EP0389529A1 - Dispositif de caracterisation electrique d'echantillons et application a la cartographie electrique d'echantillons semi-conducteurs de grande surface - Google Patents
Dispositif de caracterisation electrique d'echantillons et application a la cartographie electrique d'echantillons semi-conducteurs de grande surfaceInfo
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- EP0389529A1 EP0389529A1 EP88910050A EP88910050A EP0389529A1 EP 0389529 A1 EP0389529 A1 EP 0389529A1 EP 88910050 A EP88910050 A EP 88910050A EP 88910050 A EP88910050 A EP 88910050A EP 0389529 A1 EP0389529 A1 EP 0389529A1
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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
Definitions
- the present invention relates to devices for the electrical characterization of samples and it is in particular applicable to the electrical mapping of semiconductor samples of large area, being in massive form or in thin layer. It relates more particularly to devices making it possible to determine the electrical conductivity ⁇ (or the surface resistance) and / or the mobility ⁇ of carriers in the semiconductor material.
- the present invention aims to provide a device for electrical mapping of samples of the type using microwaves, responding better than those previously known to the requirements of practice, in particular in that it allows a high resolution to be obtained. on a sample which may be of large surface area, and in that it is applicable even in the case where the conductivity of the sample is low.
- the invention proposes in particular a device comprising a microwave resonator intended to be locally coupled to the sample, characterized in that the resonator is constituted by a microstrip or three-ply line loop carried by a conductive plane and having a cutoff short length compared to the length of the loop, cut whose edges are arranged so as to allow to selectively couple them to the sample of material to be studied-
- a device allows measurements to be made of very different types other. It allows in particular the mapping in electrical conductivity of semiconductor samples in thin layer or in the solid state; it also makes it possible to carry out electrical mobility mapping by ageto-resistance of semiconductor samples. It also allows photoconductance mapping of semiconductor or semi-insulating samples.
- the device is adaptable to the surface mapping of semiconductor material, solid as well as in the form of a thin layer : F sr e: _ample implanted or Ipitaxie.
- the edges of the cut of the loop are fixed to two electrodes of small surface crossing a thin plate of dielectric material comprising a flat face intended to be applied against the sample .
- the part of the loop spaced from the edges of the cut will generally be at a distance from the surface of the thin plate applied to the sample greater than that of the edges, directly fixed to the electrodes deposited on the plate.
- the strong coupling zone between the sample and the loop is limited to the zone immediately surrounding the cut.
- the microwave resonator is designed to allow it to be coupled to a supply microwave generator and a detector.
- provision may be made for supply and output microstrips having weak coupling with parts of the loop remote from the cutoff.
- the generator will usually be provided to supply the loop at a frequency corresponding to a resonance of the latter in the absence of samples.
- FIG. 1 is a block diagram showing, in top view, the constitution of a microstrip resonator for a device according to the invention
- FIG. 2 is a sectional view along line II-II of Figure 1;
- FIG. 3 is a representation. large scale of the detection zone of a micro-ribbon resonator according to the invention, in section along line III-III of FIG. 1; . 0 - FIG. 4 shows, by way of example, the variation of the output power of a resonator of the kind illustrated in FIG. 1 as a function of the frequency, when the resonator is empty (curve in solid lines) and when coupled to a sample (curve in 5 dashes);
- FIG. 5 is a diagram showing the components of a device according to the invention which are added to the measurement cell.
- the device shown diagrammatically in FIGS. 0 1 and 2 can in particular be used for mapping a semiconductor sample whose surface resistivity R Q can range from 50 to 10 4 ⁇ and whose mobility exceeds 500 cm 2.
- V — l .s— 1 with a resolution which can go down to 2 mm in each direction. This resolution can be reduced to 0.25 mm when the device is used for mapping surface inhomogeneity of the sample by photoconductance, by arranging the device as will be described below.
- the device shown in FIG. 1 can be viewed as comprising a measurement cell 10, supply means 12 and measurement means 14.
- the basic element of the measurement cell consists of a microstrip resonator, produced under form of a 5-mass metal plane 16 covered with a dielectric layer 18 on the microstrip line 20.
- This line has the shape of a ring having a short cut compared to the length of the loop.
