CN1252463C - 用于片状材料的无损测量和绘制分布图的方法和装置 - Google Patents

用于片状材料的无损测量和绘制分布图的方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN1252463C
CN1252463C CNB028135350A CN02813535A CN1252463C CN 1252463 C CN1252463 C CN 1252463C CN B028135350 A CNB028135350 A CN B028135350A CN 02813535 A CN02813535 A CN 02813535A CN 1252463 C CN1252463 C CN 1252463C
Authority
CN
China
Prior art keywords
microwave
circular waveguide
magnetic field
detect
detecting device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB028135350A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1531656A (zh
Inventor
J·C·利茨尼
N·埃伯哈德特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lehighton Electronics Inc
Original Assignee
Lehighton Electronics Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lehighton Electronics Inc filed Critical Lehighton Electronics Inc
Publication of CN1531656A publication Critical patent/CN1531656A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1252463C publication Critical patent/CN1252463C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N22/00—Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/14—Measuring as part of the manufacturing process for electrical parameters, e.g. resistance, deep-levels, CV, diffusions by electrical means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
    • G01R31/2648—Characterising semiconductor materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)

Abstract

载流子浓度和迁移率的非接触式测量的装置包括：微波源；向位于测试位置的样品发送微波辐射的圆波导；检测正向微波功率的第一检测器；检测被样品反射的微波功率的第二检测器；检测霍尔效应功率的第三检测器。所述样品作为只传输TE11模式的圆波导的终端负载，样品的后面设置短路器。在垂直于样品平面的方向上施加磁场。其中，给定的TE11模式入射波引起两束反射波。一束是普通反射波，其极化方向与入射波相同。提供检测器来检测所述反射的辐射。另一束反射波是由霍尔效应引起的，其极化方向垂直于前一种反射波的极化方向，提供探头来检测所述另一束反射波。用探头检测所述另一束反射波，在单一检测器中将探头的输出与正向辐射中经过衰减和移相的部分相组合。

