JP2010251521A - Electric characteristics measuring device - Google Patents

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Yuji Furumura
雄二 古村
Naomi Mura
直美 村
Shinji Nishihara
晋治 西原
Yoshiaki Katakura
義明 片倉
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device that quickly measures electric characteristics of a semiconductor thin film on an insulating substrate without contacting. <P>SOLUTION: The semiconductor thin film has a photoconductive layer formed in a ring shape when irradiated with light in the ring shape. A probe coil is wound around the light, and connected to a high-frequency power source. When a high frequency is applied from the probe coil, the coil is coupled to the conductive layer by an induction magnetic field to generate power loss. When the power loss of the high frequency is measured, the loss corresponding to the number of carriers is measured. When the light is ceased, the number of carriers decreases and the loss decreases correspondingly. Based on one simple lifetime of carriers, the number of carriers decreases according to e<SP>-t/τ</SP>. Here, (t) is a time and τ is the lifetime. Representing the decrease as a time function of the loss, the lifetime is known from the speed of the decrease. The lifetime is shorter as the number of defects of a semiconductor is large, and then usable for quality control of the semiconductor film. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、絶縁基板の上の半導体薄膜の電気特性を測定する装置に関する。   The present invention relates to an apparatus for measuring electrical characteristics of a semiconductor thin film on an insulating substrate.

絶縁性のガラス基板や樹脂の基板上の半導体薄膜を用いるデバイスがある。液晶デバイスや有機ELデバイス、太陽電池がその例である。半導体薄膜を積層させて3次元デバイスを作る例もある(特許文献1)。
それらのデバイスは基板の上の半導体層をもちいる。特性を安定に維持しながら、デバイス製造装置は半導体層を形成したい。しかしそのためには基板を抜き取り分析する必要があった。しかかり製品を抜くと損害になる。分析目的だけの基板を挿入するとラインのスループット低下になる。デバイスを試作して分析すると時間がかかる。これらの分析はコストアップの要因である。
製造ラインを一時中断すると製造コストの増加につながるので、見込みで製造する考えもある。しかし、ロット製造したあと、半導体膜の特性が製造規格から外れているのが判明すると、そのロット全体が不良となりコストの増加になる。
従って、製造途中に簡単に短時間に製造ラインを止めることなく、半導体薄膜の特性を知りたいという要求がある。
There are devices that use a semiconductor thin film on an insulating glass substrate or a resin substrate. Examples are liquid crystal devices, organic EL devices, and solar cells. There is also an example of making a three-dimensional device by laminating semiconductor thin films (Patent Document 1).
These devices use a semiconductor layer on a substrate. The device manufacturing apparatus wants to form a semiconductor layer while maintaining the characteristics stably. However, for that purpose, it was necessary to extract and analyze the substrate. If the product is pulled out, it will be damaged. Inserting a substrate only for analysis purposes reduces line throughput. Producing a device and analyzing it takes time. These analyzes are a factor of cost increase.
Suspending the production line leads to an increase in production costs, so there is an idea that production will be expected. However, after the lot is manufactured, if it is found that the characteristics of the semiconductor film deviate from the manufacturing standard, the entire lot becomes defective and the cost increases.
Therefore, there is a demand for knowing the characteristics of the semiconductor thin film without stopping the production line in a short time during the production.

従来は製造現場の作業員が基板を目でみて良否の判定をしていた。人の目が均一性と異常を無接触で検知するのに敏感であったからである。   Conventionally, workers at the manufacturing site have judged the quality by visually observing the substrate. This is because the human eye was sensitive to detecting uniformity and abnormality without contact.

接触を許すなら客観的に薄膜の電気特性を知る方法はある。薄膜の電気特性を分析する一般方法としては4探針法がある。それを図7に示す。測定される薄膜11は基板10より十分に低抵抗であるとき正確に膜のシート抵抗を与える。4本の針12は等間隔で直線上にならび、一定の電流を外の2本に通じて、中の2本で電圧を測定する。電流は2次元的に流れるので一定のパターン(対称鏡像効果のパターン)になる。
この方法は接触式なので、半導体膜に欠陥を与えてしまう。
If contact is allowed, there is an objective way to know the electrical properties of the thin film. There is a four-probe method as a general method for analyzing the electrical characteristics of a thin film. This is shown in FIG. The thin film 11 to be measured gives the sheet resistance of the film accurately when it is sufficiently lower in resistance than the substrate 10. The four needles 12 are arranged on a straight line at equal intervals, a constant current is passed to the other two, and the voltage is measured with the two of them. Since the current flows two-dimensionally, it becomes a fixed pattern (a pattern of a symmetrical mirror image effect).
Since this method is a contact method, a defect is given to the semiconductor film.