- the ground plane may consist of a copper sheet a few tens of microns thick; the dielectric layer -18 is for example made of silica or a synthetic material (such as polytetrafluoroethylene and "TEFLON" glass).
- the microstrip line itself can. be about 5mm wide. The cut will generally have a width less than a millimeter, for example 0.5 mm.
- the supply means 12 comprise a microwave generator 22 attacking the resonator by means of a microstrip 24 having a weak coupling with the resonator.
- This generator 22 will generally be designed to work at a frequency between 100 MHz and 6 gigahertz.
- the measuring means 14 comprise a detector 26 connected to a microstrip 28 having, like the microstrip 24, a weak coupling with a zone of the loop spaced from the cut.
- the length of the ring line determines the resonant frequencies of the resonator, which correspond to ring lengths equal to an odd multiple of the half wavelength ⁇ .
- the electrical signals which arrive simultaneously at the two edges of the cut are in phase opposition.
- the area of the sample to be studied is located above the cut. It is desirable that the electromagnetic interactions between the loop and the sample, which must be a large area, be located in the area of the cut, where the electric field is fairly uniform.
- FIG. 3 shows an arrangement which makes it possible to obtain this location of the coupling.
- the ground conductor plane 16 is deformed in the area of the break.
- the edges of the microstrip line 20 which limit the cut are each fixed, for example by welding, to an electrode 30 which passes through a thin plate 32 of insulating material, for example made of fused silica, and flourishes on a substantially flat face of the plate 32, opposite the line. So that the distance between the electrodes 30 and the sample 34, shown in dashed lines in FIG. 3, remains constant and well determined during the measurements at different points, the electrodes are advantageously arranged on the bottom of a small cavity. depth 36 cut from the flat surface of the plate 32. Thus, by maintaining the sample applied against the plate 32, a constant distance, for example 10 ⁇ , is obtained between the electrodes and the sample.
- the openings of the electrode can have a very small surface and especially a very weak development in the direction of the loop.
- the resolution is almost identical with the surface of the electrodes and can be reduced to approximately 4 m.
- the microstrip line is replaced by a triplate line, which differs from the structure shown in Figures 1 and 2 by the presence of a second metal conductive plane.
- the measurement cell which has just been described can easily be adapted to the measurement of the photo ⁇ conductance. For this, it suffices to pierce the resonator at the cut-off of the loop so as to open a path for the passage of a light brush.
- a passage opening 38 is shown in dashes in FIG. 3.
- the light brush can be brought by an optical fiber .40 from a laser 42.
- the process implemented will involve first and once and for all the measurement of the empty characteristics of the cavity and in particular the measurement of P 0 ' Q 0 and ⁇ F 0 '
- the power P and possibly its variation dP will be measured after application of a magnetic field or a light brush. .
- the working frequency is chosen so as to obtain an at least approximately proportional relationship between the variation in power absorbed in the resonator, therefore the variation ⁇ (1 / Q) of 1 / Q, and 1 / R or R designating the equivalent resistance to the sample in the measurement cell.
- the electrical diagram equivalent to the measurement cell is constituted by this resistor R in series with the capacitances C of the capacitors each consisting of an electrode 30 and the part of the sample which is opposite (the parasitic capacitance represented by the cut-off can be made negligible by an appropriate choice of the ratio between the thickness of the dielectric 18 and the width of the cut).
- ⁇ substantially proportional to R for RC ⁇ ⁇ 1.
- the value of ⁇ will be chosen so as to be in the first or the third variation zone. For this, when going from one sample to another it may be necessary to change the resonance frequency:
- the absolute value of the resistivity can be obtained after a prior calibration of the resonator with known samples.
- Mobility Mobility is measured in absolute value.
- the use of the resonator increases the detection sensitivity by a factor close to the quality coefficient, close to 200 for microstrip resonators. It is therefore possible to improve the resolution and experience has shown that
- FIG. 5 shows an example.
- the sample 34 is fixed to a table 44 with crossed movements from which it is separated by an insulating support 46.
- the table 44 is provided with means making it possible to bring the sample into mechanical contact with the insulating support 32 belonging to. the measuring cell, by moving in the z direction ( Figure 5).
- the table then allows the sample to be moved in the direction x and y when it is lifted from the plate 32 to allow a measurement at a new point.
- the successive displacements required can be carried out automatically, using a conventional automatic controller.