Description

用于片状材料的无损测量和 绘制分布图的方法和装置
技术领域
本发明涉及材料的无损测量和分布图绘制，具体地说，涉及利用微波测量半导体晶片和平板显示器的载流子浓度、迁移率和表面电阻。
背景技术
利用微波测量砷化镓(GaAs)晶片表面电阻的现行仪器采用具有300欧姆特征阻抗的X波段波导结构，但对带有薄的顶盖层的晶片不能做精确的测量。在Norman Braslau的美国专利No.4,605,893中讨论了这种仪器。其缺点之一是不能分别测量包含多个导电层的晶片(例如高电子迁移率晶体管(HEMT)晶片)中多个导电层的特性，这种晶片包含二维(2D)沟道层和顶盖层。因此，为了增大相对于顶盖层导电性的沟道层迁移率，现行系统必须在低于300°K的温度(例如在77°K)下来测量表面电阻和迁移率。这些仪器还需要复杂的校准过程。
破坏性地测量表面电阻和迁移率的技术是众所周知的。但是，这种技术必须破坏晶片或其它被测量的材料。
发明内容
用于无损测量片状材料中迁移率和载流子浓度的装置包括：微波源；配置成把从微波源接收的微波发送到片状材料(例如半导体晶片或平板显示器)的圆波导；用于接收正向微波功率的第一检测器；用于检测从材料反射的微波功率的第二检测器；以及用于检测霍尔效应功率的第三检测器。只传输TE11模式的圆波导由晶片端接，在晶片后面1/4波长距离的地方设置短路器。垂直于晶片平面(沿着波导管的轴线)施加可变磁场。在这种配置下，给定的入射的TE11模式将引起两束反射波。一束是与入射波的极化方向一致的普通反射波，这束波被用于测量表面电阻。另一束反射波是由霍尔效应引起的。其极化方向垂直于前述波束，并且可以用适当配置的探头单独检测这束波。
用于测量导电片状材料中的迁移率和载流子浓度的装置包括：微波源；设置来接收来自微波源的微波辐射的圆波导；适合于将片状材料元件固定在测量位置上以便接收从圆波导发送的微波辐射的安装支架；设置成在测量位置感生磁场的磁体；设置成检测微波辐射源的功率的第一检测器；设置成检测从测量位置上的片状材料元件反射的微波功率的第二检测器；以及设置成检测霍尔效应微波功率的第三检测器。还可以设置第四个检测器来检测测量位置上的磁场强度。
用于测量导电片状材料元件的迁移率和载流子浓度的方法包括以下步骤：产生微波辐射；仅仅把所产生的微波辐射中的TE11模式依次向导电短路器和片状材料样品发送；在所述发送步骤期间，施加具有经过选择的强度的磁场；在正向位置检测微波场强度；检测分别从导电短路器和样品反射回来的微波场强度；检测霍尔效应的微波场强度；以及根据所检测到的微波场强来计算迁移率和载流子浓度的值。
用于测量导电片状材料中的迁移率和载流子浓度的方法，所述方法包括以下步骤：从微波源产生微波辐射；依次向导电短路器和处于测量位置的片状材料样品只发送具有横电波1，1模式的所述产生的微波辐射；在所述发送步骤期间，在所述测量位置上施加具有第一选择强度的磁场；利用具有第二选择强度的磁场重复上述施加磁场的步骤；在执行上述发送微波辐射和施加磁场的步骤期间，在正向位置检测微波场强度；在执行上述发送微波辐射和施加磁场的步骤期间，检测从所述导电短路器和所述样品中的每一个反射的反射微波场强度；在执行上述发送微波辐射和施加磁场的步骤期间，检测霍尔效应反射微波场强度；根据所述检测的微波场强度，计算迁移率和载流子浓度的数值。
附图说明
图1是根据本发明的装置的示意图。
图2是根据本发明的装置的示意图。
图3是根据本发明的装置的部分视图。
图4是图3的装置的截面图。
图5是根据本发明的装置的视图。
图6是根据本发明使用的软件的流程图。
具体实施方式
本发明包括测量导电材料的表面电阻和载流子浓度的装置和方法。所述装置包括微波源，微波源的输出端耦合到波导结构，在所述结构中，一小部分入射波被转移，而大部分入射波沿着主分支传输。主分支耦合到圆波导。而圆波导只传送TE11(横电波1，1)模式。圆波导在接口处接收辐射，并将辐射输出到测试区，所述测试区具有一个安装口，用于或者支承导电的测试样品、例如短路器或者支承待测试的晶片或其它导电的片状元件。提供磁体以便向测试区施加磁场。在本发明的方法和装置中，在计算表面电阻和载流子浓度时至少检测四个值。提供一个检测器以便检测总的微波输出功率。提供第二个检测器以便检测常规的具有与入射波相同的极化方向的反射波强度。提供第三个检测器以便检测具有与入射波相反的极化方向的第二束反射波的强度。最好提供霍尔效应探头来检测这束反射波，所述探头电耦合到定向耦合器。入射波中被转移的那部分在穿过衰减器和移相器之后也被耦合到这个霍尔定向耦合器，用于校准的目的。然后霍尔定向耦合器耦合到检测器。第四个检测器检测磁场强度。
图1和图2从示意地画出根据本发明的装置10的各部件。装置10包括微波源模块15，它可以提供频率为10GHz左右的微波，但是其它频率也可以使用。例如，可以使用较高的频率以便使被测晶片或其它样品上测量面积更小。微波源模块15可以包括例如耿氏二极管，也可以使用其它微波源。源模块15包含诸如耿氏二极管的微波源16，微波源16通过波导管耦合到隔离器17。隔离器17可以具有传统的或其他合适的设计以便防止辐射从装置10的其它地方进入源15。源模块15还包括功率检测器18，用于检测微波场的强度。检测器18还称为正向功率检测器。
