CN100340863C - 半导体外延片性能自动测试装置及其测试方法 - Google Patents

半导体外延片性能自动测试装置及其测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种半导体外延片性能自动测试装置，在于由计算机、控制电路、外延片、测磁探头、测量电路、控温箱、电磁铁、恒流电源、电流倒向电路共同连接构成，本发明还涉及所述装置用于半导体外延片性能自动测试方法。本发明的外延片在恒温盒内可以变温，实现在不同温度下进行测量；利用计算机自动控制电磁铁的电源连续变化；计算机自动测量磁场数值，自动测量外延片的霍尔参数；其测量准确、快速。

Description

半导体外延片性能自动测试装置及其测试方法
                         技术领域
本发明涉及电子、半导体技术及测试技术领域。具体是一种半导体外延片性能自动测试装置。
本发明还涉及所述装置用于半导体外延片性能自动测试的方法。
                         背景技术
利用霍尔效应原理可以测量半导体外延片的许多性能，可以反映半导体材料的导电类型、电阻率、薄膜电阻、表面载流子浓度、体载流子浓度、迁移率等的数值。通常的方法是利用人工测试和计算的方式，即人工调节电流来改变电磁场，利用计算器计算外延片的载流子浓度等参数，经常会产生人为的误差及计算错误。目前焊接存在的主要问题是：(1)人工调节电磁场会导致数值不稳定；(2)人工读电压、电流和万用表数值容易产生误差和错误；(3)人工操作使得电磁场电流反向，容易产生误操作；(4)人工计算外延片的参数时容易产生误差；(5)测试工作比较繁索，效率比较低。
                         发明内容
本发明的目的就是要克服上述现有技术中存在的技术问题，提供一种带PC计算机的可自动调节磁场数值、可变温度、自动测量电阻和霍尔参数、利用多种方法计算外延片的半导体外延片性能自动测试装置。
本发明的目的还在于提供应用所述装置进行的半导体外延片性能自动测试方法。
本发明的半导体外延片性能自动测试装置由计算机、控制电路、外延片、测磁探头、测量电路、控温箱、电磁铁、恒流电源、电流倒向电路共同连接构成，其相互连接关系为：计算机的输出控制线与控制电路的输入线相电气连接；控制电路的输出控制线与测量电路、电流倒向电路的输入线相电气连接；外延片的输入控制线与恒流电源的输出线相电气连接；外延片的输出控制线与测量电路的输入线相电气连接；测磁探头的输入控制线与测量电路的输入线相电气连接；电磁铁的输入控制线与电流倒向电路的输出控制线相电气连接；电流倒向电路的输入控制线与恒流电源的输出控制线相互电气连接；控温箱由控温柜和控温盒相互连接构成，控温盒放置在电磁铁的磁极之间。
所述控制电路由计算机PCI总线接口电路IC4构成；
测量电路由磁场测量和外延片参数测量电路共同电气连接构成，其中，磁场测量电路由霍尔元件H1恒流源电路IC1、运算放大器IC1C、电阻R5～R7、模拟/数字转换器IC3共同电气连接构成；
外延片参数测量电路由外延片WYP1、继电器J1～J10、恒流电源DY1、电阻R1～R3、运算放大器IC1B、模拟/数字转换器IC2共同电气连接构成；
电流倒向电路由继电器J11构成；
电磁铁由E-TIE构成；
本发明的工作作用原理及其电路工作原理如下：接通装置控制220V总电源，打开计算机，测磁探头安置在磁场磁极之间，外延片安置在控温盒内，控温盒安置在磁场磁极之间，打开控温箱，选择和设定温度范围内的最低点温度，例如：-40℃，温度范围是-40～40℃，在PC计算机上运行装置控制程序，测量过程开始：等待温度恒定后，运行调节磁场程序、测量程序、电流倒向等程序，计算机自动控制和测量，测量结束后，程序进行外延片参数计算，在多种经典的计算方法中选择一种，可以计算得出外延片的导电类型、电阻率、薄膜电阻、表面载流子浓度、体载流子浓度、迁移率等的数值，一个温度下的参数测量完成；继续设置温度提高一个温度点，例如：提高-30℃，同理调节磁场、测量、计算，以此类推，直到40℃温度测量结束，完成了不同温度点测量外延片的技术参数。
本发明的半导体外延片性能自动测试方法包括如下步骤：
(1)将外延片安置在恒温盒内，恒温盒同时随着恒温箱温度的变化而变化，外延片所在的内部环境温度是恒箱设定的温度；
(2)恒温盒安置在电磁铁的两个磁极之间，测磁探头也安置在两个磁极之间，恒温盒内的温度变化范围是-40～40℃；
(3)设置恒温箱的温度T1，等待温度恒定；
(4)运行计算机程序，计算机通过控制电路调节电磁铁的电源，测量磁场数值，测量外延片的输出参数，通过测量参数计算得出外延片的导电类型、电阻率、薄膜电阻、表面载流子浓度、体载流子浓度、迁移率等的数值；
(5)提高设置恒温箱的温度，控制、测量、计算，以此类推变化温度再测量；
(6)将各个温度环境下的参数列表，打印输出，测量结束。
本发明与现有技术相比有如下的优点和效果：(1)外延片在恒温盒内可以变温，实现在不同温度下进行测量；(2)利用计算机自动控制电磁铁的电源连续变化；(3)计算机自动测量磁场数值，自动测量外延片的霍尔参数；(4)测量准确、快速。
                        附图说明
图1是本发明的半导体外延片性能自动测试装置结构示意图；
图2是图1中的电路框图；
图3是图2的电路图；
图4是使用图1所述装置的控制程序框图。
                     具体的实施方式
在图1中，1是控制计算机，2是恒流电源，3是电流倒向电路，4是控制电路，5是测量电路，6是磁极，7是控温箱，8是外延片，9是测磁探头，10是恒温盒，11是电磁铁底座，12是磁轭，13是电磁铁线圈。本发明的半导体外延片性能自动测试装置由计算机1、控制电路4、外延片8、测磁探头9、测量电路5、控温箱7、电磁铁、恒流电源2、电流倒向电路3共同连接构成，其相互连接关系为：计算机1的输出控制线与控制电路4的输入线相电气连接；控制电路4的输出控制线与测量电路5、电流倒向电路的输入线相电气连接；外延片8的输入控制线与恒流电源3的输出线相电气连接；外延片8的输出控制线与测量电路5的输入线相电气连接；测磁探头9的输入控制线与测量电路5的输入线相电气连接；电磁铁2的输入控制线与电流倒向电路的输出控制线相电气连接；电流倒向电路的输入控制线与恒流电源3的输出控制线相电气连接；控温箱7由控温柜和控温盒相互连接组成，控温盒10放置在电磁铁2的磁极6之间，电磁铁由磁极、电磁铁底座、电磁铁线圈、磁轭共同连接构成。
由图2可以看出，计算机的输出控制线与控制电路的输入线相电气连接；控制电路的输出控制线与测量电路、电流倒向电路的输入线相电气连接；外延片的输入控制线与恒流电源的输出线相电气连接；外延片的输出控制线与测量电路的输入线相电气连接；测磁探头的输入控制线与测量电路的输入线相电气连接；电磁铁的输入控制线与电流倒向电路的输出控制线相电气连接；电流倒向电路的输入控制线与恒流电源的输出控制线相电气连接。
由图3可以看出，控制电路由计算机PCI总线接口电路IC4构成；测量电路由磁场测量和外延片参数测量电路共同电气连接构成，其中，磁场测量电路由霍尔元件H1恒流源电路IC1、运算放大器IC1C、电阻R5～R7、模拟/数字转换器IC3共同电气连接构成；外延片参数测量电路由外延片WYP1、继电器J1～J10、恒流电源DY1、电阻R1～R3、运算放大器IC1B共同电气连接构成、模拟/数字转换器IC2共同电气连接构成；电流倒向电路由继电器J11构成；电磁铁由E-TIE构成，电源由DY2构成。
由图4可以看出，程序开始，初始化，安装外延片和测磁探头，设置恒温箱的温度，一般设置顺序是从低，到高，温度差为10℃，温度范围选择-40～40℃，恒温箱连接恒温盒一起恒温，控制恒温箱恒温，测量温度T＝T1？否，说明没有达到设置温度，判断是否是恒温状态，是，开始调节磁场，同时测量磁场数值，测量磁场调节准确后，利用霍尔效应原理，测量外延片的参数，比较测量组数等于N1，否，继续测量，是，该温度点测量完成，计算外延片的参数，测量结束。
本发明的制作以及各元器件要求如下：(1)装置按图1所示结构进行设计和机械加工恒温箱及恒温盒，或者委托生产空调器的厂家进行加工，控制温度范围是-40～40℃；(3)按图1所示结构加工电磁铁，也可以委托专业的生产厂家制造；(4)按图2、图3设计装置电路和电路板；(5)按图4设计装置控制程序，进行装置调试，完成设计和加工；(6)主要元件和器件的选择：运算放大器IC1可以选LM124型，模拟/数字转换器IC2、IC3可以选ICL7135型号。