- the supply means 12 of the cell comprise a vobulator 48 which is connected to the microstrip 24 • via an adjustable attenuator 50 and a bypass coupler 52.
- the output microstrip 28 is connected on its side to a double wattmeter 54 making it possible to measure on the one hand the output power Ps, on the other hand the power applied to the cell.
- the second input of the wattmeter 54 is connectable, by a switch 56, to the bypass output of the coupler 52. The presence of the switch makes it possible to direct this second output of the coupler at will either to the wattmeter 54, i.e. towards a frequency meter 58.
- the device shown in FIG. 5 must obviously be supplemented by means for creating a magnetic field or a light source when it is desired to carry out measurements of electric mobility by magnetoresistance or measurements in photoconductance.
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Abstract
Le dispositif comprend un résonateur hyperfréquence destiné à être couplé localement à l'échantillon (34). Ce résonateur est constitué par une boucle de ligne (20) microruban ou triplaque portée par un plan conducteur (16). La boucle présente une coupure de faible longueur par rapport à la longueur de la boucle, coupure dont les bords sont aménagés de façon à permettre de les coupler sélectivement à l'échantillon de matière à étudier.
Description
Dispositif de caractérisation électrique d'échantillons et application à la cartographie électrique d'échantil¬ lons semi-conducteurs de grande surface.
La présente invention concerne les dispositifs de caractérisation électrique d'échantillons et elle est notamment applicable à la cartographie électrique d'échantillons semi-conducteurs de grande surface, se présentant sous forme massive ou de couche mince. Elle concerne plus particulièrement les dispositifs permet- tant de déterminer la conductivité électrique σ (ou la résistance de surface) et/ou la mobilité μ de porteurs dans le matériau semi-conducteur.
On connaît déjà de nombreux dispositifs permet¬ tant de mesurer μ et a . Parmi les méthodes non destruc- tives, plusieurs font appel à des cavités fermées travaillant dans le domaine des hyperfréquences . Mais ces solutions ou bien ne sont applicables qu'à des échantillons de faibles dimensions, habituellement inférieures à 5 x 5 mm (X. LE CLEAC'H, rev. phys . appl . 17 (1982) pages 481-490) ou n'ont qu'une très faible résolution et ne permettent pas de caractériser locale¬ ment un échantillon, car ce dernier doit complètement fermer l'extrémité d'un guide d'ondes.
On connaît par ailleurs des dispositifs de cartographie électrique sans contact n'utilisant pas la technique des hyperfréquences , mais la détection des courants de FOUCAULT ou d'une tension de HALL. Si cette solution (HORIGUCHI et al, Japan Appl. 18, suppl . 18-1 pages 165-171) permet une analyse locale, elle a en contrepartie divers inconvénients. La mesure de μ s 'ef¬ fectuant à l'aide d'un disque et d'un anneau métalliques formant des condensateurs avec l'échantillon placé à très faible distance (10 μ environ) , toute variation de distance entraîne une erreur qui peut être importante sur la mesure de μ. Il est difficile d'effectuer une
cartographie automatique, car des ajustements manuels sont nécessaires en cours d'expérimentation. Enfin, 1 ' emploi des courants de FOUCAULT rend la méthode inutilisable lorsque la conductivité superficielle de l'échantillon est trop faible, pratiquement lorsque la résistance au carré R dépasse 500 Ω.
La présente invention vise à fournir un dispo¬ sitif de cartographie électrique d'échantillons du type mettant en oeuvre des hyperfréquences, répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il permet d'arriver à une résolution élevée sur un échantillon qui peut être de grande surface, et en ce qu'il est applicable même dans le cas où la conductivité de l'échantillon est faible. Dans ce but l'invention propose notamment un dispositif comprenant un résonateur hyperfréquence destinée à être couplé localement à l'échantillon, caractérisé en ce que le résonateur est constitué par une boucle de ligne microruban ou triplaque portée par u plan conducteur et présentant une coupure de faible longueur par rapport à la longueur de la boucle, coupure dont les bords sont aménagés de façon à permettre de les coupler sélectivement à l'échantillon de matière à étudier- Un tel dispositif permet d'effectuer des mesures de nature très différentes les unes des autres. Il permet notamment la cartographie en conducti¬ vité électrique d'échantillons semi-conducteurs en couche mince ou à l'état massif ; il permet également d'effectuer la cartographie en mobilité électrique par agnétorésistance d'échantillons semi-conducteurs. Il permet aussi de réaliser la cartographie en photoconduc- tance d'échantillons semi-conducteurs ou semi-isolants. Pour cela, il suffit de prévoir, dans le plan conducteur et l'isolant de la ligne, un passage débouchant dans la coupure et destiné à permettre l'envoi d'un pinceau lumineux sur l'échantillon.