図8は測定される薄膜11に電極13を設けて、デバイスと類似構造を作製して電流と電圧の特性を知る方法である。この分析結果を製造ラインにフィードバックさせるのは時間がかかり過ぎてしまう。   FIG. 8 shows a method in which an electrode 13 is provided on the thin film 11 to be measured, a structure similar to that of a device is produced, and current and voltage characteristics are known. It takes too much time to feed back the analysis result to the production line.

特開2008−218468号公報JP 2008-218468 A

上述のように、人の目は敏感ではあるが、人の個性や能力に依存する製造方法は拡張性がない。したがって、工場を世界に拡張できないという弊害がある。また、問題があると判定された場合でもそれが、何時始まったかを判定できないという問題があった。
よって、人に依存しない方法で判定を行う必要がある。それを製品の流れを止めずに行う必要があること、また分析のための基板を用いることなく製品基板で行う必要があること、製品であるので基板に接触することなく行う必要があること、の制限があるという問題もあった。
As described above, the human eye is sensitive, but the manufacturing method depending on the personality and ability of the person is not scalable. Therefore, there is an adverse effect that the factory cannot be expanded to the world. Further, even when it is determined that there is a problem, there is a problem that it is not possible to determine when it started.
Therefore, it is necessary to make a determination by a method that does not depend on a person. It must be done without stopping the flow of the product, it must be done on the product substrate without using a substrate for analysis, it must be done without touching the substrate because it is a product, There was also a problem that there were restrictions.

本発明は、上記問題を解決し、絶縁基板の上の半導体薄膜の電気特性を、迅速に非接触で測定する装置を提供することを課題とする。   This invention solves the said problem, and makes it a subject to provide the apparatus which measures the electrical property of the semiconductor thin film on an insulated substrate rapidly, non-contactingly.

請求項1に係る発明は、絶縁性の基板の上の半導体薄膜の電気特性を測定する装置であって、当該薄膜に光を照射することが可能であって、当該光を取り巻くようにコイルが基板の上に接触することなく配置されてあって、当該コイルに高周波電流を通じて光照射された薄膜と電磁誘導結合させ、電力の反射または透過特性を測定することで、当該薄膜の電気特性を測定する測定装置である。   The invention according to claim 1 is an apparatus for measuring electrical characteristics of a semiconductor thin film on an insulating substrate, wherein the thin film can be irradiated with light, and a coil is formed so as to surround the light. The electrical characteristics of the thin film are measured by electromagnetically coupling the thin film irradiated with high-frequency current to the coil and measuring the reflection or transmission characteristics of the power. Measuring device.

請求項2に係る発明は、光が紫外光、可視光、赤外光のいずれか、またはそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項1記載の装置である。   The invention according to claim 2 is the apparatus according to claim 1, wherein the light is one of ultraviolet light, visible light, infrared light, or a combination thereof.

請求項3に係る発明は、光がビーム状またはリング状に当たることを特徴とする請求項1、2記載の装置である。   The invention according to claim 3 is the apparatus according to claim 1 or 2, wherein the light hits a beam or a ring.

請求項4に係る発明は、光照射をオフしてからの当該電気特性の時間変化の値を表示または出力することを特徴とする請求項1〜3記載の装置である。   The invention according to claim 4 is the apparatus according to claims 1 to 3, characterized in that it displays or outputs the value of the time change of the electrical characteristics after the light irradiation is turned off.

請求項5に係る発明は、当該変化の値を光照射をオフする前の値で規格化した値を表示または出力することを特徴とする請求項1〜4記載の装置である。   The invention according to claim 5 is the apparatus according to claims 1 to 4, wherein the value obtained by normalizing the value of the change with the value before turning off the light irradiation is displayed or output.

請求項6に係る発明は、当該測定装置を搭載してガラス基板上の半導体薄膜の電気特性を測定できるようにしたデバイス製造装置である。   The invention according to claim 6 is a device manufacturing apparatus in which the measurement apparatus is mounted so that the electrical characteristics of the semiconductor thin film on the glass substrate can be measured.

