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Anordnung zur fortlaufenden selbsttätigen Messung des elektrischen
Leitwerkes eines festen, anisotropen Körpers, insbesondere eines Halbleiterkörpers
Bisher war es üblich, die differentiellen Leitfähigkeitswerte eines Körpers dadurch
zu bestimmen, daß eine Spannung durch Elektroden an den Körper herangeführt wird
und der differentielle Potentialverlauf mit zwei Tastspitzen abgetastet und am Spannungsmesser
abgelesen wird.
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Es ist bereits ein verfeinertes Meßverfahren bekannt, in dem vier
Tastspitzen zusammen in einem Meßkopf hintereinander, d. h. auf einer Geraden liegend,
angeordnet sind. Durch die beiden am Ende befindlichen Spitzen wird ein konstant
einzustellender Strom (z. B. durch Hochvoltquelle mit vorgeschaltetem Hochohmwiderstand)
durch die Probe geleitet, und durch die beiden mittleren Spitzen wird eine Potentialdifferenz
auf der Probe abgetastet. Der Meßkopf soll als Ganzes an die Probe herangeführt
werden, und die Probe ist von Hand durch einfache Hebelbetätigung auf beliebig zu
wählende Meßpunkte einstellbar. So kann eine große Zahl von Punkten abgetastet werden,
und eventuelle Fehlerstellen können mit einiger Wahrscheinlichkeit erkannt werden.
Nicht unmittelbar und erst durch mechanische Verstellung verglichen werden konnten
die insbesondere in Kristallen unterschiedlichen Leitwerte in Längs- und Querrichtung
des Probekörpers. Selbst bei einer guten Feinmechanik ist aber eine vollkommene
Ortsidentität bei nacheinanderfolgender Messung in Längs- und Querrichtung nicht
zu erzielen.
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur fortlaufenden selbsttätigen
Messung des elektrischen Leitwertes eines festen, anisotropen Körpers, insbesondere
eines Halbleiterkörpers mit Meßelektroden, die an entsprechende Oberflächenstellen
dieses Körpers angelegt werden. Gemäß der Erfindung ist nun ein Meßkopf mit mehr
als zwei zueinander derart orientierten Meßelektroden vorgesehen, daß wahlweise
eine Leitwertmessung in zwei annähernd senkrecht zueinander liegenden Richtungen
möglich ist und daß zur Automatisierung des Meßvorganges Antriebs- bzw. Schaltmittel
für diesen Meßkopf vorgesehen sind, die die Meßelektroden in einer ersten Meßphase
derart schalten, daß eine Leitwertmessung in der einen Ausdehnungsrichtung des zu
untersuchenden Körpers erfolgt, die anschließend eine Umschaltung der Meßelektroden
in einem solchen Sinne vornehmen, daß in einer zweiten Meßphase eine Leitwertmessung
des zu untersuchenden Körpers in seiner anderen Ausdehnungsrichtung erfolgt, und
die schließlich eine Relativbewegung zwischen Meßkopf und zu untersuchendem Körper
zur Erreichung der nächsten Meßstelle durchführen, in der der zuvor abgehobene Meßkopf
auf den zu untersuchenden Körper wieder aufgesetzt wird.
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Insbesondere wurde eine Konstruktion erprobt, bei der im Meßkopf vier
Elektroden derart zueinander angeordnet sind, daß sie die Ecken eines Quadrates
bilden. Mit einer Konstruktion mit drei Elektroden, die zueinander derart angeordnet
sind, daß sie einen rechten Winkel bilden, können aber ähnliche Aufgaben gelöst
werden.
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Erst durch diese Anordnung wird es möglich, mit vollkommener Ortsidentität,
die bei mechanischer Veränderung verlorengeht, an der Probe die Leitfähigkeitswerte
gleichzeitig in Längs- und Querrichtung zu messen. Wenn unter den Tastspitzen, z.
B. im Halbleiter; eine Formierung eintritt, so muß diese für vergleichbare Längs-
und Querwerte dieselbe sein; daher dürfen die Tastspitzen nicht bewegt werden.
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Dieses Meßverfahren ist erforderlich, wenn z.B. ein Halbleiterkristall
an seiner Oberfläche lückenlos, reproduzierbar und mit Standardwerten vergleichbar
auf seine beigemengten Spurenstoffe und Fehlerstellen untersucht werden soll. Hier
werden auch kleinere Inhomogenitäten erfaßt, was bei den früheren Stichprobenmessungen
nicht regelmäßig der Fall war. Erst jetzt wird bei Erfassung aller Meßwerte ein
vollautomatisches Ausmessen des Probekörpers dadurch möglich, daß nach erfolgter
Aufnahme und automatischer Registrierung beider (Längs- und Quer-) Meßwerte auf
einem Registrierstreifen der Meßkopf automatisch abgehoben, eine Relativbewegung
zwischen Meßkopf und Probekörper um eine vorgegebene Strecke bis zur nächsten Meßstelle
ausgelöst und dort der Meßkopf wieder aufgesetzt wird. Durch die Automatisierung
wird neben der Möglichkeit einer schnellen Massenauswertung im Großbetrieb eine
größere Meßgenauigkeit als vorher erzielt.