Le dispositif est adaptable à la cartographie superficielle de matériau semi-conducteur, massif aussi bien que se présentant sous forme de couche mince : Fsr e:_emple implantée ou Ipitaxiée. Dans un mode de réalisation avantageux de l'in¬ vention, les bords de la coupure de la boucle sont fixés à deux électrodes de faible surface traversant une pla¬ que mince de matériau diélectrique comportant une face plane destinée à être appliquée contre l'échantillon. Lorsque un dispositif de ce genre doit être utilisé pour la cartographie en inhomogénité de surface par photo- conductance, le passage ménagé dans le plan conducteur et le diélectrique de la ligne débouche entre les électrodes . La partie de la boucle écartée des bords de la coupure sera généralement à une distance de la surface de la plaque mince appliquée sur l'échantillon supé¬ rieure à celle des bords, directement fixés aux électrodes déposées sur la plaque. Ainsi, on limite la zone de couplage fort entre l'échantillon et la boucle à la zone entourant immédiatement la coupure.
Le résonateur hyperfrequence est prévu pour permettre de le coupler à un générateur hyperfrequence d'alimentation et à un détecteur. On pourra notamment prévoir des microrubans d'alimentation et de sortie présentant un couplage faible avec des parties de la boucle éloignées de la coupure. Le générateur sera habi¬ tuellement prévu pour alimenter la boucle à une fré¬ quence correspondant à une résonance de cette dernière en l'absence d'échantillons.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels :
- la figure 1 est un schéma de principe mon¬ trant, en vue de dessus, la constitution d'un résonateur microruban pour un dispositif suivant l'invention ;
- la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1 ;
- la figure 3 est une représentation à. grande échelle de la zone de détection d'un résonateur à micro¬ ruban suivant .l'invention, en coupe suivant la ligne III-III de la figure 1 ; . 0 - la figure 4 montre, à titre d'exemple, la va¬ riation de la puissance de sortie d'un résonateur du genre illustré en figure 1 en fonction de la fréquence, lorsque le résonateur est vide (courbe en traits pleins) et lorsqu'il est couplé à un échantillon (courbe en 5 tirets) ;
- la figure 5 est un schéma montrant les compo¬ sants d'un dispositif suivant l'invention qui s'ajoutent à la cellule de mesure.
Le dispositif montré schématiquement en figures 0 1 et 2 est notamment utilisable pour réaliser la carto¬ graphie d'un échantillon de semi-conducteur dont la résistivité superficielle RQ peut aller de 50 à 104 Ω et dont la mobilité dépasse 500 cm 2.V—l' .s— 1 , avec une résolution qui peut descendre jusqu'à 2 mm dans chaque 5 direction. Cette résolution peut être ramenée jusqu'à 0,25 mm lorsque le dispositif est utilisé pour la cartographie d' inhomogénéité en surface d'échantillon par photoconductance, en aménageant le dispositif comme on le décrira plus loin. ° Le dispositif montré en figure 1 peut être regardé comme comportant une cellule de mesure 10, des moyens d'alimentation 12 et des moyens de mesure 14. L'élément de base de la cellule de mesure est constitué par un résonateur microruban, réalisé sous forme d'un 5 plan métallique de masse 16 recouvert d'une couche diélectrique 18 portant la ligne microruban 20. Cette
ligne a la forme d'un anneau ayant une coupure de faible longueur comparée à la longueur de la boucle. Dans la pratique, le plan de masse pourra être constitué par une feuille de cuivre de quelques dizaines de microns d'épaisseur ; la couche diélectrique -18 est par exemple en silice ou en matériau synthétique (tel que le poly- tétrafluoroéthylène et le verre "TEFLON") . La ligne microruban proprement dite peut . avoir une largeur d'environ 5 mm. La coupure aura généralement une largeur inférieure au millimètre, par exemple 0,5 mm.