請求項7に係る発明は、当該測定装置を搭載して樹脂基板上の半導体薄膜の電気特性を測定できるようにしたデバイス製造装置である。   The invention according to claim 7 is a device manufacturing apparatus in which the measurement apparatus is mounted so that the electrical characteristics of the semiconductor thin film on the resin substrate can be measured.

請求項8に係る発明は、当該薄膜がシリコンを含む薄膜であることを特徴とする請求項6、7記載のデバイス製造装置である。   The invention according to claim 8 is the device manufacturing apparatus according to claims 6 and 7, wherein the thin film is a thin film containing silicon.

請求項9に係る発明は、絶縁性の基板の上の薄膜の電気特性を測定する4探針測定装置であって、当該薄膜に光を照射することが可能であって、当該光をオンオフしたときの電気特性の変化を測定する4探針測定装置である。   The invention according to claim 9 is a four-probe measuring device for measuring electrical characteristics of a thin film on an insulating substrate, and can irradiate the thin film with light on and off. It is a four-probe measuring device that measures changes in electrical characteristics.

請求項10に係る発明は、当該光が紫外光、可視光、赤外光のいずれか、またはそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項9記載の4探針測定装置である。   The invention according to claim 10 is the four-probe measurement apparatus according to claim 9, wherein the light is any one of ultraviolet light, visible light, and infrared light, or a combination thereof.

解決する装置の構成の模式図を図1に示す。光34がリング状に照射されると半導体薄膜には光導電層35がリング状にできる。
半導体薄膜11に比して絶縁性の基板10があるので、光の強く照射された部分には電子と正孔のキャリアーが生成されて光導電層35が形成された導体ができる。
光の周りにプローブコイル31が巻かれてあり、高周波電源32に接続されている。
プローブコイル31から高周波を通じると、導電層35と誘導電磁界33でコイルが結合する。導電層35の導電率が周りの光照射されてない半導体層より高いので、電流が誘起されて誘導電流が流れる。この電流は電力損失となる。
A schematic diagram of the configuration of the apparatus to be solved is shown in FIG. When light 34 is irradiated in a ring shape, a photoconductive layer 35 can be formed in a ring shape on the semiconductor thin film.
Since there is an insulating substrate 10 as compared with the semiconductor thin film 11, a conductor in which a photoconductive layer 35 is formed by generating carriers of electrons and holes in a portion that is strongly irradiated with light is formed.
A probe coil 31 is wound around the light and connected to a high-frequency power source 32.
When a high frequency is passed from the probe coil 31, the coil is coupled by the conductive layer 35 and the induction electromagnetic field 33. Since the conductivity of the conductive layer 35 is higher than that of the surrounding semiconductor layer that is not irradiated with light, a current is induced and an induced current flows. This current results in power loss.

高周波の電力損失を測定するとキャリアーの数に応じた損失が測定される。光を切断するとキャリアー数が減少して損失もそれに応じて減衰する。キャリアーの単純な一つのライフタイムのときe−t/τに従い減衰する。tは時間、τはライフタイムである。減衰を損失の時間関数として表示すると減衰の速度からライフタイムがわかる。ライフタイムは半導体の欠陥の数が多いと短くなるので、半導体膜の品質管理に用いることが出来る。
ここではコイルとコイルの結合が分かりやすいので導電層をリング状にして説明した。しかし、プローブコイルは面上の導電層とも結合するので、電磁結合による損失は結合度の違いはあるが、損失を測定すればキャリアーライフタイムを測定できることは光の形に依存しない。
When high-frequency power loss is measured, the loss corresponding to the number of carriers is measured. When the light is cut, the number of carriers decreases and the loss is attenuated accordingly. When the carrier has a simple lifetime, it decays according to et-t / τ . t is time and τ is lifetime. If attenuation is displayed as a time function of loss, the lifetime can be found from the rate of attenuation. Since the lifetime is shortened when the number of defects in the semiconductor is large, it can be used for quality control of the semiconductor film.
Here, since the coupling between the coils is easy to understand, the conductive layer is described in a ring shape. However, since the probe coil is also coupled to the conductive layer on the surface, there is a difference in the degree of coupling due to the loss due to electromagnetic coupling.

本発明に係る請求項1乃至5の発明によれば、絶縁性の基板の上の半導体薄膜に光を照射して、薄膜に接触することなく薄膜のキャリアーのライフタイムまたはその指標を測定する装置が可能である。   According to the first to fifth aspects of the present invention, an apparatus for irradiating a semiconductor thin film on an insulating substrate with light and measuring the lifetime of the thin film carrier or its index without contacting the thin film. Is possible.