源模块15的输出可以耦合到用于将正向功率的一小部分转移到侧分支的装置。所述用于将正向功率的一小部分转移到侧分支的装置可以是耦合器21。耦合器21例如可以是十字型定向耦合器。更具体地说，是20dB十字型定向耦合器。分出一部分正向功率的目的是校准霍尔效应探头，在没有磁场的情况下将探头调零。侧分支22具有计算机控制的可变衰减器35和计算机控制的可变移相器40，以便产生非常小的具有适当相位的信号，用于在没有磁场条件下在将霍尔效应探头调零时进行超精细的对比。由于所述可变衰减器和所述可变移相器通常是用计算机控制的，因此便于调节。但是应该明白，在原理上，可变衰减器和可变移相器是可以用手工调节的。
耦合器21的主输出端将被称为主分支24。主分支24最好具有用于将微波辐射传输到转换器25的波导。主分支24可以包括传统的矩形波导20。如图2所示，在主分支24中还示出反射功率检测器23。反射功率检测器23检测从转换器25向耦合器21传送的微波功率。反射功率检测器23检测从测试样品返回到主分支24中的反射功率。
如上所述，提供设置成接收来自源15的微波辐射的圆波导50。具体地说，圆波导50通过耦合器21和主分支24耦合到源15。传统的矩形波导20通过匹配的转换器25耦合到圆波导50中。圆波导50是具有圆形截面的圆柱形波导管。圆波导50只传输TE11模式的辐射。圆波导接口25与圆波导50耦合，如图2中所示。必须仔细地校准圆波导50与传统波导20的耦合，以便将信号的反射和损失减到最小。现将校准过程说明如下：将圆波导50安装在接口25上并且与传统波导20的长轴垂直。通过沿着圆波导50的长轴调整它相对于接口25的位置，达到校准的目的。在一个实施例中，圆波导50沿着螺纹轨道安装在接口25上。形成可以转动圆波导50的手柄形式的圆波导调节器55、以便可以调整圆波导50的垂直位置。
提供安装支架60以便将片状材料样品固定在可以接收从圆波导50发送的微波辐射的测量位置上。样品可以是晶片或其它导电的测试材料59。安装支架60可以是真空吸盘的形式。提供短程调谐调节器65以便精确地移动安装支架60。安装支架适合于将晶片或其它片状材料夹持在圆波导50的与接口25相对的末端。在晶片或其它材料的不是面对圆波导50开口的一侧设置活动短路器58。短路器58将设置在离开晶片或其它材料1/4波长的地方。短路器58具有导电片的形式、例如敷铜电路板。
如上所述，在源模块15内设置检测器18，以便在正向功率分裂为主分支24和侧分支22之前测量正向功率。在主分支24内设置检测器23，以便检测反射的微波功率。检测器23所检测的反射辐射的极化方向与正向微波辐射相同。将霍尔探头70插入圆波导50中，所述霍尔探头设置成测量从位于真空吸盘的材料反射回来的霍尔效应微波辐射。所述霍尔效应微波辐射的极化方向垂直于入射波的极化方向。如下面要讨论的那样，所述校准过程为霍尔探头95只检测霍尔效应辐射提供保证。
霍尔探头70通过同轴线75连接到定向耦合器80的输入端。定向耦合器80可以是20dB的定向耦合器。分支22的输出端在经过衰减器模块和可变移相器之后连接到定向耦合器80输入端。定向耦合器80的输出端耦合到霍尔检测器95。如下所述，所述校准过程为霍尔检测器95只检测其极化方向垂直于正向辐射的极化方向的辐射提供保证。因此这种辐射是从样品反射回来的霍尔效应辐射。
现在来讨论转换器、圆波导和安装支架的示范实施例的详细情况。图3是接口25的部分剖视等距视图。图4是沿图3的4-4线截取的截面图。接口25具有其一端与常规波导20耦合的主矩形腔100。在矩形腔100的向上的一侧设置开孔，圆波导50连接到此开口。在接口25的内部，在常规波导20的对面，设置波束阻止器115，所述波束阻止器完全填满开孔并具有锥形表面、最好在120处与垂直方向构成30度角。下面将指出，本专业的技术人员可以通过另一种设计来修改接口25，以便将在圆波导50和常规波导20之间的接口处的反射和损失减至最小。在图3-4中，可以看到，圆波导包括探头法兰107，在探头法兰107的上端(在110处)有一个供探头用的开口。霍尔探头可以插入110处。
图5是描绘示范性配置的侧视图，所述配置包括圆波导50、夹具或安装支架60以及相关的示范性硬件。夹具或安装支架60的作用是固定片状材料元件以便接收来自圆波导50的微波辐射。图中示出与接口25耦合的常规波导20。设置在圆波导50的与耦合到接口25的一端相对的一端的探头法兰107位于真空吸盘形式的夹具60的对面。真空吸盘60由一条臂支撑，所述臂就是吸盘夹具62。吸盘夹具62由可调节螺钉121、122支撑，从而可以沿着两条轴的方向调整真空吸盘60的位置。螺钉121、122被支承在桥124上，以可调节的方式安装所述桥本身，如125和126所示。螺钉122配备弹簧123用于减缓桥124传来的振动。显然，可以采用其它结构来将夹具60相对于圆波导50定位。图5还一般地示出提供所需磁场的磁体130的位置。施加垂直于晶片或其它样品平面并沿着圆波导50长轴的方向的磁场。提供所需磁场强度的一个或一个以上的合适的磁体的设计对于本专业的普通的技术人员来说不难做到。如下所述，在一个实例中，在固定在所述夹具上的晶片或其它样品处的磁场强度要求高达9kG。