Les moyens d'alimentation 12 comprennent un générateur hyperfrequence 22 attaquant le résonateur par l'intermédiaire d'un microruban 24 ayant un couplage faible avec le résonateur. Ce générateur 22 sera en général prévu pour travailler à une fréquence comprise entre 100 MHz et 6 gigahertz . Les moyens de mesure 14 comprennent un détecteur 26 relié à un microruban 28 ayant, comme le microruban 24 un couplage faible avec une zone de la boucle écartée de la coupure. La longueur de la ligne en anneau détermine les fréquences de résonance du résonateur, qui correspondent à des longueurs d'anneau égales à un multiple impair de la demi-longueur d'onde λ. A la résonance, les signaux électriques qui arrivent simultanément aux deux bords de la coupure sont en opposition de phase.
La zone de l'échantillon à étudier est située au dessus de la coupure. Il est souhaitable que les inter¬ actions électromagnétiques entre la boucle et 1 ' échan¬ tillon, qui doit être de grande surface, soient locali- sées dans la zone de la coupure, où le champ électrique est assez uniforme.
La figure 3 montre une disposition qui permet d'obtenir cette localisation du couplage. Sur la figure
3, où les éléments correspondant à ceux des figures 1 et 2 sont désignés par le même numéro de référence, le plan conducteur de masse 16 est déformé dans la zone de la
coupure. Les bords de la ligne microruban 20 qui limi¬ tent la coupure sont fixés chacun, par exemple par sou¬ dage, à une électrode 30 qui traverse une plaque mince 32 en matériau isolant, par exemple en silice fondue, et s'épanouit sur une face sensiblement plane de la plaque 32, à l'opposé , de la ligne. De façon que la distance entre les électrodes 30 et l'échantillon 34, représenté en traits mixtes sur la figure 3, reste constante et bien déterminée lors des mesures en différents points, les électrodes sont avantageusement ménagées sur le fond d'une cavité de faible profondeur 36 découpée dans la surface plane de la plaque 32. Ainsi, en maintenant l'échantillon appliqué contre la plaque 32, on obtient une distance constante, par exemple de 10 μ, entre les électrodes et l'échantillon. Les épanouissements de l'électrode peuvent avoir une très faible surface et surtout un très faible développement dans la direction de la boucle.
Etant donné que le couplage entre échantillon et résonateur diminue très rapidement quand on s'écarte des électrodes, la résolution se confond à peu près avec la surface des électrodes et peut être réduite à 4 m environ.
Dans une variante de réalisation de l'invention, la ligne microruban est remplacée par une ligne tripla- que, qui se différencie de la structure montrée en figures 1 et 2 par la présence d'un second plan conduc¬ teur métallique.
La cellule de mesure qui vient d'être décrite peut aisément être adaptée à la mesure de la photo¬ conductance. Pour cela, il suffit de percer le résona¬ teur au niveau de la coupure de la boucle de façon à ouvrir un trajet de passage d'un pinceau de lumière. Une telle ouverture de passage 38 est représentée en tirets sur la figure 3. Dans ce mode de réalisation, il est avantageux de donner à la coupure une très faible
largeur, pouvant descendre jusqu'à quelques microns. On peut ainsi obtenir des champs électriques très élevés, qui augmentent le taux de génération des paires électron-trou. Le pinceau de lumière peut être amené par une fibre optique .40 à partir d'un laser 42.
Avant de décrire la mise en oeuvre de l'invention, il peut être utile de rappeler les carac¬ téristiques de réponse.d'un résonateur du genre suivant l'invention, similaire à celles d'une cavité fermée. Si l'on désigne par PQ, QQ et FQ la puissance de sortie, le coefficient de qualité et la fréquence de résonance de la cavité vide, la présence d'un échantillon va faire varier le coefficient de qualité qui prend la valeur Q. et on a, pour la même puissance d'entrée, la relation 1/Q1 - 1/Q0 = (VP0/P1 - DΔF0 où ΔF0 est la bande passante à mi-hauteur.