請求項6から8に係る発明によれば基板が数mの大型ガラス基板であるとき、製造工程を停止することなく、流れている生産ラインの実際の製品デバイス基板の品質を即座に管理できるようになる。用いるダイオードの光の波長を薄膜の光吸収特性に合わせて変えたり、または複数の種類にしたりすることで、太陽光スペクトルに対応した評価も可能であるので、太陽電池デバイスを製造する装置の管理が容易になる。   According to the inventions according to claims 6 to 8, when the substrate is a large glass substrate of several meters, the quality of the actual product device substrate of the flowing production line can be immediately managed without stopping the manufacturing process. become. By changing the wavelength of the diode light used to match the light absorption characteristics of the thin film, or by using multiple types, it is possible to evaluate the solar spectrum. Becomes easier.

請求項9から10に係る発明によれば、薄膜の電気抵抗を測定するために一般に用いられている4探針装置にライフタイムを測定する機能を追加できる。
本出願に係る発明によれば、上述のような利点がある。
According to the ninth and tenth aspects of the present invention, the function of measuring the lifetime can be added to the four-probe device generally used for measuring the electric resistance of the thin film.
The invention according to the present application has the advantages as described above.

図1は絶縁基板上の光導電層とコイルの電磁結合を表す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing electromagnetic coupling between a photoconductive layer on an insulating substrate and a coil. 図2は本発明の薄膜の電気特性測定装置の構成の模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram of the configuration of the thin film electrical property measuring apparatus of the present invention. 図3は伝送損失の応答の例である。FIG. 3 shows an example of a transmission loss response. 図4はリング状の光をあてる本発明の薄膜の電気特性測定装置の構成の模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram of the configuration of the thin film electrical property measuring apparatus of the present invention that applies ring-shaped light. 図5は光照射をオンオフできるようにした4探針抵抗測定装置である。FIG. 5 shows a four-probe resistance measuring apparatus that can turn on / off light irradiation. 図6はシート抵抗の変化の例である。FIG. 6 is an example of a change in sheet resistance. 図7は4探針法の模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram of the four-probe method. 図8は電流電圧法を表す模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing the current-voltage method.

解決する装置の構成の模式図を図2に示す。図2は光がビーム状に照射される構造の模式図である。ビームの形は丸でも四角でもよい。
測定される薄膜11に比して十分高抵抗の絶縁性の基板10がある。その上に透明な筒状の光ガイド42があり、当該ガイドには発光ダイード43が備えられてある。ここでは1個のダイオードを示したが一つであっても2個以上であっても良い。ダイオード43には電源44がつながり、スイッチSW45が備えられてある。このようにして光47がSW45で制御されて薄膜11に当たる。基板が半導体のとき光の強く照射された部分には電子と正孔が生成されてキャリアーが生成される。光導電層48が形成された導体になる。
A schematic diagram of the configuration of the apparatus to be solved is shown in FIG. FIG. 2 is a schematic diagram of a structure in which light is irradiated in the form of a beam. The beam shape may be round or square.
There is an insulating substrate 10 having a sufficiently high resistance compared to the thin film 11 to be measured. There is a transparent cylindrical light guide 42 on which a light emitting diode 43 is provided. Although one diode is shown here, it may be one or two or more. A power source 44 is connected to the diode 43, and a switch SW45 is provided. In this way, the light 47 is controlled by the SW 45 and strikes the thin film 11. When the substrate is a semiconductor, electrons and holes are generated in a portion that is strongly irradiated with light, and carriers are generated. It becomes a conductor in which the photoconductive layer 48 is formed.

光は半導体層のエネルギーバンドギャップに応じて選ぶと効果的である。
半導体はシリコンのときは可視光や紫外線が好適である。半導体がそのバンドキ゛ャッフ゜が小さい材料のときは赤外線が好適である。また太陽電池のデバイスのときは太陽光のスペクトルの光を吸収する効果を調べたいので、複数のダイオードを用いて紫外光や可視光、赤外光を混合して用いても良い。
It is effective to select light according to the energy band gap of the semiconductor layer.
When the semiconductor is silicon, visible light or ultraviolet light is suitable. Infrared light is preferred when the semiconductor is a material with a small band gap. In the case of a solar cell device, since it is desired to investigate the effect of absorbing light in the sunlight spectrum, ultraviolet light, visible light, and infrared light may be mixed using a plurality of diodes.

