CN115655832A - 一种化合物半导体外延片霍尔样品制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种化合物半导体外延片霍尔样品制备装置，涉及化合物半导体外延片霍尔测试领域,所述化合物半导体外延片霍尔样品制备装置包括加热平台、定位件和按压件，加热平台包括平台本体、样品定位槽、加热元件和测温元件，样品定位槽的形状与霍尔样品的形状相同，定位件与平台本体之间设置有导向件，定位件上开设有铟球容纳孔，当定位件向下滑动到与平台本体接触时，铟球容纳孔的下端开口朝向样品定位槽内放置的霍尔样品的铟球固定位置，按压件上安装有压平杆，当按压件向下运动时，能够带动压平杆的下端挤压在放入铟球容纳孔中的铟球。所述化合物半导体外延片霍尔样品制备装置操作简单，并且可以确保制作的霍尔样品的一致性。

Description

一种化合物半导体外延片霍尔样品制备装置

技术领域

本发明涉及化合物半导体外延片霍尔测试领域，尤其涉及一种化合物半导体外延片霍尔样品制备装置。

背景技术

制作化合物半导体器件的半导体材料的载流子浓度、迁移率、电阻率、霍尔系数等参数对半导体器件的性能具有重要影响，因此在制作半导体器件前首先需要获得半导体材料的这些参数。现有技术中常用霍尔效应测试仪来测量半导体材料的重要参数，霍尔效应测试仪主要依据范德堡法则来测得各种参数，对薄膜或固体材料均可测量。近年来，以GaAs、GaN、SiC等为代表的第三代化合物半导体器件在网络通信、航空航天、石油开采及国防领域的地位愈发重要，尤其在国防军事领域，化合物半导体器件已凭借其卓越的性能表现成为各国重点部署的战略性研究方向。

目前在检测半导体外延片结构时，一般采用霍尔效应测试来表征材料背景浓度、掺杂浓度等参数。使用霍尔效应测试仪对半导体外延片进行霍尔效应测试时，需要将半导体外延片制作成测试样品，即半导体外延片霍尔样品。

现有的常见霍尔样品制作方法为首先用金刚笔和钢尺将整片样品切成10mm×10mm的正方形，然后将正方形样品的四个角放置铟球，铟球与样品边缘的距离保持一致，再使用电烙铁将铟球加热，形成霍尔样品的电极。但是使用上述方法制作霍尔样品时，由于使用电烙铁的烙铁头接触熔化铟球，导致铟球电极面积跟操作手法关系很大，很难做到一致，并且由于电烙铁对铟球的压力不同导致接触电阻不同，电极质量不稳定，测试结果重复性差。由于霍尔样品电极制作质量对于测试结果影响极大，由此导致数据偏差，将引起对于工艺生长的错误判断，因此需要极富经验的操作者来制作霍尔样品，否则将很难保证霍尔样品的一致性。

发明内容

本发明的目的是提供一种化合物半导体外延片霍尔样品制备装置，操作简单，并且可以确保制作的霍尔样品的一致性。

为了实现上述目的，本发明提供了一种化合物半导体外延片霍尔样品制备装置，包括加热平台、定位件和按压件，所述加热平台包括平台本体、开设在所述平台本体上的样品定位槽、用于加热所述平台本体的加热元件和用于测量所述平台本体温度的测温元件，所述样品定位槽的形状与霍尔样品的形状相同，所述定位件与所述平台本体之间设置有导向件，所述定位件能够上下滑动，所述定位件上开设有铟球容纳孔，当所述定位件向下滑动到与所述平台本体接触时，所述铟球容纳孔的下端开口朝向所述样品定位槽内放置的霍尔样品的铟球固定位置，所述按压件上安装有压平杆，所述按压件能够上下运动，当所述按压件向下运动时，能够带动所述压平杆的下端挤压在放入所述铟球容纳孔中的铟球。