Quel que soit le paramètre que l'on souhaite mesurer, le procédé mis en oeuvre impliquera de faire d'abord et une fois pour toutes la mesure des carac¬ téristiques à vide de la cavité et notamment la mesure de P0' Q0 et ΔF0'
Ultérieurement, on mesurera, pour chaque point de mesure, après déplacement de l'échantillon 34 le long de la plaque 32, la puissance P. et éventuellement sa variation dP.. après application d'un champ magnétique ou d'un pinceau de lumière.
Des résultats des mesures, il est possible, à condition qu'il ait été fait un choix approprié de la fréquence FQ, de déduire les valeurs locales de la conductivité de la mobilité des porteurs et du nombre des porteurs .
Dans le cas d'une mesure de conductivité, la fréquence de travail est choisie de façon à obtenir une relation au moins approximativement proportionnelle entre la variation de puissance absorbée dans le
résonateur, donc la variation δ(1/Q) de 1/Q, et 1/R ou R désignant la résistance équivalente à l'échantillon dans la cellule de mesure. Le schéma électrique équivalent à la cellule de mesure est constitué par cette résistance R en série avec les capacités C des condensateurs constitués chacun par une électrode 30 et la partie de l'échantillon qui est en regard (la capacité parasite représentée par la coupure pouvant être rendue négligeable par un choix approprié du rapport entre l'épaisseur du diélectrique 18 et la largeur de la coupure) .
Le calcul montre que la variation de la puissan¬ ce absorbée (et donc la variation δ(1/Q) suivant que le résonateur contient un échantillon ou non est : - sensiblement proportionnelle à 1/R pour RCω>>1
(ω étant la fréquence angulaire) ;
- maximum pour RCω « 1 ;
- sensiblement proportionnelle à R pour RCω<<1. On choisira la valeur de ω de façon à se trouver dans la première ou la troisième zone de variation. Pour cela, lorsqu'on passe d'un échantillon à un autre il peut être nécessaire de changer la fréquence de résonance :
- soit en utilisant un autre mode de résonance du résonateur microruban,
- soit en utilisant un autre résonateur.
Dans le cas d'une cartographie en mesure de ré- sistivité électrique, la proportionnalité entre 1/R ou R et la variation Δ(1/Q) permet donc une excellente sensibilité.
La valeur absolue de la résistivité peut être obtenue après un étalonnage préalable du résonateur avec des échantillons connus .
Lorsqu'on cherche à mesurer la mobilité par magnetoresistance avec application d'un champ magnétique
B, on a, en se plaçant toujours dans l'une des con-
ditions défiaies lus haut
ΔR/R = μ2.B2
La mobilité est mesurée en valeur absolue.
Dans le cas où l'on cherche à mesurer la photo- conductance, on peut utiliser le même procédé en cas d'utilisation d'une ligne de mesure travaillant en réflexion. Pour une telle ligne, la variation relative
Δσ de la conductivité σ en surface de l'échantillon, provoquée par 1 ' éclairement de la surface, est reliée à la photoconductance par la relation :
Δσ/σ = [Gτ(μn + μp)]/(n0μn + pQμp) où G est le taux de génération de paires électro-trou, τ leur durée de vie, n* et PQ les concentrations initiales des électrons et des trous, μn et μ,P-, les mobilités respectives.
Lorsque le même processus est appliqué dans une cellule conforme à l'invention, l'emploi du résonateur augmente la sensibilité de détection d'un facteur proche du coefficient de qualité, voisin de 200 pour les réso- nateurs microruban. Il est en conséquence possible d'améliorer la résolution et l'expérience a montré qu'on
2 peut arriver à une résolution de 0,25 mm avec un signal de photoconductance qui reste utilisable dans le cas d'une couche épitaxiée de GaInAs qui pourtant a un taux de génération médiocre, comparé à GaAs .
Divers circuits associés à la cellule de mesure peuvent être utilisés et la figure 5 montre un exemple. L'échantillon 34 est fixé à une table 44 à mouvements croisés dont il est séparé par un support isolant 46. La table 44 est munie de moyens permettant d'amener l'é¬ chantillon en contact mécanique avec le support isolant 32 appartenant à. la cellule de mesure, par déplacement suivant la direction z (figure 5) . La table permet ensuite de déplacer l'échantillon suivant la direction x
et y lorsqu'il est soulevé de la plaque 32 pour permet¬ tre une mesure à un nouveau point. Les déplacements suc¬ cessifs requis peuvent être réalisés de façon automati¬ que, à l'aide d'un automate de nature classique. Les moyens d'alimentation 12 de la cellule comportent un vobulateur 48 qui est relié au microruban 24 • par l'intermédiaire d'un atténuateur 50 ajustable et d'un coupleur de dérivation 52.
