CN110873823A - 一种半导体材料的电阻率测试方法 - Google Patents

一种半导体材料的电阻率测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种半导体材料的电阻率测试方法，包括电源、电流表、电压表、开关、滑动电阻器R0和若干导线，所述电源、电流表、电压表、开关和滑动电阻器R0之间均通过导线电性连接，所述该方法中还包括绝缘体模具。本发明通过去除半导体材料表面杂质，并粉碎为纳米颗粒状微尘过筛，均质处理后测量该粉末的电导率，减少杂质和质地不均带来的测量误差，分别测量计算半导体材料的表面电阻率和体积电阻率，并多次求解取平均值，进一步降低测量误差，设置绝缘体模具及其组合结构，方便多段测试检验半导体材料的电阻率变化，同样考虑测量温度因素，最终获得半导体材料精准的电阻率，能够验证计算值的标准性，提高测量精度。

Description

一种半导体材料的电阻率测试方法
技术领域
本发明涉及电阻率测试技术领域，具体涉及一种半导体材料的电阻率测试方法。
背景技术
扩展电阻探针法用于定量测量某些半导体材料的局部电导率，空间分辨率高测量取样体积为10-10cm3左右，测量重复精度优于1％。将硅片磨角后用扩展电阻法可以测量分辨深度方向30nm以内电阻率的变化。因此，扩展电阻探针是硅材料及器件生产工艺质量测试手段，也可以用于砷化镓、化铟等其他半导体材料的电阻率分布测试。
现有技术中针对裸硅片或已工艺硅片但上面的所有层次均被剥离后使用扩展电阻仪(以下简称SRP)测试纵向的轮廓(profile)时，起始点位置的准确确定，可以最大程度的避免SRP测试过程中设备误差或人为误差导致的起始点横向位移的问题引起结深偏差。现有技术中在进行所述测试时不可避免的存在误差现象，来源于半导体材料中的杂质和测量过程带来的误差难以避免，且该误差不便于检验。
因此，发明一种半导体材料的电阻率测试方法来解决上述问题很有必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种半导体材料的电阻率测试方法，通过去除半导体材料表面杂质，并粉碎为纳米颗粒状微尘过筛，均质处理后测量该粉末的电导率，减少杂质和质地不均带来的测量误差，分别测量计算半导体材料的表面电阻率和体积电阻率，并多次求解取平均值，进一步降低测量误差，通过设置绝缘体模具及其组合结构，方便多段测试检验半导体材料的电阻率变化，同样考虑测量温度因素，最终获得半导体材料精准的电阻率，能够验证计算值的标准性，提高测量精度，以解决技术中的上述不足之处。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种半导体材料的电阻率测试方法，包括电源、电流表、电压表、开关、滑动电阻器R0和若干导线，所述电源、电流表、电压表、开关和滑动电阻器R0之间均通过导线电性连接，所述该方法中还包括绝缘体模具，所述绝缘体模具内部设有空腔柱，所述空腔柱侧壁设有均匀分布的多个分隔滑槽，且分隔滑槽顶部贯穿绝缘体模具，所述分隔滑槽内部滑动连接有分隔板，所述分隔板由绝缘材料制成，所述分隔板两侧均设有导电槽，所述导电槽内固定连接有导电片，且分隔板两侧导电片不接触，所述导电片顶端设有压紧螺丝，所述压紧螺丝与导电片通过螺孔螺纹连接；
电阻率测试步骤具体如下：
S1：将待测半导体材料表面摩擦干净，去除表面氧化物和杂质，漏出高纯度半导体材料，将高纯度半导体材料粉碎成纳米颗粒状微尘并过筛，将纳米颗粒状微尘均质处理后放入冷冻机中降温至0℃，备用；