在一个优选的实施例中，所述样品定位槽的槽壁上还设置有夹取槽。

在一个优选的实施例中，所述样品定位槽的数量为多个，所述铟球容纳孔的数量和所述压平杆的数量均与所述样品定位槽的数量相对应。

在一个优选的实施例中，所述样品定位槽的槽壁形成的边界为所述霍尔样品的最大尺寸，在所述样品定位槽的槽底面上设置有标示所述霍尔样品的最小尺寸的尺寸标记。

在一个优选的实施例中，所述加热元件为加热棒，所述测温元件为测温热电偶，所述平台本体上还开设有校准孔位，所述校准孔位用于安装校准热电偶。

在一个优选的实施例中，所述按压件上开设有安装孔，所述安装孔为上大下小的阶梯孔，所述压平杆安装在所述安装孔内，所述压平杆包括压头、挡板和连接杆，所述压头位于所述按压件的下方，所述挡板位于所述安装孔的大孔内，所述挡板的尺寸大于所述安装孔的小孔的尺寸，所述连接杆穿过所述安装孔的小孔并连接所述压头和挡板，在所述安装孔的大孔上还螺纹安装有调节螺栓，在所述安装孔的大孔内设置有弹簧，所述弹簧通过所述调节螺栓向所述压平杆提供向下的压力。

在一个优选的实施例中，所述加热平台、定位件和按压件均设置在保护箱内，所述保护箱上开设有侧门，所述加热平台通过支架固定在所述保护箱内，所述保护箱上设置有提供和排出保护气的供气口和排气口。

在一个优选的实施例中，所述保护气为氮气、压缩空气或者惰性气体，所述供气口位于所述保护箱的顶部，所述排气口位于所述保护箱的底部。

在一个优选的实施例中，所述保护箱内还安装有降温平台，所述降温平台通过支架固定在所述保护箱内。

在一个优选的实施例中，所述降温平台为水冷降温平台，所述降温平台内设置有冷却水管。

本发明与现有技术的不同之处在于，本发明提供的化合物半导体外延片霍尔样品制备装置在使用时，首先将切割好的霍尔样品放入加热平台的样品定位槽内，然后使得所述定位件向下移动，压在加热平台上，然后在定位件的铟球容纳孔内放入铟球，再控制按压件向下移动，使得压平杆的下端挤压在放入所述铟球容纳孔中的铟球，将铟球压平，初步形成电极，再控制按压件和定位件向上移动，最后控制加热平台加热位于样品定位槽中的霍尔样品上的铟球，使得铟球熔化，从而完成霍尔样品上的电极的制作。在本发明中，由于通过定位件上的铟球容纳孔与样品定位槽配合，能够有效确保铟球在霍尔样品上的位置，通过按压件带动其上的压平杆同时对铟球施加相同大小的作用力，可以保证每个铟球与霍尔样品均保持相同的接触程度，加热平台具有温度均匀性好的特点，加热平台升温可以使得铟球被同时熔化。本发明从放置铟球、按压铟球到熔化铟球的各个阶段均保证了一致性，解决了因操作者操作手法引起的重复性较差的问题，因此本发明提供的化合物半导体外延片霍尔样品制备装置，可以确保制作的霍尔样品的一致性。并且操作人员只需对霍尔样品制备装置进行简单操作就可以完成霍尔样品的制备。

附图说明

图1是本发明提供的一个实施例的化合物半导体外延片霍尔样品制备装置的结构示意图；

图2是按压件向下按压状态的结构示意图；

图3是平台本体上的多个样品定位槽分别结构示意图；

图4是降温平台的结构示意图；

附图标记说明：

1-加热平台； 12-样品定位槽；13-夹取槽；2-定位件；21-铟球容纳孔；3-按压件；4-压平杆；41-压头；42-挡板；43-连接杆；5-调节螺栓；6-弹簧；7-降温平台；71-冷却水管；8-霍尔样品；9-铟球。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本申请进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本申请的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本申请的概念。

在附图中示出了根据本申请实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域。

显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

此外，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请提供的化合物半导体外延片霍尔样品制备装置进行详细地说明。

参考图1所示，在本发明提供的一个实施例中，所述化合物半导体外延片霍尔样品制备装置包括加热平台1、定位件2和按压件3。所述加热平台1包括平台本体、开设在所述平台本体上的样品定位槽12、用于加热所述平台本体的加热元件和用于测量所述平台本体温度的测温元件。所述平台本体采用导热系数高的金属等材料制作。参考图3所示，所述样品定位槽12开设在平台本体的上表面上，所述样品定位槽12的形状与霍尔样品8的形状相同，例如，当霍尔样品8的形状为正方形时，所述样品定位槽12的形状也为正方形。

其中所述定位件2与所述平台本体之间设置有导向件，所述导向件可以为导杆、导柱或者导向块等导向元件。在本实施例中，所述导向件为设置在所述平台本体两端的导板。所述定位件2能够上下滑动，所述定位件2可以通过外部驱动件驱动以实现上下移动，当然，根据需要，所述化合物半导体外延片霍尔样品制备装置也可以包括驱动件，通过驱动件带动定位件2上下移动。所述驱动件可以采用步进电机等常用驱动装置。

