DE1172370B

DE1172370B - Einrichtung zum Messen des spezifischen elektrischen Widerstandes eines Laengen-abschnittes eines stabfoermigen Halbleiterkoerpers

Info

Publication number: DE1172370B
Application number: DES76102A
Authority: DE
Inventors: Hans Stut
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1961-09-30
Filing date: 1961-09-30
Publication date: 1964-06-18
Also published as: JPS409922B1; GB995922A; US3368148A; CH413103A

Description

Einrichtung zum Messen des spezifischen elektrischen Widerstandes eines Längenabschnittes eines stabförmigen Halbleiterkörpers Bei Halbleiterstäben wird vielfach die Kennlinie des Widerstandsverlaufes auf der Länge des Stabes ermittelt, um auf diese Weise einen Anhalt für die Einhaltung der Güte, d. h. einen unerwünschten Dotierungszustand und andererseits auch eventuell für einen erwünschten Dotierungszustand, zu erhalten. Es ist hierfür üblich, für einen Meßwert an dem stromdurchflossenen Stab jeweils zwischen zwei Punkten an seiner Länge den Widerstand zu messen und aus den dabei gemessenen Größen für den Spannungswert und den Stromwert schließlich den spezifischen Widerstand durch einen Rechnungsvorgang zu ermitteln.
Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Einrichtung zur Durchführung eines Verfahrens, durch das der spezifischeWiderstandsverlauf auf der Länge eines Halbleiterstabes in schneller und einfacher Weise ermittelt werden kann.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen des spezifischen elektrischen Widerstandes eines Längenabschnittes (Meßabschnitt) eines stabförmigen Halbleiterkörpers (Prüfling) mit beliebiger Funktion seines Querschnitts und spezifischen elektrischen Widerstandes über die Stablänge, beruhend auf der Messung des von einem durch den Meßabschnitt fließenden Strom erzeugten Spannungsabfalles. Die Einrichtung nach der Erfindung besteht aus einem in Querschnittswerten des Prüflings geeichten, einstellbaren, von einer konstanten Hilfsspannung gespeisten Sollwertspannung-Geber, aus Mitteln zum Bilden einer dem Strom im Prüfling proportionalen Istwertspannung, aus einem die Differenz aus Sollwert- und Istwertspannung bildenden Vergleich er und aus einem von diesem Vergleicher gesteuerten Stellglied zum Einregeln des Prüflingstromes im Sinne der Erzielung einer konstanten Stromdichte im Meßabschnitt.
Hierbei ergibt sich dann, daß mittels eines direkt in (Ohm X cm)-Werten, also Werten des spezifischen Widerstandes geeichten Meßinstrumentes, das an seinen Anschlußklemmen mit der Meßlänge des Prüfstabes in Verbindung gebracht wird, unmittelbar ein Wert des spezifischen Widerstandes ermittelt werden. kann, der gleich ist einer Konstanten mal dem am Halbleiterstab an der Meßlänge gemessenen Spannungsabfall. Dieser gemessene Spannungsabfall ist dann aber unmittelbar ein Maß für den spezifischen Widerstand, in dem somit begründetermaßen das Meßinstrument unmittelbar geeicht werden konnte.
Die Ermittlung des Durchmessers des Stabes von Hand kann mittels eines geeigneten mechanischen Meßgerätes erfolgen, wie z. B. einem Zangenmeß- gerät mit Meßskala oder ähnlichen geläufigen Meßinstrumenten.
Eine selbsttätige Messung des Durchmessers des Stabes könnte in an sich bekannter Weise z. B. erfolgen mittels induktiver Meßwertgeber oder auch optisch mit Hilfe von Fotozellen oder nach einer pneumatischen Methode, wobei der Stab von einem Hohlzylinder umgeben ist, der an seiner der Halbleiterstab-Oberfläche zugewandten inneren Mantelfläche mit düsenartigen oeffnungen versehen ist, durch die ein Druckgasstrom herausgeschickt wird, dessen Stro mungsbehinderung dann in ähnlicher Weise, wie es z. B. bei der Messung der Durchmesser von Zylinderbohrungen an Verbrennungskraftmaschinen bekannt ist, ein Maß für den Durchmesser des Stabes liefert.
Zur näheren Erläuterung der Einrichtung nach der Erfindung an Hand einer beispielsweisen Ausführung wird nunmehr auf die Zeichnung Bezug genommen.
In dieser bezeichnet 1 den Prüfling in Form eines Halbleiterstabes, der z. B. aus einkristallinem Silizium besteht. Durch diesen Halbleiterstab wird ein Strom bewirkt, der seinen Weg von einer Klemme 2 über den Halbleiterstab 1, die Anoden-Kathoden-Strecke einer Dreielektrodenröhre 3, über einen Widerstand 4 zur Minusklemme 5 einer nicht dargestellten Spannungsquelle nimmt. Auf diese Weise entsteht an dem Widerstand 4 entsprechend dem hindurchfließenden Strom ein Spannungsabfall, der bei der erfindungsgemäßen Einrichtung als Istwert benutzt wird. Ferner enthält die Einrichtung einen Spannungsteiler 6 aus Einzelwiderständen 7 bis 12, über die von der Plusklemme 13 einer zweiten Spannungsquelle ein Strom zur Minusklemme 14 dieser Spannungsquelle fließt.
Dieser Widerstandssatz 6 ist entsprechend der gewünschten Feineinsbellung des dem gemessenen Durchmesser entsprechenden Vergleichswertes abgestuft und mit einer Skala 15 versehen, die in Durchmesserwerten des Stabes 1 beschriftet ist. Ein Abgriff 16 dient zum Verstellen. Die Widerstände 7 bis 12 sind in der Weise in ihren Widerstandswerten abgestuft, daß jeweils zwischen dem Punkt 13 und dem Abgriff 16 bei einer Verstellung dieses Abgriffes 16 auf einen neuen Wert eine Änderung des zwischen beiden bestehenden Spannungswertes gemäß einer quadratischen Kennlinie erfolgt. Die Spannungswerte an 4 und der an dem Spannungsteiler 6 abgegriffene Spannungswert sind gegensinnig in Reihe geschaltet. und ihr Differenzwert wirkt auf den Eingang eines Verstärkers 17. Dieser Verstärker liefert einen Ausgangswert, der an der Gitterkathodenstrecke der Triode 3 die Steuerspannung bildet und somit den Anodenstrom dieser Triode entsprechend beeinflußt.
An die Meßstrecke des Prüflings 1, die z. B. 1 cm beträgt, ist ein Meßgerät 18 mit seinen Meßspitzen angeschlossen, das unmittelbar in Werten des spezifischen Widerstandes, also in Ohm cm, geeicht ist.
Bei der Messung des spezifischen Widerstandes unter Benutzung der erfindungsgemäßen Einrichtung wird - wie oben schon erwähnt - in der Weise vorgegangen, daß zunächst der Durchmesser des Prüflings 1 -an der Meßstrecke ermittelt wird. Entsprechend diesem ermittelten Wert wird die Einstellung des Abgriffes 16 an dem Spannungsteiler 6 nach der Durchmesserwert-Skala 15 an dieser Einrichtung vorgenommen. Bei eingeschalteten Spannungen 2 und 5 sowie 13 und 14 entsteht ein- entsprechender Spannungsabfall an dem Widerstand 4, der dem über den Prüfling 1 fließenden Strom entspricht. Dieser ergibt zusammen mit der Ausgangsspannung zwischen 13 und 16 des Spannungsteilers 6 einen Steuerwert für den Verstärker 17, wodurch der Anodenstrom der Triode 3 so lange nachjustiert wird, bis die Spannungsabfälle an 4 sowie zwischen 13 und 16 einander praktisch gleich geworden sind. In diesem Zustand kann dann die Ablesung des spezifischen Widerstandes der Meßstrecke des Halbleiterstabes unmittelbar am Instrument 18 erfolgen.
Es kann sich gegebenenfalls als zweckmäßig erweisen, nicht nur mit einem Widerstand 4 zu arbeiten, sondern an dessen Stelle einen Widerstandssatz vorzu- sehen, dessen Widerstände wahlweise einzeln oder kombiniert benutzt werden können, um auf diese Weise entsprechende Widerstandsbereiche beherrschen zu können.