S2：在测试桌面上粘贴双面胶，取一汤勺半导体材料纳米颗粒，平铺于双面胶上胶面，并涂抹均匀，对平铺区域外侧边缘进行齐整化刮料，并把多余半导体材料纳米颗粒填补到平铺区域空缺和薄摊处，制成测试薄膜，在该薄膜上设置均匀分布的五个测试点，通过四探针法测量在真空环境下测试薄膜的电阻率，根据欧姆定律求得半导体材料的电阻，即得到半导体材料的表面电阻率；
S3：准备绝缘体模具，将分隔板拔出，把半导体材料纳米颗粒加入空腔柱中，填充完全后压实，使空腔柱内形成一个标准的半导体阻电块，使用伏安法利用电源、电流表、电压表、开关、滑动电阻器R0和若干导线连接后测量，并根据欧姆定律求得半导体阻电块的电阻值，调整滑动电阻器R0的电阻大小，测量三次得到三个半导体阻电块的电阻值，取平均值作为半导体阻电块标准电阻；
S4：将半导体阻电块长度、截面面积和半导体阻电块标准电阻代入电阻率求导公式中，计算得出半导体阻电块的体积电阻率，调节半导体阻电块的测量温度，分别在0℃、5℃、10℃、15℃和20℃温度环境下测量计算半导体受温度影响变化使阻电块电阻率变化，绘制变化曲线，并构建二元回归模型；
S5：使用分隔板截断半导体阻电块，逐次缩短半导体阻电块长度，并分别计算各长度标准下半导体阻电块的电阻率，绘制变化曲线，并构建二元回归模型；
S6：使用电阻率测试仪测量整个操作环节，检验所得数据的准确性。
优选的，所述绝缘体模具由陶瓷材料制成，所述分隔板由PVC材料制成，所述导电片与压紧螺丝均由金属铜材料制成。
优选的，所述绝缘体模具和空腔柱的截面形状均设置为正方形，且空腔柱的截面规格设置为10mmx10mm。
优选的，所述S2中测试薄膜的长度、宽度和厚度依次设置为1000mm、10mm和1mm，测量方法为使用导线从电源两极引出，串联开关，并将两个导线另一端分别连接在测试薄膜两端，在闭合电路上串联电流表，在测试薄膜测量点两端点之间并联电压表，代入电阻率求导公式，具体如下：
σ＝(π/Ln2)(V/I)
其中，σ为表面电阻率，V为电压表测得的电压，I为电流源电流。
优选的，所述S3中半导体阻电块截面规格设置为10mmx10mm，且长度设置为1000mm，连接方式为使用导线从电源两极引出，串联开关，并将两个导线另一端分别连接在测试薄膜两端，在闭合电路上串联电流表，在半导体阻电块测量点两端点之间并联电压表，并在电路通路上串联滑动电阻器R0，调节滑动电阻器R0电阻长度，分别为滑动电阻器R0最大值、滑动电阻器R0中值和滑动电阻器R0最小值，求导半导体阻电块电阻均值，求导公式如下：
Figure BDA0002301719170000031
Figure BDA0002301719170000032
其中，Rx为半导体阻电块电阻域值，U为电压表读数，I为电流表读数，
Figure BDA0002301719170000033
为平均电阻，Rmax、Rmid和Rmin分别为滑动电阻器R0调节后求得的半导体阻电块电阻最大值、中值和最小值。
优选的，所述S4中电阻率求导公式具体如下：
Figure BDA0002301719170000041
其中ρ为电阻率，
Figure BDA0002301719170000042
为半导体阻电块标准电阻值，S为半导体阻电块截面面积，L为半导体阻电块长度，且S等于1cm2。
优选的，所述S4中二元回归模型构建完成后代入电阻率*温度变化公式，具体如下：
ρt＝ρ0(1+at)
其中，ρt和ρ0分别是t℃和0℃时的电阻率，a是电阻率的温度系数，根据不同温度下的多点测量值，求得温度系数a，从而判断半导体材料的种类及其电阻率。
在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：