所述定位件2上开设有铟球容纳孔21，当所述定位件2向下滑动到与所述平台本体接触时，所述铟球容纳孔21的下端开口朝向所述样品定位槽12内放置的霍尔样品8的铟球固定位置。所述霍尔样品8的铟球固定位置是指霍尔样品8上安装电极的位置。所述铟球容纳孔21应当为通孔，以便使得从铟球容纳孔21上放入的铟球能够落在霍尔样品8上。每个样品定位槽12对应的铟球容纳孔21的数量和位置与霍尔样品8上电极的数量和位置向对应。例如正方形的霍尔样品8的四角处均具有电极，因此每个样品定位槽12对应的铟球容纳孔21的数量为四个，位置与放入样品定位槽12内的霍尔样品8的电极位置在上下方向上相同，以使得铟球容纳孔21中的铟球能够准确落在霍尔样品8的电极位置上。

如图1所示，所述按压件3上安装有压平杆4，压平杆4的数量与定位件2上开设的铟球容纳孔21数量相同，所述按压件3能够上下运动，所述按压件3也可以通过外部驱动件带动其上下移动，根据需要，所述化合物半导体外延片霍尔样品制备装置也可以包括驱动件，通过驱动件带动按压件3上下移动。所述驱动件可以采用步进电机等常用驱动装置。当所述按压件3向下运动时，能够带动所述压平杆4的下端挤压在放入所述铟球容纳孔21中的铟球。

上述实施例提供的化合物半导体外延片霍尔样品制备装置在使用时，首先通过工具将整片样品切割成单个样品，例如10mm×10mm的正方形样品；然后切割好的霍尔样品8放入加热平台1的样品定位槽12中，然后驱动定位件2向下移动，压在加热平台1上，此时定位件2上的铟球容纳孔21确定了霍尔样品8上需要安装电极的位置；然后在每个铟球容纳孔21内均放入铟球9，再控制按压件3向下移动，随着按压件3的下移，安装在按压件3上的压平杆4的下端逐渐插入铟球容纳孔21中，并挤压在放入铟球容纳孔21中的铟球9，将铟球9压平，初步形成电极；然后再控制按压件3和定位件2向上移动；最后控制加热平台1加热位于样品定位槽12中的霍尔样品8上的铟球9，使得铟球9熔化，从而完成霍尔样品上的电极的制作。

如图2所示，为了方便霍尔样品8的取放，在平台本体上的样品定位槽12的槽壁上还设置有夹取槽13。所述夹取槽13开设在样品定位槽12的边缘，当需要取放霍尔样品8时，可以使用镊子等工具通过夹取槽13来夹取或放置霍尔样品8。优选地，所述夹取槽13包括两个槽体，并且设置在样品定位槽12的相对的槽壁上。

在本发明的优选实施例中，所述样品定位槽12的数量为多个，所述铟球容纳孔21的数量和所述压平杆4的数量均与所述样品定位槽12的数量相对应。其中所述铟球容纳孔21的数量和所述压平杆4的数量均与所述样品定位槽12的数量相对应，是指当样品定位槽12的数量为n个，放置在样品定位槽12内的霍尔样品8上的铟球固定位置（电极安装位置）为m个时，所述铟球容纳孔21的数量和所述压平杆4的数量均为n×m个，每个样品定位槽12均对应有m个铟球容纳孔21和m个压平杆4。例如，图3中示出了具有四个样品定位槽12的平台本体，当每个样品定位槽12内放置霍尔样品8的四角处均具有1个铟球固定位置时，所述铟球容纳孔21的数量和所述压平杆4的数量均为16个。在本实施例中，通过设置多个样品定位槽12，可以同时制备多个霍尔样品8，从而提高了霍尔样品的制备效率。

为了检验霍尔样品的切割尺寸是否适当，在一个优选的实施例中，所述样品定位槽12的槽壁形成的边界为所述霍尔样品8的最大尺寸，在所述样品定位槽12的槽底面上设置有标示所述霍尔样品8的最小尺寸的尺寸标记。例如，样品定位槽12的槽壁形成的边界为10.2 mm×10.2 mm，在样品定位槽12的槽底面底部划9.8mm×9.8mm的线或刻痕，形成正方形的尺寸标记，从而当霍尔样品8放置在样品定位槽12中时，如果霍尔样品8能够遮挡该尺寸标记，则可以判定霍尔样品8的尺寸属于合格尺寸（10±0.2mm）。