光ガイド42にはプローブコイル49が巻かれてあり、同軸ケーブル40でネットワークアナライザー41に接続されている。
プローブコイル49から高周波を通じると、導電層48と電磁界結合をする。導電層の導電率が周りの半導体層より高いので、電流が誘起されて誘導電流が流れる。この電流は電力損失となる。
アナライザー41で高周波の電力透過率を測定する。SW45がオンで光が当たっていると、光の強さに依存した電流が誘起されて、電力損失に対応した透過率が出力される。
A probe coil 49 is wound around the light guide 42 and is connected to the network analyzer 41 by a coaxial cable 40.
When a high frequency is passed from the probe coil 49, the conductive layer 48 is electromagnetically coupled. Since the conductivity of the conductive layer is higher than that of the surrounding semiconductor layers, a current is induced and an induced current flows. This current results in power loss.
The analyzer 41 measures the high frequency power transmittance. When SW45 is on and light is applied, a current depending on the intensity of light is induced, and a transmittance corresponding to the power loss is output.

SW45を切断すすると、ダイオードの光照射がステップ的にオフになる。生成されていたキャリアーの数はキャリアーのライフタイムに従い、次第に減衰する。単純な一つのライフタイムのときe−t/τに従い減衰する。tは時間、τはライフタイムである。減衰を透過率の時間関数として表示すると減衰の速度がわかる。ライフタイムは半導体の欠陥の数が多いと短くなるので、品質管理に用いることが出来る。 When the SW 45 is cut, the light irradiation of the diode is turned off stepwise. The number of generated carriers gradually decreases according to the lifetime of the carriers. When it is a simple lifetime, it decays according to et-t / τ . t is time and τ is lifetime. Displaying the attenuation as a function of transmission time reveals the rate of attenuation. Since the lifetime is shortened when the number of defects in the semiconductor is large, it can be used for quality control.

透過率の応答例を模式的に図3に示す。透過率は光を切断する前の透過率で規格化した。
時間とともにキャリアーが減衰して高抵抗となり電力損失が減少するので、反射率が増加して透過率は減衰する。キャリア−の数の減少速度はe-t/τに依存して始まるので、直線が透過率=1/10(-10dB)を横切る時間は薄膜のキャリアーのライフタイムτに相当した指標を与える。異なる薄膜AとBは異なるτ、τを与える。規格化しないときは、損失は光の強度や薄膜の吸収率と量子効率、薄膜の移動度に依存して透過率の異なる絶対値が得られる。光を一定にして異なる薄膜A,Bの透過率をT、Tとすると、この値は薄膜の光応答の特性を表すので薄膜の特性の評価指標として用いても良い。
An example of transmittance response is schematically shown in FIG. The transmittance was normalized by the transmittance before cutting light.
As the carrier decays with time and becomes high resistance and power loss decreases, the reflectivity increases and the transmissivity attenuates. Since the decrease rate of the number of carriers starts depending on e −t / τ , the time for which the straight line crosses the transmittance = 1/10 (−10 dB) gives an index corresponding to the lifetime τ of the thin film carrier. Different thin films A and B give different τ A and τ B. When not normalized, the absolute value of the loss varies depending on the light intensity, the absorptivity and quantum efficiency of the thin film, and the mobility of the thin film. Assuming that the transmittance of different thin films A and B is T A and T B with constant light, this value represents the characteristics of the light response of the thin film, and may be used as an evaluation index of the characteristics of the thin film.

またここで得られるライフタイムは電子も正孔も含んでいて分別できない。しかし、半導体のキャリアーの消滅速度に依存した数値を測定したライフタイムは与えるので、材料の品質の管理指標として用いることができる。また図3のカーブBは異なる傾きのカーブB1とB2の線があることを示している。これは異なるライフタイムをもったキャリアーが生成されたことを示すもので、この異なる傾きのB2の線を原点(時間=0,損失=0dB)に移動させて,異なる−10dBを横切る時間を異なる種類のライフタイムとして評価に用いることもできる。   The lifetime obtained here includes both electrons and holes and cannot be distinguished. However, since the lifetime measured by the numerical value depending on the disappearance rate of the semiconductor carrier is given, it can be used as a management index of the quality of the material. Further, curve B in FIG. 3 indicates that there are curves B1 and B2 having different inclinations. This indicates that carriers with different lifetimes have been generated, and the B2 line with this different slope is moved to the origin (time = 0, loss = 0 dB), and the time across different -10 dB is different. It can also be used for evaluation as a kind of lifetime.

