5.2. Вимірювання питомого електричного опору плівок зондовими методами

Для вимірювання питомого електричного опору плівок використовується декілька варіантів зондових методів.

Метод опору розтікання (однозондовий метод)

Цей метод як експресний і неруйнуючий широко поширений в технології напівпровідників. Детально це метод розглядався нами в 1.6, і його застосування до епітаксіальним структур нічим принципово не відрізняється.

Чотиризондовий метод

Теорія чотиризондового методу розглядає декілька основних випадків, коли наявність межі напівпровідника з металом (сильнолегованим контактним шаром) або ізолятором (навколишнім середовищем) зобов'язала вводити у формулу для обчислень якусь поправочну функцію як співмножника, де l- міжзондова відстань, а d- відстань від лінії зондів до вказаної межі.

При контролі питомого електричного опору одношарових епітаксіальних структур лінія зондів може бути паралельна або непровідній межі (_2>>₁), або провідній межі (_2<<₁). В першому випадку у міру збільшення відношення d/l функція f зростає і при d/l5 стає рівною 1. В другому випадку поправочна функція у міру збільшення відношення d/l зменшується від нескінченності до постійного значення f=1 при відношенні d/l5.

У разі чотиризондових вимірювань значення питомого електричного опору плівки і підкладки зв'язані наступним співвідношенням (мал. 5.1 а):

(5.1)

Оскільки d2 завжди більше d1, то у разі високоомної підкладки (_2>>₁) або наявності p-n переходу, одержуємо:

_1=4,53U/I (5.2)

Чотиризондовий метод поширений майже також широко, як і метод опору розтікання, проте, як ми бачимо, він не може бути використаний для вимірювання високоомних плівок на низькоомних підкладках.

Метод стрічних зондів Схема методу показана на мал. 5.1.б. Струм пропускають між зондами 1 і 3, а падіння напруги U знімають із зондів 2 і 4, визначаючи якийсь ефективний опір R=U24/I13 =f(). В цьому варіанті метод може бути використаний для вимірювання порівняно високоомних шарів на низькоомних підкладках, оскільки шунтуюча дія підкладки виключається. Метод застосовний для структур n-n+- і p-p+ - типів. При цьому d1=5-15 мкм, d2=100-200 мкм ₁ коливається в межах 0,1-10,0 Омсм, а ₂ менше 0,01 Омдив. Величина R зв'язана через функцію Бесселя з  і добре протабульована за допомогою ЕОМ.

Тризондовий метод

Цей метод є модифікованим чотиризондовим методом (мал. 5.1.в). Якщо один із струмових і один з потенційних зондів видалити на "нескінченність" (де їх можна об'єднати в один зонд), то виявляється, що

формула розрахунку питомого електричного опору має той же вигляд, що і для чотиризондового методу.

(5.3)

Проте, більш точний розрахунок показує, що результат вимірювань залежить від градієнта питомого електричного опору в напрямі, перпендикулярному поверхні зразка:

(5.4)

Таким чином, кінцевий результат повинен залежати від відношення _1/₂, віддаленості периферійного зонда d2 і величини міжзондової відстані.

Якщо d2>>d1, l мало, а ₁ не дуже відрізняється від ₂ (n-n+- і p-p+-структура), метод дає добрі результати.