Claims (1)

1、一种半导体外延片性能自动测试装置，其特征在于由计算机、控制电路、外延片、测磁探头、测量电路、控温箱、电磁铁、恒流电源、电流倒向电路共同连接构成，其相互连接关系为：计算机的输出控制线与控制电路的输入线相电气连接；控制电路的输出控制线与测量电路、电流倒向电路的输入线相电气连接；外延片的输入控制线与恒流电源的输出线相电气连接；外延片的输出控制线与测量电路的输入线相电气连接；测磁探头的输入控制线与测量电路的输入线相电气连接；电磁铁的输入控制线与电流倒向电路的输出控制线相电气连接；电流倒向电路的输入控制线与恒流电源的输出控制线相互电气连接；控温箱由控温柜和控温盒相互连接构成，控温盒放置在电磁铁的磁极之间；
所述控制电路由计算机PCI总线接口电路IC4构成；
测量电路由磁场测量和外延片参数测量电路共同电气连接构成，其中，磁场测量电路由霍尔元件H1、恒流源电路IC1、运算放大器IC1C、电阻R5～R7、模拟/数字转换器IC3共同电气连接构成；
外延片参数测量电路由外延片WYP1、继电器J1～J10、恒流电源DY1、电阻R1～R3、运算放大器IC1B、模拟/数字转换器IC2共同电气连接构成；
电流倒向电路由继电器J11构成。
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