通过去除半导体材料表面杂质，并粉碎为纳米颗粒状微尘过筛，均质处理后测量该粉末的电导率，减少杂质和质地不均带来的测量误差，分别测量计算半导体材料的表面电阻率和体积电阻率，并多次求解取平均值，进一步降低测量误差，通过设置绝缘体模具及其组合结构，方便多段测试检验半导体材料的电阻率变化，同样考虑测量温度因素，最终获得半导体材料精准的电阻率，能够验证计算值的标准性，提高测量精度。
附图说明
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明绝缘体模具的整体结构示意图；
图2为本发明表面电阻率测量连接电路图；
图3为本发明体积电阻率测量连接电路图。
附图标记说明：
1绝缘体模具、2空腔柱、3分隔滑槽、4分隔板、5压紧螺丝、6导电片。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
本发明提供了如图1-3所示的一种半导体材料的电阻率测试方法，包括电源、电流表、电压表、开关、滑动电阻器R0和若干导线，所述电源、电流表、电压表、开关和滑动电阻器R0之间均通过导线电性连接，所述该方法中还包括绝缘体模具1，所述绝缘体模具1内部设有空腔柱2，所述空腔柱2侧壁设有均匀分布的多个分隔滑槽3，且分隔滑槽3顶部贯穿绝缘体模具1，所述分隔滑槽3内部滑动连接有分隔板4，所述分隔板4由绝缘材料制成，所述分隔板4两侧均设有导电槽，所述导电槽内固定连接有导电片6，且分隔板4两侧导电片6不接触，所述导电片6顶端设有压紧螺丝5，所述压紧螺丝5与导电片6通过螺孔螺纹连接；
电阻率测试步骤具体如下：
S1：将待测半导体材料表面摩擦干净，去除表面氧化物和杂质，漏出高纯度半导体材料，将高纯度半导体材料粉碎成纳米颗粒状微尘并过筛，将纳米颗粒状微尘均质处理后放入冷冻机中降温至0℃，备用；
S2：在测试桌面上粘贴双面胶，取一汤勺半导体材料纳米颗粒，平铺于双面胶上胶面，并涂抹均匀，对平铺区域外侧边缘进行齐整化刮料，并把多余半导体材料纳米颗粒填补到平铺区域空缺和薄摊处，制成测试薄膜，在该薄膜上设置均匀分布的五个测试点，通过四探针法测量在真空环境下测试薄膜的电阻率，根据欧姆定律求得半导体材料的电阻，即得到半导体材料的表面电阻率；
S3：准备绝缘体模具1，将分隔板4拔出，把半导体材料纳米颗粒加入空腔柱2中，填充完全后压实，使空腔柱2内形成一个标准的半导体阻电块，使用伏安法利用电源、电流表、电压表、开关、滑动电阻器R0和若干导线连接后测量，并根据欧姆定律求得半导体阻电块的电阻值，调整滑动电阻器R0的电阻大小，测量三次得到三个半导体阻电块的电阻值，取平均值作为半导体阻电块标准电阻；
S4：将半导体阻电块长度、截面面积和半导体阻电块标准电阻代入电阻率求导公式中，计算得出半导体阻电块的体积电阻率，调节半导体阻电块的测量温度，分别在0℃、5℃、10℃、15℃和20℃温度环境下测量计算半导体受温度影响变化使阻电块电阻率变化，绘制变化曲线，并构建二元回归模型；
S5：使用分隔板4截断半导体阻电块，逐次缩短半导体阻电块长度，并分别计算各长度标准下半导体阻电块的电阻率，绘制变化曲线，并构建二元回归模型；
S6：使用电阻率测试仪测量整个操作环节，检验所得数据的准确性。
进一步的，在上述技术方案中，所述绝缘体模具1由陶瓷材料制成，所述分隔板4由PVC材料制成，所述导电片6与压紧螺丝5均由金属铜材料制成；
进一步的，在上述技术方案中，所述绝缘体模具1和空腔柱2的截面形状均设置为正方形，且空腔柱2的截面规格设置为10mmx10mm；