非接触で薄膜のライフタイムを求めるための別な装置構成の実施例を模式的に図4に示す。透明なアクリルをリング状に加工してリング状の光ガイド67に加工する。リング端面69は外形3cm、幅7mmのドーナツリング状である。この形は円形であっても、四角や楕円であっても良い。またアクリルのファイバーであっても良い。リングはつながって無くても良い。   FIG. 4 schematically shows an example of another apparatus configuration for obtaining the lifetime of a thin film in a non-contact manner. Transparent acrylic is processed into a ring shape and processed into a ring-shaped light guide 67. The ring end face 69 has a donut ring shape with an outer diameter of 3 cm and a width of 7 mm. This shape may be a circle, a square or an ellipse. An acrylic fiber may also be used. The ring may not be connected.

光ガイド67の上にはダイード63,64が、ここでは2個とりつけられ、それぞれスイッチSW45を介して電源44に接続される。WS45はトランジスタであってもリレーであっても良い。ダイオードは異なる色のダイオードであっても、同じものであってもよく、3個以上であっても一つであっても良い。   Two diodes 63 and 64 are mounted on the light guide 67 and are connected to the power supply 44 through the switch SW45. WS45 may be a transistor or a relay. The diodes may be diodes of different colors, may be the same, or may be three or more or one.

ダイオードの光はアクリルのリング状ガイド67で導かれて、リング端面69から薄膜11に向けて照射される。ガイドの中央は黒い紙66で遮蔽されているのでリング状の光が作られる。光ガイド67にはコイルのガイド65がありガイドの間にプローブコイル49が巻かれる。コイルの2端子は同軸ケーブル40でネットワークアナライザー31につながれている。ネットワークアナライザーは高周波を発信してコイル49に電力を供給する。入力電力に対する伝送電力を測定して、それを透過率として出力できる。   The light from the diode is guided by an acrylic ring-shaped guide 67 and irradiated from the ring end face 69 toward the thin film 11. Since the center of the guide is shielded by black paper 66, ring-shaped light is produced. The light guide 67 has a coil guide 65, and a probe coil 49 is wound between the guides. Two terminals of the coil are connected to the network analyzer 31 by a coaxial cable 40. The network analyzer supplies power to the coil 49 by transmitting a high frequency. The transmission power with respect to the input power can be measured and output as the transmittance.

光が当たっているとき、リング状の光67でリング状導電層68が形成されていて、これが磁界誘導結合によりプローブコイルからの電力を消費して電力損失を与える。この損失電力はアナラーザーに戻らないので、伝送された透過電力となる。
この透過電力を透過率で表現して時間の関数として表示する。ダイオードの光を切断する直前の透過率で透過率を規格化して表現して、切断後の透過率をdBで表現すると直線が得られる。−10を横切るときの時間を読み取ると、それがライフタイムτを与える。
When light strikes, the ring-shaped light 67 forms the ring-shaped conductive layer 68, which consumes power from the probe coil by magnetic field inductive coupling and causes power loss. Since this loss power does not return to the analyzer, it becomes the transmitted power transmitted.
This transmitted power is expressed as a transmittance and displayed as a function of time. A straight line is obtained when the transmittance is normalized and expressed by the transmittance just before the light of the diode is cut, and the transmittance after the cut is expressed by dB. Reading the time when crossing −10 gives the lifetime τ.

図5に光をオンオフできるようにした4探針抵抗測定器を実施例として示す。光の照射箱72の中に4本の針12が収納されている。光をオンの状態では薄膜11が光導電層となり導体膜である。SW45をオフにすると、キャリアー数の減衰とともに抵抗が上昇する。その上昇はキャリアーの数の減衰を表すので、そのライフタイムを求めると、その薄膜の品質を表す指標となる。   FIG. 5 shows an example of a four-probe resistance measuring instrument capable of turning light on and off. Four needles 12 are accommodated in the light irradiation box 72. In the light-on state, the thin film 11 becomes a photoconductive layer and is a conductor film. When SW45 is turned off, the resistance increases as the number of carriers decreases. Since the increase represents a decrease in the number of carriers, obtaining the lifetime is an indicator of the quality of the thin film.