在本发明中，所述平台本体安装的加热元件可以采用现有的各种加热件，在一个优选的实施例中，所述加热元件为加热棒。在本实施例中，所述测温元件优选为测温热电偶。通过测温元件实时检测平台本体温度，从而可以通过控制加热元件来控制平台本体的升温过程。

在进一步优选的实施例中，在所述平台本体上还开设有校准孔位，所述校准孔位用于安装校准热电偶。其中所述校准热电偶，是指经过第三方校准实验室校准后的热电偶。通过设置校准孔位，可以在校准孔位内插入校准热电偶，对加热平台1的温度进行校准，从而可以保证加热平台1加热温度的准确性。

在本发明中，所述压平杆4可以通过卡接或者螺纹连接等方式固定安装在按压件3上，在一个优选的实施例中，如图2所示，在所述按压件3上开设有安装孔，所述安装孔为上大下小的阶梯孔，所述压平杆4安装在所述安装孔内，所述压平杆4包括压头41、挡板42和连接杆43，所述压头41位于所述按压件3的下方，所述挡板42位于所述安装孔的大孔内，所述挡板42的尺寸大于所述安装孔的小孔的尺寸，所述连接杆43穿过所述安装孔的小孔并连接所述压头41和挡板42，在所述安装孔的大孔上还螺纹安装有调节螺栓5，在所述安装孔的大孔内设置有弹簧6，所述弹簧6通过所述调节螺栓5向所述压平杆4提供向下的压力。

在本实施例中，通过将压平杆4可活动地安装在安装孔内，并通过弹簧6连接调节螺栓5和压平杆4，从而可以转动调节螺栓5，调节压平杆4对铟球9的压力，使得每个铟球9受到的压力能够保持相同。通过设置弹簧6，在铟球被按压的过程中，可以逐步增大铟球9受到的压力，保证形成的电极欧姆接触良好。同时，操作人员通过观察调节螺栓5拧入按压件3的深度，也可以确定各个压平杆4能够对铟球9所提供的压力，从而保证每个铟球9受到相同的压力。

在本发明中，进一步优选地，所述加热平台1、定位件2和按压件3均设置在保护箱内，所述保护箱上开设有侧门，以便于霍尔样品8的取放。所述加热平台1通过支架固定在所述保护箱内，所述保护箱上设置有提供和排出保护气的供气口和排气口。所述保护气可以为氮气、压缩空气或者惰性气体。所述供气口位于所述保护箱的顶部，所述排气口位于所述保护箱的底部。在本实施例中，通过将加热平台1、定位件2和按压件3均设置在保护箱内，可以避免由于化合物半导体外延片霍尔样品（例如砷化镓衬底）在升温后，挥发的微量有害气体对车间环境及测试人员造成的伤害。从排气口排出的气体可以接入尾气处理设备进行净化处理。

在上述实施例的基础上，进一步优选地，所述保护箱内还安装有降温平台7，所述降温平台7通过支架固定在所述保护箱内。通过设置降温平台7，当加热平台1上的霍尔样品8被加热使得铟球9熔化后，可以将霍尔样品8移到降温平台，对霍尔样品8进行快速降温，并使得霍尔样品8降温曲线可控。例如，将霍尔样品8通过加热平台1加热到300℃后，在降温平台7上放置1分钟，可以快速降至常温；或者将霍尔样品8通过加热平台1加热到300℃后，在降温平台7上放置10s，然后取出霍尔样品8，在外部放置3分钟，可以降到常温。

在本发明中，所述降温平台7可以采用现有的各种常用的降温装置，优选地，所述降温平台7为水冷降温平台，所述降温平台7内设置有冷却水管71，通过冷却水管71向降温平台7供应冷媒，从而达到对霍尔样品8降温效果。所述降温平台7的平台本体优选采用导热系数高的金属等材料制作。