进一步的，在上述技术方案中，所述S2中测试薄膜的长度、宽度和厚度依次设置为1000mm、10mm和1mm，测量方法为使用导线从电源两极引出，串联开关，并将两个导线另一端分别连接在测试薄膜两端，在闭合电路上串联电流表，在测试薄膜测量点两端点之间并联电压表，代入电阻率求导公式，具体如下：
σ＝(π/Ln2) (V/I)
其中，σ为表面电阻率，V为电压表测得的电压，I为电流源电流；
进一步的，在上述技术方案中，所述S3中半导体阻电块截面规格设置为10mmx10mm，且长度设置为1000mm，连接方式为使用导线从电源两极引出，串联开关，并将两个导线另一端分别连接在测试薄膜两端，在闭合电路上串联电流表，在半导体阻电块测量点两端点之间并联电压表，并在电路通路上串联滑动电阻器R0，调节滑动电阻器R0电阻长度，分别为滑动电阻器R0最大值、滑动电阻器R0中值和滑动电阻器R0最小值，求导半导体阻电块电阻均值，求导公式如下：
Figure BDA0002301719170000061
Figure BDA0002301719170000062
其中，Rx为半导体阻电块电阻域值，U为电压表读数，I为电流表读数，
Figure BDA0002301719170000071
为平均电阻，Rmax、Rmid和Rmin分别为滑动电阻器R0调节后求得的半导体阻电块电阻最大值、中值和最小值；
进一步的，在上述技术方案中，所述S4中电阻率求导公式具体如下：
Figure BDA0002301719170000072
其中ρ为电阻率，
Figure BDA0002301719170000073
为半导体阻电块标准电阻值，S为半导体阻电块截面面积，L为半导体阻电块长度，且S等于1cm2；
进一步的，在上述技术方案中，所述S4中二元回归模型构建完成后代入电阻率*温度变化公式，具体如下：
ρt＝ρ0(1+at)
其中，ρt和ρ0分别是t℃和0℃时的电阻率，a是电阻率的温度系数，根据不同温度下的多点测量值，求得温度系数a，从而判断半导体材料的种类及其电阻率。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种半导体材料的电阻率测试方法，包括电源、电流表、电压表、开关、滑动电阻器R0和若干导线，所述电源、电流表、电压表、开关和滑动电阻器R0之间均通过导线电性连接，其特征在于：所述该方法中还包括绝缘体模具(1)，所述绝缘体模具(1)内部设有空腔柱(2)，所述空腔柱(2)侧壁设有均匀分布的多个分隔滑槽(3)，且分隔滑槽(3)顶部贯穿绝缘体模具(1)，所述分隔滑槽(3)内部滑动连接有分隔板(4)，所述分隔板(4)由绝缘材料制成，所述分隔板(4)两侧均设有导电槽，所述导电槽内固定连接有导电片(6)，且分隔板(4)两侧导电片(6)不接触，所述导电片(6)顶端设有压紧螺丝(5)，所述压紧螺丝(5)与导电片(6)通过螺孔螺纹连接；
电阻率测试步骤具体如下：
S1：将待测半导体材料表面摩擦干净，去除表面氧化物和杂质，漏出高纯度半导体材料，将高纯度半导体材料粉碎成纳米颗粒状微尘并过筛，将纳米颗粒状微尘均质处理后放入冷冻机中降温至0℃，备用；
S2：在测试桌面上粘贴双面胶，取一汤勺半导体材料纳米颗粒，平铺于双面胶上胶面，并涂抹均匀，对平铺区域外侧边缘进行齐整化刮料，并把多余半导体材料纳米颗粒填补到平铺区域空缺和薄摊处，制成测试薄膜，在该薄膜上设置均匀分布的五个测试点，通过四探针法测量在真空环境下测试薄膜的电阻率，根据欧姆定律求得半导体材料的电阻，即得到半导体材料的表面电阻率；