その上昇カーブの例を図6に示す。
カーブはSW45がオフのときのシート抵抗の値で規格化したシート抵抗の値で示した。カーブAの直線部分が規格化したシート抵抗値1を横切る時間は薄膜Aのキャリアーのライフタイムτに相当した指標を与える。
同様に異なる薄膜Bは異なるτを与える。
An example of the ascending curve is shown in FIG.
The curve is shown by the sheet resistance value normalized by the sheet resistance value when SW45 is off. The time that the straight line portion of the curve A crosses the standardized sheet resistance value 1 gives an index corresponding to the carrier lifetime τ A of the thin film A.
Similarly, different thin films B give different τ B.

光照射のオンオフ機構を備えた4探針法は接触式の測定法である。この点は図2に示した遠隔法と異なるが、キャリアーのライフタイムの指標を知る方法としては簡便である。   The four-probe method with an on / off mechanism for light irradiation is a contact-type measurement method. Although this point is different from the remote method shown in FIG. 2, it is convenient as a method of knowing the carrier lifetime index.

接触で薄膜のライフタイムを求めるための装置構成を模式的に図4に示す。透明なアクリルをリング状に加工する。リング端面49は外形3cm、幅7mmのドーナツリング状である。この形は円形であっても、四角や楕円であっても良い。またアクリルのファイバーであっても良い。リングはつながって無くても良い。   An apparatus configuration for obtaining the lifetime of the thin film by contact is schematically shown in FIG. A clear acrylic is processed into a ring shape. The ring end face 49 has a donut ring shape with an outer shape of 3 cm and a width of 7 mm. This shape may be a circle, a square or an ellipse. An acrylic fiber may also be used. The ring may not be connected.

光ガイドの上にはダイード43,44が、ここでは2個とりつけられ、それぞれスイッチSW25を介して電源24に接続される。WSはトランジスタであってもリレーであっても良い。ダイオードは異なる色のダイオードであっても、同じものであってもよく、3個以上であっても一つであっても良い。   Two diodes 43 and 44 are mounted on the light guide, and are connected to the power supply 24 via the switch SW25. WS may be a transistor or a relay. The diodes may be diodes of different colors, may be the same, or may be three or more or one.

ダイオードの光はアクリルのガイド47で導かれて、リング端面49から薄膜11に向けて照射される。ガイドの中央は黒い紙46で遮蔽されているのでリング状の光が作られる。光ガイド47にはコイルのガイド45がありガイドの間にプローブコイル29が巻かれる。コイルの2端子は同軸ケーブル30でネットワークアナライザー31につながれている。ネットワークアナライザーは高周波を発信してコイル29に電力を供給する。入力電力に対する伝送電力を測定して、それを透過率として出力できる。   The light from the diode is guided by an acrylic guide 47 and irradiated from the ring end face 49 toward the thin film 11. Since the center of the guide is shielded by black paper 46, ring-shaped light is produced. The light guide 47 has a coil guide 45, and the probe coil 29 is wound between the guides. The two terminals of the coil are connected to a network analyzer 31 by a coaxial cable 30. The network analyzer supplies a power to the coil 29 by transmitting a high frequency. The transmission power with respect to the input power can be measured and output as the transmittance.

光が当たっているとき、リング状の光導電層48が形成されていて、これが磁界誘導結合によりプローブコイルからの電力を消費して電力損失を与える。この損失電力はアナラーザーに戻らないので、伝送された透過電力となる。
この透過電力を透過率で表現して時間の関数として表示する。ダイオードの光を切断する直前の透過率で透過率を規格化して表現して、切断後の透過率をdBで表現すると直線が得られる。−10を横切るときの時間を読み取ると、それがライフタイムτを与える。
When light strikes, a ring-shaped photoconductive layer 48 is formed, which consumes power from the probe coil due to magnetic field inductive coupling and causes power loss. Since this loss power does not return to the analyzer, it becomes the transmitted power transmitted.
This transmitted power is expressed as a transmittance and displayed as a function of time. A straight line is obtained when the transmittance is normalized and expressed by the transmittance just before the light of the diode is cut, and the transmittance after the cut is expressed by dB. Reading the time when crossing −10 gives the lifetime τ.

本発明は絶縁基板や絶縁性のフレキシブル基板上に形成した薄膜半導体の電気特性を安価に製造工程内で迅速に測定できるので、製造コスト削減と製造管理に応用できる。また光の波長を選ぶことにより光スペクトル応答の製造管理に使用できる。   Since the present invention can quickly measure the electrical characteristics of a thin film semiconductor formed on an insulating substrate or an insulating flexible substrate within a manufacturing process at low cost, it can be applied to manufacturing cost reduction and manufacturing management. It can also be used for production management of optical spectral response by selecting the wavelength of light.