下面讨论所述装置的校准和操作。整个过程可以在室温下进行。室温应理解为使人员能舒适地工作的温度范围。室温排除低温度，例如在大气压力下液氮沸腾的温度。最好将电压表接连到霍尔检测器电缆、输入端或正向功率位置、以及反射功率位置。使用高斯计来测量磁场强度。最好使用带有RS232或IEEE488总线通信接口的市售仪表。诸如敷铜PC板的短路器58设置在真空吸盘上面，并加以固定。将计算机控制的衰减调节器35调到最大。圆波导50的位置调整到使霍尔检测器95所获得的电压最小。一边监视着霍尔检测器的电压表，一边调节计算机控制的衰减器35，最好是利用计算机软件自动执行，以便使检测电压达到最小值。然后调节计算机控制的相位调整器40，最好利用计算机软件自动地进行，以获得霍尔检测电压的最小值。利用计算机软件自动地进行衰减调节和相位调节，以获得最小值。将霍尔检测器电压、正向检测器电压和反射检测器电压记录下来。撤除短路器，并代之以将待检验的样品。调整真空吸盘位置的短程调谐调节器65，以便获得最小反射功率。圆波导调整器55、衰减调整器35和相位调整器40的调节原则都是令霍尔检测器的读数最小。然后在零磁场强度的条件下记录所述三个电压读数，并且随后在相继的递增的磁场强度条件下记录所述三个电压读数。磁场强度的范围至少是0-9kG。最好使用控制磁体电源的计算机软件来自动地改变磁场强度以获得所需的磁场。原理上，根据本方法可以大幅度降低所使用的磁场强度。可以优化磁场值的数目和磁场值之间的间隔、以期获得最好的分析精度。
接下来对数据进行解析以获得迁移率和表面电阻的读数。参看图6，该图提供了软件的概貌。所述软件可能是为使用intel的奔腾或兼容芯片作为处理器、使用DOS或Windows操作系统的个人计算机编写的。上面所述的硬件系统总体上由方框600表示。第一个模块605是信号采集和控制模块。所述模块接收来自上述装置的检测器的信号并控制可变移相器和衰减器模块以及磁体。所接收的信号有：霍尔功率检测；铜短路器和晶片的正向功率检测；铜短路器和晶片的反射功率检测；以及磁场强度检测。使这些信号通过模拟数字转换器，而模块605获得数字输出值。获取这些信号以后，相应的电压输入数值被传递到信号相关模块610以便进一步处理。
信号相关模块610接收来自信号采集模块605的输入信号作为原始输入电压。将这些电压输入到算法中以获得用正确的工程单位表示的数值。这个步骤是直接相关过程。
信号相关模块610的输出被转换模块615接收。转换模块将所述输出转换成Sigma文件结构625，然后Sigma文件结构625被迁移率谱分析模块630读取。所述Sigma输出文件包括14行一般测试信息，通常包括；样品名称、日期和类似信息，接下来是一行包含样品厚度的信息，接着是关于采集霍尔数据的每个磁场的行。这些数据行中的每一行包含用标记分隔的多个项目，分别代表磁场、Sigma_XX，SD_XX，Sigma_XY，SD_XY，这里SD_XX和SD_XY分别是Sigma_XX和Sigma_XY值的标准偏差。所有数据项都用MKSA单位表示。也就是说，厚度的单位是米、磁场的单位是特斯拉(Teska)，而导电率的单位是“西门子/米”(Siemens/Meter)。所述文件用作迁移率谱分析模块的输入以便最后获得迁移率和电荷载流子密度。所述模块包括两个单独的可执行程序，它们进行各种数学运算以便分析与磁场有关的霍尔数据。这些模块从Sigma输出文件中读取数据并产生迁移率谱输出文件635，所述迁移率谱输出文件包含其峰值表示存在离散的载流子类型的迁移率谱和多载流子拟合(Multi-Carrier-Fit)文件640，所述多载流子拟合文件包含这些载流子类型的最可能的迁移率和电荷载流子密度值。
找出比迁移率峰值更加准确更加量化的答案的唯一方法是通过针对样品的载流子作出某些假设来限制可能解的范围。例如，多载流子拟合技术就明显地假定存在固定数目的载流子，每一种载流子有离散的迁移率。
由软件执行的计算涉及下面的原则；当把处在晶片背后位于空腔背面的微波短路器调整到合适的距离时，幅度反射系数Γ、晶片的表面电阻R和TE11模式的圆波导阻抗Z之间的关系为：
Γ＝(R-Z)/(R+Z)
对于半径为1.045cm的圆波导而言，阻抗已经确定为697.5欧姆/平方，这使得可以精确地测量薄的顶盖层。
