- •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
Традиційні методи контролю газових домішок в твердих тілах.
Природно, що існує ряд класичних інструментальних методів, які можна застосовувати для визначення змісту кисню в напівпровідниках. До них відносять масс-спектрометричні методи, аналізи радіоактивації і нейтронно-активаційної, метод "мічених атомів", метод вакуумного плавлення і інше.
На відміну від методу ІЧ-спектроскопії ці методи дають інформацію про повний зміст кисню, тобто не тільки оптично активного (розчиненого в гратці), але і диспергованого у вигляді оксидних з'єднань.
Проте невисока чутливість, складність і громіздкість апаратурного оформлення, руйнуючий характер цих методів не дозволяють зараховувати їх до засобів метрологічного забезпечення промислового виробництва напівпровідникових матеріалів.
Спеціальні електрофізичні методи визначення змісту кисню в напівпровідниках.
При виготовленні детекторів іонізуючих випромінювань на основі p-Ge або p-Si використовується метод створення компенсованої i-области шляхом введення донорної домішки Li, іони якого (L+) володіють аномально високою швидкістю дрейфу в електричному полі. Дрейфуючи через кристал, іони Lі+ вступають в реакцію з оптично активним киснем і нейтралізуються в комплекси LiO. Тому по глибині проникнення Li в кристал, а точніше по рухливості іонів L+ в електричному полі Е можна судити про концентрацію кисню
(3.26)
де - рухливість іонів літію, v - швидкість дрейфу іонів літію в електричному полі Е, d - глибина дрейфу, t - тривалість дрейфу.
Цей метод запропонований Пеллом в 1961 р. Метод непрямий, градуїровочні (калібрувальні) графіки будуються за результатами еталонних вимірювань яким-небудь незалежним методом (наприклад, ІЧ-спектрометрії). Він відрізняється від методу ІК-спектрометрії в позитивну сторону тим, що володіє більш високою чутливістю (до 11015 см-3). Проте цей метод застосовуеться до напівпровідників тільки р-типа провідності.
Розвитком методу Пелла є метод, заснований на вивченні кінетики випадання Li у вигляді комплексів LiO з твердого розчину. Метод полягає в тому, що шайба p-Ge або p-Si товщиною 3 мм покривається Li з обох боків шляхом напилення у вакуумі. Потім витримкою при 400Із створюється пересичений твердий розчин Li в гратах Ge або Si. Після цього зразки різко охолоджують і виміряють ПЕО чотиризондовим методом при кімнатній температурі через рівні інтервали часу протягом декількох діб (до 10). Будуючи залежність концентрації носіїв заряду від часу витримки, одержують кінетичні криві з точками перегину, що відповідають моменту випадання комплексів LiO. В зразках з підвищеним вмістом кисню процес випадання комплексів завершується за 1-3 доби, в безкисневих зразках він спостерігається після 5-7 діб. При відповідному калібруванні метод дозволяє проводити непрямі вимірювання концентрації кисню.
П.І.Баранській показав, що в деяких випадках досить точно концентрацію кисню можна визначити з чисто електрофізичних вимірювань. Оскільки Ge і Si є багатодолинними анізотропними кристалами, присутність кисню сприяє їх гомогенізації і зменшує величину коефіцієнта анізотропії Но (див. формулу 3.24). Запропоновано одночасно виміряти напругу парного ефекту Холу (U2x) і напругу магнітоопору (U1m) і обчислювати їх відношення
= (3. 27)
де b-ширина зразка, l-відстань між зондами.
Концентрація кисню визначається з різниці між теоретичними і експериментальними значеннями :
= теор - эксп = f(N кисню) (3. 28)