Le microruban 28 de sortie est relié de son côté à un wattmètre double 54 permettant de mesurer d'une part la puissance de sortie Ps , d'autre part la puissan¬ ce appliquée à la cellule. Pour permettre cette dernière mesure, la seconde entrée du wattmètre 54 est reliable, par un commutateur 56, à la sortie de dérivation du cou- pleur 52. La présence du commutateur permet d'orienter à volonté cette seconde sortie du coupleur soit vers le wattmètre 54, soit vers un fréquencemètre 58.
Grâce à la mesure de la puissance incidente, il est possible de tenir compte des dérives éventuelles de cette puissance dans le temps et en fonction de la fréquence. Au lieu d'un wattmètre double 54, il est possible d'utiliser un micro-voltmètre associé à des diodes de détection.
Le dispositif montré en figure 5 doit évidemment être complété par des moyens de création de champ magné¬ tique ou une source lumineuse lorsqu'on veut effectuer des mesures de mobilité électrique par magnetoresistance ou des mesures en photoconductance.
Claims
1. Dispositif de caractérisation électrique d'échantillon, comprenant un résonateur hyperfrequence destinée à être couplée localement audit échantillon, caractérisé en ce que le résonateur est constitué par une boucle (20) de ligne microruban ou triplaque portée par un plan conducteur (16) et présentant une coupure de faible longueur par rapport à la longueur de la boucle et des moyens (32) pour recevoir l'échantillon dans une position où il est couplé sélectivement aux bords de la coupure sans être interposé entre eux.
2. Dispositif selon la "revendication 1, caracté¬ risé en ce que les bords de la coupure de la boucle sont fixés à deux électrodes (30) de faible surface traver- sant une plaque mince (32) de matériau diélectrique com¬ portant une face plane destinée à être appliquée contre 1 ' échantillon.
3. Dispositif selon la revendication 2, caracté¬ risé en ce que la partie de la boucle écartée des bords de la coupure est à une distance de la surface de la plaque mince appliquée sur l'échantillon supérieure à celle des bords, directement fixés aux électrodes dépo¬ sées sur la plaque.
4. Dispositif selon la revendication 3, caracté- risé en ce que les bords de la ligne (20) qui limitent la coupure sont fixés chacun, par exemple par soudage, à une électrode (30) qui traverse une plaque mince (32) en matériau isolant, par exemple en silice fondue, et s'épanouit sur une face sensiblement plane de la plaque (32), à l'opposé de la ligne.
5. Dispositif selon l'une quelconque des reven¬ dications précédentes, destiné à la cartographie en inhomogénité de surface par photoconductance, caractéri¬ sé en ce que le passage ménagé dans le plan conducteur et le diélectrique de la ligne débouche entre les électrodes .
6. Dispositif selon l'une quelconque des reven¬ dications précédentes, caractérisé en ce que le résonateur comporte des moyens d'alimentation (12) ayant un générateur hyperfrequence (22) attaquant le résonateur par l'intermédiaire d'un microruban (24) ayant un couplage faible avec le résonateur et des moyens de mesure (14) comprenant un détecteur (26) relié à un microruban (28) ayant, comme le microruban (24) un couplage faible avec une zone de la boucle écartée de la coupure.
7. Application du dispositif selon l'une quel¬ conque des revendications précédentes à la cartographie en résistivité en surface d'un semi-conducteur, carac¬ térisée en ce que le résonateur hyperfrequence est alimenté à une fréquence telle que le produit RCω soit très inférieur à 1 ou très supérieur à 1 , R désignant la résistance équivalente à l'échantillon dans le réso¬ nateur, C la capacité du condensateur constitué par les bords de coupure et la partie de l'échantillon en regard et ω étant la fréquence angulaire.
8. Application du dispositif selon l'une quel¬ conque des revendications 1 à 6 à la cartographie en mobilité électrique par magnetoresistance d'échantillons semi-conducteurs, caractérisée en ce que le dispositif comprend de plus des moyens de création de champ magné¬ tique dans la zone de mesure.
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