必须确定在晶片处的微波电场。在各坐标轴的电场幅度，例如EX，可以表示为EX＝(1+Γ)(Pincident/A)1/2，而且，EY＝(PHall/A)1/2。在x方向，所述幅度是入射波幅度和反射波的幅度的和或者所传输的(驻波)波的幅度。对于y方向，唯一传播的微波信号是霍尔波，所述霍尔波是由晶片产生的并在反射方向上检测到的。值A是常数，它可以由在波导模式的整个圆形截面上的积分决定。可以利用这些值将对应于坐标轴的电导率σxx或σxy表示为σxx＝(1/Z)(1-Γ2-F2)/((1+Γ)2+F2)和σxy＝(F/(2z(1+Γ))((1+Γ)(3-Γ)-F2)/((1+Γ)2+F2)，这里， F = E Y 1 - / E x 1 + 。还有一个常系数用于与F的理论值相乘，因为局部垂直于被激励的TE11模式的电流并不准确地与正交的TE11模式耦合。所述常数可以通过积分获得并具有0到1之间的值。先前的分析假定，在晶片附近额外产生的TE11模式可以忽略。在某些情况下，这是不对的。对于那些情况，已经开发出多模分析技术，并可以用于根据反射的微波功率来确定Sigma_XX和Sigma_XY。
为了得到迁移率，使用以上的计算结果以及所测得的磁场强度B。对于在单一导电层一种载流子的样品，载流子迁移率由如下公式给出：μ＝(σxy/B)/σxx。
多载流子拟合过程的工作流程如下：首先，所述程序采用单形(Simplex)法、通过将拟合的霍尔数据和所测的霍尔数据(σxx和σxy)之间的最小方差(least square deviation)减至最小来确定单一载流子的最佳拟合。每一个测量数据的不确定性用于对最小平方和中的各项进行加权，从而获得最接近解。根据海赛(Hessian)矩阵最小化后(解求出时)的各分量来估计推导的迁移率和载流子密度的不确定性。
接下来，所述程序使用两种载流子来确定最佳拟合。通过将先前确定的单载流子迁移率置换为稍高一点和稍低一点的数值而获得单形(Simplex)过程的起始值。所述单形(Simplex)过程除了现在有两个迁移率的变化之外，与针对单载流子的等同。导出参数中的不确定性还是与描述单载流子的情况相同。所述程序还使用统计学上的F测试来估计第二种载流子的重要程度，也就是说，估计第二种载流子的加入是不是将所述拟合改善到足以得出第二种载流子可能存在的结论的程度。这是一个非常有用的特征，因为它使得用户能够估计存在于样品中的统计学上重要的载流子的数目。继续所述过程，一次加入一种载流子并估计被加入载流子的重要性，直至载流子的数目超过磁场数目的一半为止。此时，过程终止。
通过与先前的已知的破坏性技术，即接触式单磁场DC霍尔技术相比较，总结一下测试结果，并列出如下：
表格
PHEMT测试结果汇总
A-接触式单磁场DC霍尔
B-非接触式多磁场RF
薄顶盖层PHEMT样品
  #1晶片的迁移率cm2/V-s   表层电荷X E12载流子/cm2
  A   5391   2.67
  B   4721   2.848
  B   4780   2.837
  B   47534751.3   2.8592.848
  STD   24.115   0.00898146
  STD％   0.508％   0.315％
  #2晶片迁移率cm2/V-s   表层电荷X E12载流子/cm2
  A   5391   2.67
  B   4721   2.831
  B   4780   2.852
  B   47534751.3   2.8272.83666667
  STD   24.115   0.01096459
  STD％   0.508％   0.387％
厚顶盖层PHEMT样品
  迁移率cm2/V-s   表层电荷X E12载流子/cm2
  A   7096   2.44
  B   7783   1.46
可以提供针对全半导体晶片或平板显示器材料的非破坏性和非接触式测量的、操作人员只需经过最少的训练就能使用的分析软件。通过改变可以很容易修改的测试参数，可以使有经验的研究人员具有进行有深度的研究的能力。这些参数包括磁场强度、微波信号沿着所述分支的衰减和相位。所述软件还能提供包括绘画迁移率谱曲线的图形显示，而导电率和浓度则作为迁移率的函数。
可以利用针对每一磁场数据的单载流子解来显示载流子浓度和迁移率随磁场强度而变的曲线。单载流子解可以用于对分析作一般性检查；具有单载流子的样品应该呈现与磁场强度无关的相同的载流子浓度和迁移率。相反，具有多于一个可检测的载流子的样品应呈现随磁场强度的变化。
在软件的文本窗口，可以以表层浓度数值的形式显示所有结果。通过查阅软件的结果屏幕的窗口，可以开始进行电载流子的体积浓度的计算。如果选择进行所述操作，则用多载流子技术提取出单载流子解并将其与关于层厚度和载流子类型的输入字段一起显示在单独的窗口。所述信息用于计算从上表面到上衬底界面的耗尽宽度、以便可以获得导电层的真正厚度。
应当指出，通过对样品进行测试、然后在垂直于圆波导50的中心轴的平面上移动安装支架上的样品、再重复所述测试，可以获得整个层上迁移率和载流子浓度的变化。这个过程可以重复下去，以便得到迁移率和载流子浓度的分布图。
虽然上面已经就特定的实施例描述了本发明，但对本专业的技术人员来说，在本发明的精神和范围内的修改和替换是显而易见的。

