертається. Кут фазового зсуву вимірюється фазовокомпенсаційним методом за допомогою фазообертувача , а з визначається .
Метод дозволяє виміряти при малих рівнях інжекції, що наближає його до характеристичних значень. Застосовується для порівняно високоомних матеріалів ( 0,1 Омсм) з помірними значеннями часу життя (до 0,1 мкс).
В спеціальних варіантах фазовий метод може бути використаний для вимірювання дуже малих часів життя (до 10-9с).