综上所述，本发明提供的化合物半导体外延片霍尔样品制备装置具有以下有益效果：

1、通过设置加热平台1，可以对霍尔样品8进行稳定地加热，通过设置降温平台7，使得霍尔样品8降温曲线可控。

2、通过在加热平台1上设置多个样品定位槽12，可以同时制备多个霍尔样品8。

3、通过在按压件3同时驱动多个压平杆4，可以每个铟球9同时施加相同的压力，并通过加热平台1使得铟球9均匀受热形成电极，欧姆接触良好，一致性好。

4、通过在样品定位槽12的槽底面上设置尺寸标记，在放入霍尔样品8的同时可以判定霍尔样品8的尺寸是否合格。

5、通过在加热平台1的平台本体上开设有校准孔位，可以随时使用经过第三方校准实验室校准后的热电偶对加热平台1进行内校。

6、通过将加热平台1等部件放置在保护箱内，可以在氮气等保护气体环境下对霍尔样品8进行加热，通过排气口可以将挥发的有害气体排走，能够保证测试环境安全。

以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施方式的优劣。

最后应说明的是：尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种化合物半导体外延片霍尔样品制备装置，其特征在于,包括加热平台（1）、定位件（2）和按压件（3），所述加热平台（1）包括平台本体、开设在所述平台本体上的样品定位槽（12）、用于加热所述平台本体的加热元件和用于测量所述平台本体温度的测温元件，所述样品定位槽（12）的形状与霍尔样品（8）的形状相同，所述定位件（2）与所述平台本体之间设置有导向件，所述定位件（2）能够上下滑动，所述定位件（2）上开设有铟球容纳孔（21），当所述定位件（2）向下滑动到与所述平台本体接触时，所述铟球容纳孔（21）的下端开口朝向所述样品定位槽（12）内放置的霍尔样品（8）的铟球固定位置，所述按压件（3）上安装有压平杆（4），所述按压件（3）能够上下运动，当所述按压件（3）向下运动时，能够带动所述压平杆（4）的下端挤压在放入所述铟球容纳孔（21）中的铟球。

2.根据权利要求1所述的化合物半导体外延片霍尔样品制备装置，其特征在于，所述样品定位槽（12）的槽壁上还设置有夹取槽（13）。

3.根据权利要求2所述的化合物半导体外延片霍尔样品制备装置，其特征在于，所述样品定位槽（12）的数量为多个，所述铟球容纳孔（21）的数量和所述压平杆（4）的数量均与所述样品定位槽（12）的数量相对应。

4.根据权利要求1所述的化合物半导体外延片霍尔样品制备装置，其特征在于，所述样品定位槽（12）的槽壁形成的边界为所述霍尔样品（8）的最大尺寸，在所述样品定位槽（12）的槽底面上设置有标示所述霍尔样品（8）的最小尺寸的尺寸标记。

5.根据权利要求1所述的化合物半导体外延片霍尔样品制备装置，其特征在于，所述加热元件为加热棒，所述测温元件为测温热电偶，所述平台本体上还开设有校准孔位，所述校准孔位用于安装校准热电偶。

6.根据权利要求5所述的化合物半导体外延片霍尔样品制备装置，其特征在于，所述按压件（3）上开设有安装孔，所述安装孔为上大下小的阶梯孔，所述压平杆（4）安装在所述安装孔内，所述压平杆（4）包括压头（41）、挡板（42）和连接杆（43），所述压头（41）位于所述按压件（3）的下方，所述挡板（42）位于所述安装孔的大孔内，所述挡板（42）的尺寸大于所述安装孔的小孔的尺寸，所述连接杆（43）穿过所述安装孔的小孔并连接所述压头（41）和挡板（42），在所述安装孔的大孔上还螺纹安装有调节螺栓（5），在所述安装孔的大孔内设置有弹簧（6），所述弹簧（6）通过所述调节螺栓（5）向所述压平杆（4）提供向下的压力。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的化合物半导体外延片霍尔样品制备装置，其特征在于，所述加热平台（1）、定位件（2）和按压件（3）均设置在保护箱内，所述保护箱上开设有侧门，所述加热平台（1）通过支架固定在所述保护箱内，所述保护箱上设置有提供和排出保护气的供气口和排气口。

8.根据权利要求7所述的化合物半导体外延片霍尔样品制备装置，其特征在于，所述保护气为氮气、压缩空气或者惰性气体，所述供气口位于所述保护箱的顶部，所述排气口位于所述保护箱的底部。

9.根据权利要求7所述的化合物半导体外延片霍尔样品制备装置，其特征在于，所述保护箱内还安装有降温平台（7），所述降温平台（7）通过支架固定在所述保护箱内。

10.根据权利要求9所述的化合物半导体外延片霍尔样品制备装置，其特征在于，所述降温平台（7）为水冷降温平台，所述降温平台（7）内设置有冷却水管（71）。

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