Claims (15)

1.一种用于测量导电片状材料中的迁移率和载流子浓度的装置，所述装置包括：
微波源；
设置成接收来自所述微波源的微波辐射的圆波导；
适合于将片状材料元件定位在测量位置上以便接收由所述圆波导传送的微波辐射的安装支架；
设置成在所述测量位置感生磁场的磁体；
用于检测所述微波源的功率的第一检测器；
用于检测从所述测量位置的片状材料元件反射的微波辐射的功率的第二检测器；以及
用于检测霍尔效应微波功率的第三检测器。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于还包括设置在所述圆波导中的探头，所述探头与所述第三检测器耦合。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于还包括设置成从所述源接收微波辐射的定向耦合器，所述定向耦合器与侧分支和主分支耦合，所述主分支耦合到所述圆波导，而所述侧分支耦合到所述第三检测器。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述侧分支被通过可变衰减器和可变移相器耦合到所述第三检测器。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于还包括用于从所述检测器接收数据并且根据所述数据计算迁移率和载流子浓度的计算装置。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于还包括在所述微波源和所述圆波导之间的常规波导，其中，以能够相对于所述常规波导调节位置的方式设置所述圆波导。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于：所述第二检测器设置成检测在所述常规波导中的反射的微波场强度。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于还包括用于检测所述测量位置的磁场强度的检测器。
9.一种用于测量导电片状材料中的迁移率和载流子浓度的方法，所述方法包括以下步骤：
从微波源产生微波辐射；
依次向导电短路器和处于测量位置的片状材料样品只发送具有横电波1，1模式的所述产生的微波辐射；
在所述发送步骤期间，在所述测量位置上施加具有第一选择强度的磁场；
利用具有第二选择强度的磁场重复上述施加磁场的步骤；
在执行上述发送微波辐射和施加磁场的步骤期间，在正向位置检测微波场强度；
在执行上述发送微波辐射和施加磁场的步骤期间，检测从所述导电短路器和所述样品中的每一个反射的反射微波场强度；
在执行上述发送微波辐射和施加磁场的步骤期间，检测霍尔效应反射微波场强度；
根据所述检测的微波场强度，计算迁移率和载流子浓度的数值。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：所述发送步骤包括通过圆波导传送微波辐射。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于：所述检测霍尔效应反射微波场强度的步骤包括在所述圆波导中设置探头并从所述探头发送信号到耦合器，同时将来自所述微波源的信号中经过衰减和移相的部分发送到所述耦合器，并将所述耦合器的输出发送到检测器。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于：所述发送步骤包括将微波辐射通过常规波导发送到所述圆波导。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于：所述检测反射的微波场强度的步骤包括在设置成检测所述常规波导中的微波场强度的检测器中检测所述反射的微波场强度。
14.如权利要求10所述的方法，其特征在于还包括在检测微波场强度的同时调整所述圆波导的位置的步骤。
15.如权利要求9所述的方法，其特征在于还包括在执行所述发送步骤的同时检测磁场强度的步骤。
CNB028135350A 2001-05-03 2002-04-30 用于片状材料的无损测量和绘制分布图的方法和装置 Expired - Fee Related CN1252463C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US28826601P 2001-05-03 2001-05-03
US60/288,266 2001-05-03