S3：准备绝缘体模具(1)，将分隔板(4)拔出，把半导体材料纳米颗粒加入空腔柱(2)中，填充完全后压实，使空腔柱(2)内形成一个标准的半导体阻电块，使用伏安法利用电源、电流表、电压表、开关、滑动电阻器R0和若干导线连接后测量，并根据欧姆定律求得半导体阻电块的电阻值，调整滑动电阻器R0的电阻大小，测量三次得到三个半导体阻电块的电阻值，取平均值作为半导体阻电块标准电阻；
S4：将半导体阻电块长度、截面面积和半导体阻电块标准电阻代入电阻率求导公式中，计算得出半导体阻电块的体积电阻率，调节半导体阻电块的测量温度，分别在0℃、5℃、10℃、15℃和20℃温度环境下测量计算半导体受温度影响变化使阻电块电阻率变化，绘制变化曲线，并构建二元回归模型；
S5：使用分隔板(4)截断半导体阻电块，逐次缩短半导体阻电块长度，并分别计算各长度标准下半导体阻电块的电阻率，绘制变化曲线，并构建二元回归模型；
S6：使用电阻率测试仪测量整个操作环节，检验所得数据的准确性。
2.根据权利要求1所述的一种半导体材料的电阻率测试方法，其特征在于：所述绝缘体模具(1)由陶瓷材料制成，所述分隔板(4)由PVC材料制成，所述导电片(6)与压紧螺丝(5)均由金属铜材料制成。
3.根据权利要求1所述的一种半导体材料的电阻率测试方法，其特征在于：所述绝缘体模具(1)和空腔柱(2)的截面形状均设置为正方形，且空腔柱(2)的截面规格设置为10mm x10mm。
4.根据权利要求1所述的一种半导体材料的电阻率测试方法，其特征在于：所述S2中测试薄膜的长度、宽度和厚度依次设置为1000mm、10mm和1mm，测量方法为使用导线从电源两极引出，串联开关，并将两个导线另一端分别连接在测试薄膜两端，在闭合电路上串联电流表，在测试薄膜测量点两端点之间并联电压表，代入电阻率求导公式，具体如下：
σ＝(π/Ln2)(V/I)
其中，σ为表面电阻率，V为电压表测得的电压，I为电流源电流。
5.根据权利要求1所述的一种半导体材料的电阻率测试方法，其特征在于：所述S3中半导体阻电块截面规格设置为10mm x 10mm，且长度设置为1000mm，连接方式为使用导线从电源两极引出，串联开关，并将两个导线另一端分别连接在测试薄膜两端，在闭合电路上串联电流表，在半导体阻电块测量点两端点之间并联电压表，并在电路通路上串联滑动电阻器R0，调节滑动电阻器R0电阻长度，分别为滑动电阻器R0最大值、滑动电阻器R0中值和滑动电阻器R0最小值，求导半导体阻电块电阻均值，求导公式如下：
Figure FDA0002301719160000021
Figure FDA0002301719160000031
其中，Rx为半导体阻电块电阻域值，U为电压表读数，I为电流表读数，
Figure FDA0002301719160000032
为平均电阻，Rmax、Rmid和Rmin分别为滑动电阻器R0调节后求得的半导体阻电块电阻最大值、中值和最小值。
6.根据权利要求1所述的一种半导体材料的电阻率测试方法，其特征在于：所述S4中电阻率求导公式具体如下：
Figure FDA0002301719160000033
其中ρ为电阻率，
Figure FDA0002301719160000034
为半导体阻电块标准电阻值，S为半导体阻电块截面面积，L为半导体阻电块长度，且S等于1cm2。
7.根据权利要求1所述的一种半导体材料的电阻率测试方法，其特征在于：所述S4中二元回归模型构建完成后代入电阻率*温度变化公式，具体如下：
ρt＝ρ0(1+at)
其中，ρt和ρ0分别是t℃和0℃时的电阻率，a是电阻率的温度系数，根据不同温度下的多点测量值，求得温度系数a，从而判断半导体材料的种类及其电阻率。
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