10 高抵抗または絶縁性の基板
11 測定される薄膜
12 4本の針
13 電極
31 プローブコイル
32 高周波電源
33 誘導磁界
34 光
35 リング状の光導電層
40 同軸ケーブル
41 ネットワークアナライザー
42 光ガイド
43 発光ダイオード
44 電源
45 スイッチSW
47 光
48 光導電層
63 発光ダイオード
64 発光ダイオード
65 コイルのガイド65
66 遮蔽膜としての黒い紙
67 透明なアクリルのリング状の光ガイド
68 リング状の光導電層
69 リング端面
72 光照射箱
10 High Resistance or Insulating Substrate 11 Thin Film 12 to be Measured Four Needles 13 Electrode 31 Probe Coil 32 High Frequency Power Supply 33 Inductive Magnetic Field 34 Light 35 Ring-shaped Photoconductive Layer 40 Coaxial Cable 41 Network Analyzer 42 Light Guide 43 Light Emitting Diode 44 Power supply 45 Switch SW
47 Light 48 Photoconductive layer 63 Light-emitting diode 64 Light-emitting diode 65 Coil guide 65
66 Black paper as shielding film 67 Transparent acrylic ring-shaped light guide 68 Ring-shaped photoconductive layer 69 Ring end surface 72 Light irradiation box

Claims (10)

絶縁性の基板の上の半導体薄膜の電気特性を測定する装置であって、当該薄膜に光を照射することが可能であって、当該光を取り巻くようにコイルが基板の上に接触することなく配置されてあって、当該コイルに高周波電流を通じて光照射された薄膜と電磁誘導結合させ、電力の反射または透過特性を測定することで当該薄膜の電気特性を測定する測定装置。 An apparatus for measuring the electrical properties of a semiconductor thin film on an insulating substrate, capable of irradiating the thin film with light, and without a coil contacting the substrate so as to surround the light A measuring device that is disposed and electromagnetically coupled to a thin film irradiated with light through a high-frequency current to the coil, and measures the electric characteristics of the thin film by measuring the reflection or transmission characteristics of power. 光が紫外光、可視光、赤外光のいずれか、またはそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項1記載の装置。 The apparatus according to claim 1, wherein the light is ultraviolet light, visible light, infrared light, or a combination thereof. 光がビーム状またはリング状に当たることを特徴とする請求項1、2記載の装置。 3. An apparatus according to claim 1, wherein the light strikes in the form of a beam or a ring. 光照射をオフしてからの当該電気特性の時間変化の値を表示または出力することを特徴とする請求項1〜3記載の装置。 The apparatus according to claim 1, wherein a value of a time change of the electric characteristic after the light irradiation is turned off is displayed or output. 当該変化の値を光照射をオフする前の値で規格化した値を表示または出力することを特徴とする請求項1〜4記載の装置。 5. The apparatus according to claim 1, wherein a value obtained by normalizing the value of the change with a value before turning off the light irradiation is displayed or output. 当該測定装置を搭載してガラス基板上の半導体薄膜の電気特性を測定できるようにしたデバイス製造装置。 A device manufacturing apparatus in which the measurement apparatus is mounted so that the electrical characteristics of a semiconductor thin film on a glass substrate can be measured. 当該測定装置を搭載して樹脂基板上の半導体薄膜の電気特性を測定できるようにしたデバイス製造装置。 A device manufacturing apparatus in which the measurement apparatus is mounted so that the electrical characteristics of the semiconductor thin film on the resin substrate can be measured. 当該薄膜がシリコンを含む薄膜であることを特徴とする請求項6、7記載のデバイス製造装置。 The device manufacturing apparatus according to claim 6, wherein the thin film is a thin film containing silicon. 絶縁性の基板の上の薄膜の電気特性を測定する4探針測定装置であって、当該薄膜に光を照射することが可能であって、当該光をオンオフしたときの電気特性の変化を測定する4探針測定装置。 A four-probe measuring device that measures the electrical characteristics of a thin film on an insulating substrate, which can irradiate the thin film with light and measures changes in electrical characteristics when the light is turned on and off 4 probe measuring device. 当該光が紫外光、可視光、赤外光のいずれか、またはそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項9記載の4探針測定装置。 The four-probe measuring apparatus according to claim 9, wherein the light is one of ultraviolet light, visible light, infrared light, or a combination thereof.
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