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1531656A CN1531656A (zh) 2004-09-22
CN1252463C true CN1252463C (zh) 2006-04-19

Family

ID=23106424

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB028135350A Expired - Fee Related CN1252463C (zh) 2001-05-03 2002-04-30 用于片状材料的无损测量和绘制分布图的方法和装置

Country Status (8)

Country Link
US (1) US6791339B2 (zh)
EP (1) EP1386134A4 (zh)
JP (1) JP4022474B2 (zh)
KR (1) KR100748997B1 (zh)
CN (1) CN1252463C (zh)
AU (1) AU2002309619A1 (zh)
TW (1) TWI221928B (zh)
WO (1) WO2002090922A2 (zh)

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8207748B2 (en) * 2004-08-11 2012-06-26 Lehighton Electronics, Inc. Device and handling system for measurement of mobility and sheet charge density
WO2006020631A1 (en) * 2004-08-11 2006-02-23 Lehighton Electronics, Inc. Device and handling system for measurement of mobility and sheet charge density in conductive sheet materials
US20060153739A1 (en) * 2005-01-13 2006-07-13 Hilderbrand Glen D Methods and systems for testing materials
ES2380638T3 (es) 2005-11-14 2012-05-17 Lehighton Electronics Inc. Sistema de medición de la conductancia/resistencia laminar
DE102008064400A1 (de) * 2008-06-02 2009-12-03 Rohde & Schwarz Gmbh & Co. Kg Mikrowellenuntersuchung mit einem Kontrastmittel
US8212573B2 (en) * 2009-01-15 2012-07-03 The Curators Of The University Of Missouri High frequency analysis of a device under test
CN103033734B (zh) * 2012-12-31 2015-05-27 西安电子科技大学 基于非接触式霍尔效应测量石墨烯载流子迁移率的方法
DE102013204586A1 (de) 2013-03-15 2014-09-18 Siemens Aktiengesellschaft Sensor und Verfahren zur Ermittlung einer dielektrischen Eigenschaft eines Mediums
CN104422826A (zh) * 2013-08-19 2015-03-18 鸿富锦精密电子(天津)有限公司 电波暗室及其电波测试装置
JP5798669B2 (ja) * 2013-12-03 2015-10-21 株式会社神戸製鋼所 酸化物半導体薄膜の評価方法、及び酸化物半導体薄膜の品質管理方法、並びに上記評価方法に用いられる評価装置
US9897560B2 (en) * 2014-12-15 2018-02-20 Raytheon Company Screening of electronic components for detection of counterfeit articles using automated inspection system
US10790203B2 (en) 2016-04-26 2020-09-29 Active Layer Parametrics, Inc. Methods and systems for material property profiling of thin films
US11289386B2 (en) 2016-04-26 2022-03-29 Active Layer Parametrics, Inc. Methods and apparatus for test pattern forming and film property measurement
US10586318B2 (en) 2016-10-07 2020-03-10 Raytheon Company Automated model-based inspection system for screening electronic components
CN106504994A (zh) * 2016-11-08 2017-03-15 信利（惠州）智能显示有限公司 多晶硅薄膜晶体管的生产方法
US10551427B2 (en) 2017-02-14 2020-02-04 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Method for multicarrier mobility spectrum analysis
CN112805579A (zh) * 2018-10-05 2021-05-14 横河电机株式会社 磁检测装置、传输线路以及磁检测方法
US11041827B2 (en) * 2019-04-12 2021-06-22 International Business Machines Corporation Carrier-resolved photo-hall system and method
CN110487328B (zh) * 2019-08-14 2021-06-01 中国科学院近代物理研究所 一种高功率输入耦合器的驻波谐振老练装置及方法
US11061083B1 (en) 2020-05-12 2021-07-13 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Method for maximum-entropy mobility spectrum analysis
CN113705087B (zh) * 2021-08-09 2024-03-19 南京大学 一种基于统计机器学习方法的载流子迁移率谱分析系统和方法
CN114235899B (zh) * 2021-12-16 2023-11-03 安徽光智科技有限公司 一种超高纯锗单晶载流子浓度的检测方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH391804A (de) * 1961-12-08 1965-05-15 Siemens Ag Albis Sende-Empfangs-Weiche
US4087745A (en) * 1977-07-28 1978-05-02 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Technique for contactless characterization of semiconducting material and device structures
US4605893A (en) 1984-09-06 1986-08-12 International Business Machines Corporation Contactless measurement of electrical properties of wafer shaped materials
JPH0770578B2 (ja) 1990-03-27 1995-07-31 大日本スクリーン製造株式会社 半導体基板の表面状態評価方法およびその装置
US5103182A (en) * 1990-04-02 1992-04-07 Texas Instruments Incorporated Electromagnetic wave measurement of conductive layers of a semiconductor wafer during processing in a fabrication chamber
JPH04134901A (ja) * 1990-09-26 1992-05-08 Toshiba Corp 水平及び垂直両偏波受信用入力装置
AU6888996A (en) * 1995-09-11 1997-04-01 Yissum Research Development Company Of The Hebrew University Of Jerusalem Near-field resistivity microscope
US6100703A (en) * 1998-07-08 2000-08-08 Yissum Research Development Company Of The University Of Jerusalum Polarization-sensitive near-field microwave microscope