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Ein Ausführungsbeispiel: des erfindungsgemäßen Meßkopfes und die
entsprechende automatische Vorschubeinrichtung sind in der Zeichnung dargestellt.
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Die Fig. list eine Skitzze für die Anordnung der vier Meßspitzen
auf der Probe; Fig. 2 zeigt den Tastkopf im Schnitt und Fig. 3 ist das Ausführungsbeispiel
der vollautomatischen Tast und Vorschubeinrichtung.
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In Fig. 1 ist ein Ausschnitt aus dem Probestück skizziert, auf ihm
die vier im Quadrat angeordneten Meßspitzen a, b, c, d. Die Längsrichtung ist mit
1 bezeichnet (Pfeil), die Querrichtung mit II. Bei Messung in -Richtung F fiießt.der
Strom von a nach b, und die Spannungsmessung erfolgt zwischen c cund d.
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Nach Umschaltung erfolgt die Messung in Richtung II so, daß der Strom
von a nach c fließt und die Spannung zwischen 6 und d gemessen wird.
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Fig. 2 zeigt den Tastkopf im Schnitt; drei Tastspitzen sind zu sehen.
Die Tastspitzen befinden- sich auf dünnen Federstahldrähten 1, die zur Federung
gelockt sind. Der Tastkopfkörper 2 ist aus Isolierstoff, vorzugsweise Plexiglas.
Die Stahlstifte werden durch Schrauben in metallenen Kontaktkörpern 3 gehalten.
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Fig. 3 zeigt das Beispiel des vollautomatischen Vorschubs. Darin
ist 1' der angedeutete Probekörper, der durch den skizzierten Tastkopf 2 mit den
Tastspitzen abgetastet wird. Der Tastkopf ist wiederum austauschbar mit Steckkontakten
in der Tastkopffassung 3' gehalten; diese befindet sich in der eisernen Halterung
4, die gleichzeitig den Anker des Tastkopfmagneten 5 bildet. Bekommt der Tastkopfmagnet
Strom, so hebt sich der Tastkppf ab, und der Vorschub kann erfolgen. Nach erfolgtem
Vorschub wird dieser Strom wieder ausgeschaltet, und die Feder 6 drückt den Tastkopf
wieder an die Probe. Der Vorschub-erfolgt also durch die vier nacheinanderfolgenden
Schaltphasen: Tastkopfmagnetstrom ein - Vorschubmagnetstrom ein - Vorschubmagnetstrom
aus -Tastkopfmagnetstrom aus. An einer federnden Aufhängung 7 befindet sich der
Vorschubkörper 8, der wieder durch eine Feder in seiner Ruhelage gehalten wird.
Der Vorschubmagnet 9 zieht jedoch mit seinem Eisenkern 10 den Vorschubkörper bei
eingeschaltetem Strom so an, daß dieser eine kleine Drehung (um eine senkrecht zur
Zeichenebene stehende Achse rechtsherum) macht und dabei auf der darunter befindlichen
Zahnleiste eine Verschiebung des ganzen Aufbaues
um eine halbe Zahnbreite bewirkt.
Wird der Strom wieder ausgeschaltet, erfolgt die Rückdrehung, und der ganze Aufbau
verschiebt sich um eine weitere halbe Zahnbreite.
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PTENTANSPRCCHE: 1. Anordnung zur fortlaufenden selbsttätigen Messung
des elektrischen Leitwertes eines festen anisotropen Körpers, insbesondere eines
Halbleiterkörpers, mit Meßelektroden, die an entsprechende Oberflächenstellen dieses
Körpers angelegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßkopf mit mehr als zwei
zueinander derart orientierten Meßelektroden vorgesehen ist, daß wahlweise eine
Leitwertsmessung in zwei annähernd senkrecht zueinander liegenden Richtungen möglich
ist und daß zur Automatisierung des Meßvorganges . Antriebs- bzw. Schaltmittel für
diesen Meßkopf vorgesehen sind, die die Meßelektroden in einer ersten Meßphase derart
schalten, daß eine Leitwertsmessung in der einen Ausdehnungsrichtung des zu untersuchenden
Körpers erfolgt, die anschließend eine Umschaltung der Meßelektroden in einem solchen
Sinne vornehmen, daß in einer zweiten Meßphase eine Leitwertsmessung des zu untersuchenden
Körpers in seiner anderen Ausdehnungsrichtung erfolgt und die schließlich eine Relativbewegung
zwischen Meßkopf und zu untersuchendem Körper zur Erreichung der nächsten Meßstelle
durchführen, in der der zuvor abgehobene Meßkopf auf den zu untersuchenden Körper
wieder aufgesetzt wird.