Claims

Patentansprüche: 1. Einrichtung zum Messen des spezifischen elektrischen Widerstandes eines Längenabschnittes (Meßabschnitt) eines stabförmigen Halbleiterkörpers (Prüfling) mit beliebiger Funktion seines Querschnitts und spezifischen elektrischen Widerstandes über die Stablänge, beruhend auf der Messung des von einem durch den Meßabschnitt fließenden Strom erzeugten Spannungsabfalles, gekennzeichnet durch einen in Querschnittswerten des Prüflings geeichten, einstellbaren, von einer konstanten Hilfsspannung gespeisten Sollwertspannungs-Geber (6), durch Mittel (4) zum Bilden einer dem Strom im Prüfling (1) proportionalen Istwertspannung, durch einen die Differenz aus Sollwert- und Istwertspannung bildenden Vergleicher (17) und durch ein von diesem gesteuertes Stellglied (3) zum Einregeln des Prüflingstromes im Sinne der Erzielung einer konstanten Stromdichte im Meßabschnitt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum selbsttätigen Messen des Prüflingsquerschnittes ein Meßwertgeber vorgesehen ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Bilden der dem Prüflinsstrom proportionalen Istwertspannung ein in Reihe mit dem Prüfling (1) geschalteter ohmscher Widerstand (4) ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der ohmsche Widerstand (4) in seinem Wert in mehreren Widerstands stufen einstellbar ist, von denen jede dieser Stufen einer bestimmten Prüflingsstromdichte entspricht.

In Betracht gezogene Druckschriften: »Die elektronische Stabilisierung von Spannungen«, 1951, Firma Steinlein, Düsseldorf.