Also Published As

Publication number Publication date
JP2005501224A (ja) 2005-01-13
EP1386134A2 (en) 2004-02-04
AU2002309619A1 (en) 2002-11-18
WO2002090922A2 (en) 2002-11-14
US6791339B2 (en) 2004-09-14
KR100748997B1 (ko) 2007-08-13
US20030016032A1 (en) 2003-01-23
KR20040015241A (ko) 2004-02-18
TWI221928B (en) 2004-10-11
WO2002090922A3 (en) 2003-05-22
EP1386134A4 (en) 2009-07-29
JP4022474B2 (ja) 2007-12-19
CN1531656A (zh) 2004-09-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1252463C (zh) 用于片状材料的无损测量和绘制分布图的方法和装置
CN1666109A (zh) 时－频域反射仪的装置及方法
US20180011212A1 (en) System for exploring underground geophysical properties and method for analyzing underground geophysical properties using the same
WO1994019701A1 (en) Permittivity spectroscopy apparatus and method
CN106018973A (zh) 一种微带测试纳米薄膜微波电磁参数装置
CN105527243A (zh) 一种基于太赫兹光谱技术测量石墨烯薄膜电导的方法
JP4560546B2 (ja) 導電性シート材料のシート電荷密度と移動度の測定のための装置及び取り扱いシステム
US6201400B1 (en) Bulls-eye mid-frequency impedance probe
US5804976A (en) Device for determining the ratio of substances
CN114527512A (zh) 一种频率域无人机多频电磁探测水平梯度采集系统
CN105548713B (zh) 阻抗调节器校准系统及校准方法
Lin et al. Comprehensive wave propagation model to improve TDR interpretations for geotechnical applications
US8207748B2 (en) Device and handling system for measurement of mobility and sheet charge density
CN106643587B (zh) 一种基于微波透射法的金属薄膜厚度测量方法
US7109724B2 (en) Method and apparatus for nondestructive measurement and mapping of sheet materials
CN108760839A (zh) 一种用于雷达结构中电绝缘材料微损伤检测的方法
CN117169250A (zh) 检测装置和检测方法
EP0224582A1 (en) Calibration apparatus for integrated circuits
Dihya et al. Near field microscopy for the diagnosis and characterization of materials
JP2004031348A (ja) 周波数領域特性を利用したｐｄｐ電極検査方法及び装置
SU1626191A1 (ru) Способ определени поверхностного сопротивлени провод щей пленки
CN118655381A (zh) 一种液晶相控阵天线测试方法
CN115356562A (zh) 一种动车组辐射骚扰源近场定位系统及方法
CN118670606A (zh) 一种MXene基压力传感器阵列灵敏度的太赫兹技术检测方法
CN116559753A (zh) 一种紧缩场静区平面波幅相特性自动化校准系统和方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20060419

Termination date: 20180430